A.CarneraScienza delle Superfici (Mod. B) 20051 Interazioni non-coulombiane e reazioni nucleari.

A.Carnera Scienza delle Superfici (Mod. B) 2005 1

Interazioni non-coulombiane e reazioni nucleari


La distanza di minimo avvicinamento e la barriera coulombiana

E =

1

2M

av

0

2 =V (d) =Z

1Z

2e2

d

R =(1.4 ×10−5 )A1/ 3 Å :stima del raggio nucleare

d > R

MaMa

MX

Ione incidente Ione diffuso

Nucleo bersaglio

Nucleo di rinculo

X(a,a)X

Diffusione elastica: E

k

in =Ek

out

d < R

MaMb

MX

Ione incidente Ione diffuso

Nucleo bersaglio

Nucleo residuo

X(a,b)Y

Reazione nucleare: E

k

in ≠Ek

out

MY


Formazione del nucleo composto

a+X b+Y X(a, b)Y

a+X (a+X)* b+Y

b0

b1

b2

bn

(a+X)*

Y


Conservazione dell’ energia relativistica

X(a,b)Y: X +a +Q → Y +b E

k(X ) +M

xc2 +E

k(a) +M

ac2 =E

k(Y ) +M

Yc2 +E

k(b) +M

bc2

Q = E

k(Y ) +E

k(b)( ) − E

k(X ) +E

k(a)( ) = M

x+M

a( )c2 − M

Y+M

b( )c2

Energia a riposo: M c2

X(a,a)X: X +a→ X +a Q =0 Interazione elasticaX=Ya=b

M

X+M

a> M

Y+M

b Q > 0 Reazione nucleare esotermica

M

X+M

a< M

Y+M

b Q < 0 Reazione nucleare endotermica


Esempio: la rivelazione dell’ Ossigeno

16O(d, p) 17O

12d +

8

16O →9

18F →8

17O +1

1p

Q =(M

d+M

16O)c2 −(M

p+M

17O)c2 =1.955 MeV


Reazioni nucleari con ioni leggeri

Nucleo Reazione Eo(MeV) E( MeV)2H 2H(d,p)3H 1 2.32H 2H(3He,p)4He 0.7 13

3He 3He(d,p)4He 0.45 13.66Li 6Li(d,α)4He 0.7 9.77Li 7 ( ,Li p α)4He 1.5 7.79Be 9 ( ,Be dα)7Li 0.6 4.111B 11 ( ,B pα)8Be 0.65 5.5712C 12 ( , )C d p 13C 1.2 3.113C 13 ( , )C d p 14C 0.64 5.814N 14 ( ,N d α)12C 1.5 9.915N 15 ( ,N p α)12C 0.8 3.916O 16 ( , )O d p 17O 0.9 2.418O 18 ( ,O pα)15N 0.73 3.419F 19 ( ,F p α)16O 0.592 2.23827Al 27 ( ,Al p)28Si .992 10.7831P 31 ( ,P p α)28Si 1.514 2.734


Studi di impoverimento superficiale di Li


Esempio: la rivelazione dell’ Azoto e dell’ Ossigeno


Esempio: la rivelazione dell’ Azoto e dell’ Ossigeno

Proton spectrum recorded at 0.61 MeV for a TiNxOy/Si sample (1.67 X 1017 14N/cm2 and 7.7X 1016 160/cm2). The oxygen to nitrogen concentration ratio is 0.46.


La sezione d’ urto per la reazione 16O(d,p0)17O

Measured cross-section for the 160(d, p0)170 reaction.


La sezione d’ urto per la reazione 14N(d,p5)15N

Measured cross-section for the 14N(d,p5)15N reaction


Deviazioni dalla sezione d’ urto di Rutherford

16O(α, α)16O

Effetti di interazioni non coulombiane


Il “Backscattering risonante” r-RBS

5.75 MeV He rBS spectrum of the Au/C/Ag calibration target.

M. Berti et al. / Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B 143 (1998) 357-370

12C(α, α)12C


La sezione d’ urto della reazione 12C(α, α)12C

Measured ratio of the C cross-section value with respect to the Rutherford one (R(E)), as a function of the mean energy in the C foil

M. Berti et al. / Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B 143 (1998) 357-370


Spettro RBS in condizioni di non risonanza

3 MeV RBS spectrum of the SiGeC sample #254. The dashed line is the RBS computer simulation of the spectrum.


Spettro RBS in condizioni di risonanza

rBS spectrum of sample #254 obtained with a 5.72 MeV He beam, superposed to the corresponding spectrum of a Si sample.


Il segnale del Carbonio

Expanded view of the C energy region of the previous spectra


Uso di reazioni nucleari risonanti

E = ER

E > ER

15N

(4.4 MeV)

(4.4 MeV)

ER = 6.485 MeV

= 3.5 keV larghezza della risonanza

H(15N ,α ) 12C

E

R=E −

dE

dxdx

0

z

∫

Misura del profilo di concentrazione di Idrogeno


Profili di Idrogeno in LiNbO3


La rivelazione dei nuclei di rinculo


Elastic Recoil Detection - “ERD”

M1

M1

M2M2

θ

φEo

E1

E0=1

2M

1v

0

2 =1

2M

1v1

2 +1

2M

2v2

2

M1v

0=M

1v1cosϑ +M

2v2cosϕ

0 =M1v1sinϑ −M

2v2sinϕ

⎧

⎨

⎪⎪

⎩

⎪⎪

v2

v0

=4M

1M

2cos2 ϕ

(M1+M

2)2

E2

E0

=4M

1M

2cos2 ϕ

(M1+M

2)2

=KERD

(M1,M

2,ϕ )

per M1>M2

σ(Z2,E

0,φ) =

Z1Z

2e2 (M

1+M

2)

2M1E

0

⎛

⎝⎜⎜

⎞

⎠⎟⎟

1

cos3 φ

Nell’ ipotesi di interazione puramente coulombiana


La costante elastica di “recoil”

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40 60 80 100

K

M2

K(He,10°)

K(He,45°)

K(Si,10°)

K(Si,45°)


Costante k e sezione d’ urto

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80 100

Particle: SiE = 12 MeV

phi = 10°K

sigma

K sigma (barn)

Z


Misure di diffusione di Deuterio in materiale organico

4He++ ion beam

Eo = 3.0 MeV

forward scattered4He++ ions

recoil 1H and 2Hnuclei

mylar foil(adsorber)

deuterated sample

detector

φ


Studio di impoverimento superficiale di Li

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