Электропроводность полупроводников Физика атомного ядра и элементарных частиц

Элементы квантовой механики и физики атомов, молекул, твердых тел

Энергия реакции

Принято говорить, что ядерные реакции могут происходить как с выделением, так и с поглощением энергии. Это надо понимать так. Пусть Е0 и Е'0 — суммы энергий покоя исходных частиц и продуктов реакции. Полная энергия в реакции сохраняется, т. е.

(16.35)

где К и К' — суммарные кинетические энергии исходных частиц и продуктов реакции. Из этого равенства следует, что убыль суммарной энергии покоя (Е0 - Е'0) равна приращению суммарной кинетической энергии (К' - К) и наоборот. Эти величины и называют энергией реакции Q:

(16.36)

Реакции с Q > 0 называют экзоэнергетическими (с выделением энергии, кинетической), реакции же с Q < 0 — эндоэнергетическими. Часто ядерную реакцию с учетом Q записывают так:

(16.37)

Порог реакции

 Из механики известно, что кинетическая энергия К системы частиц может быть представлена как

(16.38)

где  — кинетическая энергия этой системы частиц в Ц-системе, а КС — кинетическая энергия, связанная с движением системы как целого, т. е. с движением центра масс С системы. Энергия КС сохраняется и в реакции не участвует, поэтому формулу (16.36) мы можем представить в виде

(16.39)

Изобразим для наглядности схему ядерной реакции в энергетической шкале в Ц-системе для двух случаев:

Q > 0, реакция экзоэнергетическая (рис.16.8),

Q < 0, реакция эндоэнергетическая (рис.16.9).

Рис. 16.8.  Рис. 16.9.

Из этих рисунков видно, что, во-первых, всякая реакция, обратная экзоэнергетической, будет эндоэнергетической. Во-вторых, экзоэнергетическая реакция может идти при сколь угодно малой энергии сталкивающихся частиц (если нет каких-либо запретов на ту или иную реакцию). Эндоэнергетическая же реакция может идти только тогда, когда суммарная энергия  сталкивающихся частиц (в Ц-системе) превосходит некоторое минимальное значение, которое называют порогом реакции.

Порог реакции, т. е. минимальная энергия Кпор налетающей частицы измеряется всегда в Л-системе, где ядра мишени покоятся.

Найдем выражение для Кпор налетающей частицы. Этот вопрос наиболее просто решается в Ц-системе, где ясно (см. рис. 16.9), что суммарная кинетическая энергия  частиц до столкновения во всяком случае должна быть не меньше |Q| , т. е.  ≥ |Q|.

Отсюда следует, что существует минимальное значениемин = |Q|, при котором кинетическая энергия системы целиком пойдет на создание покоящихся в Ц-системе частиц т' и М'.

Теперь перейдем в Л-систему. Так как в Ц-системе при мин образовавшиеся частицы т' и М' покоятся, то это значит, что в Л-системе при соответствующем значении пороговой энергии Кпор налетающей частицы обе частицы, т' и М', после образования будут двигаться как единое целое, причем с суммарным импульсом, равным импульсу р налетающей частицы, и кинетической энергией р2/2(т + М). Поэтому

А так как Кпор = р2/2т, то, исключив р2 из этих двух уравнений, получим

(16.40)

Это и есть пороговая кинетическая энергия налетающей частицы т, начиная с которой данная эндоэнергетическая реакция становится энергетически возможной.

Фотоэлементы с вентильным фотоэффектом, называемые вентильными фотоэлементами (фотоэлементами с запирающим слоем), обладая, подобно элементам с внешним фотоэффектом, строгой пропорциональностью фототока интенсивности излучения, имеют большую по сравнению с ними интегральную чувствительность (примерно 2—30 мА/лм) и не нуждаются во внешнем источнике э.д.с. К числу вентильных фотоэлементов относятся германиевые, кремниевые, селеновые, купроксные, сернисто-серебряные и др.
Примесная проводимость полупроводников