توضیحات

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 تحقیق در مورد چگونگی شتابدار کردن ذرات دارای 34 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد تحقیق در مورد چگونگی شتابدار کردن ذرات  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی تحقیق در مورد چگونگی شتابدار کردن ذرات،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد


بخشی از متن تحقیق در مورد چگونگی شتابدار کردن ذرات :

چگونگی شتابدار کردن ذرات

در این تحقیق ابتدا به بیان جزئیات ومقدماتی در مورد چگونگی شتاب دار كردن ذرات پرداخته میشود و سپس به بررسی كلی شتاب دهنده ها و بیان انواع آنها وضرورت وجود آنها پرداخت خواهد شد.
نوارهای انرژی وحاملها:

الكترون نمی تواند یك طیف پیوسته از انرژی را به خود اختصاص دهد و دارای سطوح گسسته ای از انرژی است كه به این سطوح اربیتال گفته می شود.
مقدار انرژی جنبشی كه یك اربیتال دارد بستگی به انرژی الكترون آن دارد.
پیوندهای كووالانسی:

در یك شبكه كریستالی هر دو جفت الكترون تشكیل یك پیوند كوالانسی می دهند. پیوندهای كوولانسی می توانند بین اتمهای یك عنصر یا اتمهای عناصر متفاوت شكل بگیرند. وقتی پیوندهای كووالانسی به هم متصل میشوند یك شبكه كریستالی ایجاد می شود.
الكترون با شركت در پیوند به سطوح انرژی پایین تری می رود و بنابراین برای رهایی از پیوند كووالانسی باید مقداری انرژی مصرف كنیم.
دردمای صفر كلوین در شبكه كریستالی تمام الكترونها در پیوندهای كووالانسی محبوس می شوند ولی در دمای محیط بعضی از پیوندها این شانس را دارند كه از محیط اطراف به اندازه كافی انرژی دریافت كنند و از پیوند رها شوند.

نوارهای انرژی در نیمه هادی:
می توان ثابت كرد كه الكترونها انرژیهای گسسته و محدودی دارند وشكافهایی از انرژی وجود دارد كه در آنها هیچ حالت مجازی برای الكترون وجود ندارد.
اتمهای منفرد و جامدات:

در اینجا رفتار ویك اتم در حالتی را كه در همسایگی هیچ اتم دیگری قرار ندارد و بصورت كاملا منفرد یعنی در خلا كامل است بررسی می كنیم.(شكل 1)
ابتدا الكترون سطوح كم انرژی تر را پر می كند.

با كم شدن فاصله اتمی بدلیل نیروهای جاذبه دافعه اتمی تغییرات مهمی ازشكل تراز الكترونها رخ می دهد كه این تغییرات خود سبب تعیین خواص الكتریكی جامدات است. میتوان گفت در فاصله اتمی معینی نیروهای جاذبه ودافعه به تعادل میرسد.
با تجمع اتمها اصل انحصار پائولی اهمیت پیدا می كند. طبق این اصل هیچ دو الكترونی نمی تواند در حالت كوانتومی انرژی یكسانی داشته باشد. بنابراین انتظار می رود كه با نزدیك شدن اتمهای منفرد ترازهای انرژی تغییر كند.

با كاهش فاصله اتمی ترازهای مجزای انرژی به نوارهای انرژی تبدیل می شود كه این نوارها خود از ترازهای بسیارنزدیك به هم تشكیل شده اند.

تقسیم بندی نیمه هادی ها وعایقها:

هدایت (نیمه پر) نوار هدایت (خالی)
Eg~lev Eg~5ev

ظرفیت (نیمه خالی) ظرفیت (پر)
نیمه هادیها عایقها
شكل(2) شكل(3)

حاملها در نیمه هادی:
دردمای صفر كلوین تمام الكترونها در باند ظرفیت قرار دارند. با افزایش دما تعدادی از این الكترونها شانس حضور در باند هدایت را خواهندداشت 10 الكترونهایی كه به نوار انرژی هدایت می روند میتوانند به عنوان باربریا حامل، جریان الكتریكی را هدایت كنند.
هر الكترون منتقل شده به نوار هدایت یك جای خالی الكترون باقی می گذارد كه اصطلاحا حفره نام دارد. به این زوج الكترون حفره تولید شده (EHP) یا Electoron Hole Pair گویند.

باید توجه شود كه تعداد زوج الكترون حفره های تولید شده در دمای اتاق در مقایسه با چگالی اتمها بسیار ناچیز است.
براین اساس نیمه هادی ذاتی و نیمه هادی غیرذاتی را تعریف می كنیم.
نیمه هادی ذاتی:

به یك بلور نیمه هادی كه دارای چگونه ناخالصی یا نقص شبكه بلوری نباشد می گویند. بنابراین تنها حاملهای موجود در یك نیمه هادی زوج الكترونها حفره ها می باشند. به این ترتیب می توان انتظار داشت تعداد حفره ها والكترونها در یك نیمه هادی ذاتی با هم برابرند.
Ni =P =تعداد حفره ها=n= تعداد الكترونها

با توجه به ثابت بودن تعداد الكترون حفره ها در یك نیمه هادی ذاتی می توان انتظار داشت كه نرخ تولید زوج الكترون حفره با نرخ باز تركیب با هم برابرند.

نیمه هادی غیرذاتی:
با استفاده از عناصر خاصی به عنوان ناخالصی می توان تراكم باربرها را در یك نیمه هادی تغییرداد یعنی می توان شبكه بلوری را طوری تغییر داد كه دارای اكثریتی از الكترون یا حفره باشد بنابراین نیمه هادی غیرذاتی به نیمه هادی گفته می شود كه تعدادالكترونها وحفره ها در آن برابر نباشد.
با افزودن ناخالصی به یك نیمه هادی ترازهای انرژی جدیدی (معمولا در شكاف باند انرژی ممنوع) شكل می گیرد.
این ترازهای انرژی در دمای صفر كلوین توسط الكترونها كاملا پر می شوند.

تراكم باربرها:
در یك نیمه هادی تراكم باربرها خصوصیات نیمه هادی را تعیین می كند.با استفاده از ناخالصی می توان باربر ساخت مهمترین باربرها الكترونها هستند.

توزیع آماری فرمی دیراك:
توزیع الكترونها در مواد جامد را میتوان با استفاده از تابع توزیع آماری فرمی دیراك مدل كرد. به عبارت دیگر توزیع الكترونها روی محدوده ای از ترازوهای انرژی مجاز درشرایط تعادل گرمایی از تابع احتمال زیر بدست می آید.
F(E) : احتمال اینكه تراز انرژی E توسط الكترون اشغال شود (به شرطیكه انرژی E مجازباشد)
E: تراز انرژی مجاز
EF: سطح انرژی فرمی
K: ثابت بولتزمن
T: دمای كلوین

احتمال اشغال حفره در یك تراز انرژی برابر است با: شكل 4

محاسبه تراكم الكترونها وحفره ها در حالت تعادل:

می توان ثابت كرد كه با افزایش انرژی چگالی ترازهای مجاز انرژی افزایش می یابد.
با دقت در رابطه توزیع احتمال فرمی متوجه می شویم كه با افزایش انرژی احتمال اشغال الكترون به شدت به صورت نمایی كاهش می یابد.
برای ساده شدن محاسبات كلیه ترازهای انرژی اشغال شده در نوار هدایت را با یك مقدار موثر نمایش می دهیم.
: چگالی حالتهای موثر یا مقدار موثر ناشی از تمامی حالتهای اشغال شده در نوار هدایت
= تراكم الكترون

: جرم موثر الكترون
h: ثابت پلانك
K:ثابت بولتزمن

= چگالی حالتهای موثر در نوار ظرفیت

در نیمه هادی ذاتی:
:جرم موثر حفره

وابستگی تراكم باربرها به دما:
افزایش دما انرژی جنبشی الكترونها را زیاد می كند به طوریكه الكترونهای بیشتری شانس حضور در نوار هدایت راخواهند داشت. بنابراین انتظار داریم كه با افزایش دما ni زیاد شود. به همین ترتیب Ef هم تابعی از دما است.(شكل 5)

قابلیت تحرك (Mobility):
قابلیت تحرك عبارت است از میانگین سرعت رانش ذرات در واحد میدان الكتریكی.
Mobility :Mn یا قابلیت تحرك

با استفاده از Mobility میتوان چگالی جریان ناشی از تحرك الكترونها را نیز تعریف كرد.

این چگالی جریان در صورتی وجود داردكه حاملهای جریان فقط الكترون باشند در صورتی كه هم الكترون و هم حفره در هدایت جریان داشته باشند می توان نوشت:

:هدایت
اثر دما و ناخالصی روی :
وقتی دما زیاد شود برخورد الكترونی زیاد وفاصله متوسط فضای آزاد اطراف الكترون كم میشود والكترون به راحتی نمی تواند حركت كند و قابلیت تحرك كم می شود ولی در جایی با افزایش با قابلیت تحرك زیاد می شود كه در قبل از ناحیه عملكردذاتی باشد و آن جایی است كه تمام باربرها یونیزه نشده اند. گاهی وقتها انرژی جنبشی الكترون را با دما نشان می دهند.

اثر تراكم روی قابلیت تحرك:
همواره با افزایش تراكم باربرها انتظار می رودكه قابلیت تحرك آنها كمتر شود.

تغییر ناپذیری تر از انرژی فرعی:
به طور كلی درمواد نیمه هادی اعم از همگون یا ناهمگون حتی در پیوندهای نیمه هادی هیچگونه ناپیوستگی یا شیب در تراز فرمی وجود ندارد یعنی است.

حاملهای اضافی در نیمه هادی:
اساس بر پایه عملكرد قطعات نیمه هادی وابسته به چگونگی توزیع حاملهای اضافی در این قطعات است به عبارت دیگر برای تغییر رفتار الكتریكی یك نیمه هادی از حاملهای اضافی استفاده میكنیم.

حاملهای اضافی:
حاملهایی هستند كه علاوه بر حاملهای موجود در حالت تعادل به نیمه هادی تزریق می شوند. اضافه كردن این حاملها به روش های مختلفی امكان پذیر است از جمله این روشها به روشهای زیر می توان اشاره كرد:
1-برانگیزش نوری
2-بمباران الكترونی
3-تزریق الكتریكی

برانگیزش نوری:
با ورود یك فوتون به ماده نیمه هادی و بر هم كنش بین فوتون والكترون در صورتیكه باشد فوتون قادر خواهد بود كه پیوند كووالانسی را بشكند و یك الكترون را از نوار ظرفیت به نوار هدایت ببرد.بنابراین جذب هر فوتون یك بار اضافی بوجود می آورد. الكترون حفره تولید شده را اصطلاحا حاملهای اضافی می نامیم.
اگر باشد احتمال جذب فوتون بسیار كم است لذا می توان گفت برخی از نیمه هادی ها در مقابل طول موجهای خاصی كاملا شفاف هستند.

2-بمباران الكترونی:
الكترونهای اضافی بوسیله بمباران الكترونی بوجود می آیند.ماهیت جرقه، تخلیه بار است. اگر اختلاف پتانسیل شدیدی داشته باشیم بمباران بوجود می آید و الكترونها داخل نیمه هادی بازتركیب می شوند (با حفره ها باز تركیب می شوند) ونور بوجود می آید. نور افشانی باربرها (حاملهای اضافی) توسط بمباران ماده با الكترونهای پرانرژی صورت می گیرد مثل عمده لامپهای CRT موجود در تلویزیون یا اسیلسكوپ .

3-تزریق الكتریكی
در این روش حاملهای اضافی مستقیما بوسیله عبور جریان الكتریكی بوجود می آید. مثل LED ها كه در واقع دیودی هستند كه حاملهای اضافی را در یك پیوند PN تزریق می كنند و پیوند PN نورافشانی می كند.

ترازهای شبه فری:
ترازهای فرعی كه تاكنون مورد استفاده قرار می گرفت تنها زمانی با معنی است كه هیچگونه حامل اضافی در نیمه هادی وجود ندارد. دراین وضعیت (با وجود حاملهای اضافی) ترازهای جدیدی به نام ترازهای شبه فرمی(Fp,Fn) بوجود می آید.
كه می توان تراكم حامل های اقلیت و اكثریت را به آنها مربوط كرد.
در حالت تعادل یعنی در حالت عدم وجود باربرها اضافی داریم:

در حالت برانگیختگی نوری تنها اندكی بالای قرار می گیرد (یعنی چگالی الكترونها چندان تغییر نمی كند) در حالیكه به مقداری زیادی از فاصله می گیرد. پس به طور خلاصه می توان گفت كه حاملهای اضافی تراكم باربرهای اقلیت را به شدت تغییر می دهد در حالیكه تراكم باربرهای اكثریت تغییر چندانی نمی كند.
ساز وكار نفوذ جریان الكتریكی:
یكی از فرآیندهای تشكیل جریان نفوذ است .جریان نفوذ جریانی است كه بر اثر تغییرات تراكم باربرها بوجود می آید یا به عبارت دیگر به حركت باربرها از نواحی با تراكم زیاد به نواحی با تراكم كم، نفوذ جریان گفته می شود. پس هر جا توزیع باربر یكنواخت نباشد ما جریان نفوذی داریم.
درادامه به بررسی تولید پرتوی X كه از طریق بمباران الكترونی (بمباران ذرات شتابدار) بوجود می آید می پردازیم.

دستگاه تولید پرتوی X:
پرتوهای X كه در سال 1895 توسط ویلیام رونتگن كشف شد، فوتونهای بالا انرژی بالا هستند. مطابق شكل (6) پرتوهای X معمولا از طریق بمباران یك هدف با باریكه ای از الكترونهای پرانرژی تولید می شوند انرژی جنبشی الكترونها در كاتد قابل اغماض است، به طوریكه وقتی الكترونها به هدف برخورد می كنند، دارای انرژی جنبشیK=eV هستند.

تولید تابش ترمزی:
الكترونهای بمباران شده به چند طریق مختلف با اتمهای هدف بر هم كنش می كنند. در یك نوع از این بر هم كنشها، مطابق شكل (7) الكترونها توسط هسته ها با بار مثبت شتاب می یابند.وقتی كه یك بارالكتریكی شتابدار می شود تابش تولید می كند كه مطابق تصویر كوانتومی به صورت فوتونی با انرژی hخواهد بود.
انرژی h برابر با تغییر در انرژی جنبشی الكترون است یعنی تابشی كه بدین طریق بوجود می آید تابش ترمزی نام دارد.

یك الكترون در باریكه ای ازالكترونها پیش از آنكه به حال سكون در آید، ممكن است تعدادی از این فوتونها را تولید كند. هنگامی پرانرژی ترین فوتون تولید می شود كه یك الكترون در یك بر هم كنش تنها ، همه انرژی جنبشی اولیه خود را از دست بدهد، در این صورت یك تك فوتون با بسامد بیشینه یا طول كمینه تولید می شودكه از رابطه زیر بدست می آید:

بنابراین در فرآیند تابش ترمزی، تابشی كه با یك طیف پیوسته تولید خواهد شد كه دارای یك بسامد، یا طول موج قطع است.

برای دریافت اینجا کلیک کنید

سوالات و نظرات شما

برچسب ها

سایت پروژه word, دانلود پروژه word, سایت پروژه, پروژه دات کام,
Copyright © 2014 icbc.ir