Diag_per_Imm_MN 5 - teoria a bande

Rivelatori a scintillazione
Livelli energetici
Struttura a bande elettroniche
La meccanica quantistica dimostra che quando gli atomi isolati si uniscono per formare un cristallo,
la struttura dei livelli energetici degli elettroni più esterni e le corrispondenti funzioni d’onda viene
drasticamente modificata.
Mentre i livelli energetici e le funzioni d’onda degli elettroni degli strati interni non vengono
apprezzabilmente cambiati, di modo che tali elettroni rimangono vincolati ai singoli atomi, i livelli della shell
più esterna risultano sensibilmente alterati dalla presenza degli atomi vicini: al posto dei singoli livelli
energetici nettamente distinti presenti nell’atomo isolato si ha la formazione di una fitta banda di livelli
energetici a cui corrispondono stati elettronici delocalizzati.
In altri termini, un elettrone che occupa uno dei livelli della banda non è vincolato ad un atomo ma è
condiviso da diversi atomi del cristallo.
Sono proprio gli elettroni appartenenti a tale banda, chiamata banda di valenza, che non essendo confinati
all’interno di un singolo atomo, possono contribuire alla conduzione elettrica.
La banda più bassa viene chiamata banda di valenza, quella più alta banda di conduzione;
quest'ultima contiene gli elettroni che sono capaci di interagire con altri atomi, essa è responsabile
delle proprietà chimiche dell'atomo e dunque stabilisce se esso è un conduttore, un isolante o un
semiconduttore.
Fra le due bande esiste una zona, che in condizioni normali risulta inaccessibile agli elettroni;
questa prende il nome di gap proibito di energia.
Quando il gap proibito è tale che le fluttuazioni termiche che avvengono a temperatura ambiente
riescono a far transitare un elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione si parla di un
conduttore, in caso contrario di un isolante.
Un semiconduttore ha invece un gap proibito intermedio fra i due; esso viene definito come una
sostanza la cui banda di valenza allo zero assoluto è completamente piena; a temperatura ambiente
esistono alcuni elettroni termici eccitati che superando il gap conducono elettricità.
Quando una radiazione di sufficiente energia entra nel cristallo essa può ionizzare il
cristallo eccitando un elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione,
creando una coppia elettrone-lacuna.
NaI Ioduro di sodio
NaI
FOTOMOLTIPLICATORI
2 funzioni fondamentali:
1. trasformare l’energia luminosa proveniente dal
materiale scintillatore
2. amplificare la corrente elettrica
il segnale in uscita dal PMT è proporzionale al segnale in ingresso
TARATURA IN ENERGIA ED EFFICIENZA