Rutherford backscattring spectrometry

Rutherford Backscattring Spectrometry

Introducción
Rutherford Backscattring Spectrometry (RBS) es una técnica de dispersión de núcleos (partculas alfa), que se utiliza para el análisis de la composición de películas delgadas.RBS es la única que permite la cuantificación sin el uso de patrones de referencia. Durante una medición de RBS, partículas alfa (He + + ) son disparadas con una altaalta energía, del orden de MeV , hacia una muestra a una muestra y lo que se medie es la distribución de energía y el rendimiento de la retrodispersión de las partículas alfa bajo un ángulo dado. Además, con esta técnica es posible obtener perfiles de profundidad cuantitativa de los espectros de películas delgadas de menos de 1 mm de espesor.

Historia
Rutherfordio BackscattringSpectrometry (RBS) deriva su nombre del Señor Ernest Rutherford, conocido también como Lord Rutherford que nació en Brightwater, Nueva Zelanda, el 30 de agosto de 1871 , fue un físico y químico que Se dedicó al estudio de las partículas radioactivas y logró clasificarlas en alfa, beta y gamma. Halló que la radiactividad iba acompañada por una desintegración de los elementos, lo que le valió ganar elPremio Nobel de Química en 1908.
Su principal aporte se debe a su modelo atómico, ya fue el primer modelo atómico que incorporó el hecho de que el átomo estaba formado por dos partes: La corteza, que está constituida por todos los electrones que hay en el átomo, girando a gran distancia alrededor del núcleo, y el núcleo:(es muy pequeño; en él se encuentra toda la carga eléctrica positiva y casitoda la masa del átomo). Este modelo suponía que el átomo, estaba formado por tres partículas: protones y neutrones, estos se encuentran en el núcleo; y electrones (está en la corteza). Aunque hoy se sabe que los protones y los neutrones son partículas compuestas y que las interacciones entre ellos requieren partículas transmisoras de las fuerzas nucleare
Antes de la propuesta de Rutherford, losfísicos aceptaban que las cargas eléctricas en el átomo tenían una distribución más o menos uniforme. Rutherford trató de ver cómo era la dispersión de las partículas alfa por parte de los átomos de una lámina de oro muy delgada. Los ángulos resultantes de la desviación de las partículas supuestamente aportarían información sobre cómo era la distribución de carga en los átomos. En concreto, era deesperar que si las cargas estaban distribuidas acordemente al modelo atómico de Thomson la mayoría de las partículas atravesarían la delgada lámina sufriendo sólo ligerísimas deflacciones en su trayectoria aproximadamente recta. Aunque esto era cierto para la mayoría de partículas alfa, un número importante de estas sufrían deflexiones de cerca de 180º, es decir, prácticamente salían rebotadas endirección opuesta a la incidente.
Rutherford apreció que esta fracción de partículas rebotadas en dirección opuesta podía ser explicada si se asumía que existían fuertes concentraciones de cargas positivas en el átomo. La mecánica newtoniana en conjunción con la ley de Coulomb predice que el ángulo de deflexión de una partícula alfa relativamente ligera, por parte de un átomo de oro más pesadodepende del parámetro de impacto o distancia a la que la partícula alfa pasaba del núcleo:1
(1)
Donde:
, siendo la constante dieléctrica del vacío y , es la carga eléctrica del centro dispersor.
, es la energía cinética inicial de la partícula alfa incidente.
es el parámetro de impacto.
Dado que Rutherford observó una fracción apreciable de partículas "rebotadas" para las cuales elángulo de deflexión es cercano a χ ≈ π, de la relación inversa a (1) que es:
(2)
Se deduce que el parámetro de impacto debe ser bastante menor que el radio atómico. De hecho el parámetro de impacto necesario para obtener una fracción apreciable de partículas "rebotadas" sirvió para hacer una estimación del tamaño del núcleo atómico, que resulta ser unas cien mil veces más pequeño que el diámetro...