L'impiantazione ionica nella ricerca di base ed applicata

Il presente lavoro di tesi si propone di fornire un contributo alla comprensione di alcuni aspetti dell'impiantazione ionica in cui l'accoppiamento tra variabili elettroniche e nucleari gioca un ruolo importante. In particolare, sono stati studiati il danneggiamento strutturale prodotto dalla perdita di energia nucleare degli ioni nella materia e l'influenza della densità  degli elettroni liberi nei metalli sul decadimento di 7Be e sullo screening elettronico in reazioni nucleari di bassa energia. A tal fine sono state utilizzate tecniche sperimentali innovative, di cui sono state anche valutate le potenzialità  in campo applicativo. Lo studio del danneggiamento di strutture cristalline da parte di ioni energetici, in particolare nel caso del silicio, ਠstato reso possibile dalla messa a punto di una originale tecnica di misura che permette, attraverso misure di grandezze elettriche, di ricavare informazioni locali sulla modifica strutturale indotta da impiantazione ionica. Il confronto del profilo cosଠdeterminato con i risultati di un calcolo microscopico mostra un buon accordo per quanto riguarda l'andamento in funzione della profondità , che conferma la validità  della parametrizzazione dei potenziali di screening utilizzati nel calcolo della perdita di energia nucleare, almeno per quanto riguarda la dipendenza dall'energia di interazione. Sulla base di questo risultato ਠstato possibile, in collaborazione con la International Rectifier Italia, progettare una procedura di impiantazione per diodi di potenza che ha dato ottimi risultati per quanto riguarda la riduzione dei tempi di commutazione. La seconda linea di ricerca ਠbasata sull'impiantazione di ioni radioattivi, in particolare di 7Be, come strumento per l'introduzione di tracce di sostanze radioattive in un materiale senza una alterazione significativa della struttura e della stechiometria del materiale stesso. Per la prima volta ਠstato possibile studiare il decadimento radioattivo del 7Be in matrici metalliche utilizzando per l'impiantazione un fascio puro di 7Be in modo da preservare la struttura e la composizione stechiometrica del materiale ospite. I risultati ottenuti sono consistenti con il modello di Drude-Debye utilizzato per spiegare l'anomalo potenziale di screening osservato in reazioni di fusione a bassa energia, con le ipotesi supplementari che le funzioni d'onda atomiche del 7Be non siano perturbate dagli elettroni liberi e che questi ultimi non contribuiscano significativamente alla probabilità  di decadimento. Per altro, i risultati ottenuti applicando il modello a gas di Fermi agli elettroni liberi del metallo non sono incompatibili con questi risultati. Dal punto di vista applicativo, la tecnica messa a punto permette di introdurre traccianti radioattivi in superfici di organi meccanici soggette ad usura per studiarne le proprietà  meccaniche. I risultati sperimentali sono presentati e discussi. Infine sono delineati possibili sviluppi di questa attività  di ricerca.