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Tesis (Doctor)--Universidad Nacional de Córdoba. Facutlad de Ciencias Médicas, 2008

El objetivo de este trabajo de tesis ha sido investigar algunos aspectos de la interacción de iones con sólidos. Para ello hemos analizado los formalismos colisional y dieléctrico para calcular la fuerza de frenamiento de un proyectil que viaja dentro de un sólido. Además hemos indagado sobre el problema de transporte de iones, haciendo hincapié en el estado electrónico de los mismos. El rango de velocidades con el que hemos trabajado es el de velocidades medias y altas. El desarrollo de la tesis se puede dividir en tres partes principales. En la primera parte se ha estudiado la fuerza de frenamiento de un ion pesado con carga Zp que viaja dentro de un sólido en la primera aproximación de Born. Dentro del formalismo colisional binario (BCF), hemos usado el potencial inducido por iones pesados en un gas de electrones libres (FEG) como el potencial de interacción. Presentamos resultados detallados de la fuerza de frenamiento (stopping power), distribuciones de pérdida de energía, libre camino medio y distribuciones angulares electrónicas de H+, H0, y H-, a través de blancos de Al y Ag. Hemos comparado los resultados con aquellos obtenidos con el potencial central de Yukawa y el formalismo dieléctrico (DF). Hemos establecido una relación entre los formalismos dieléctrico y colisional binario. Se ha encontrado que el BCF es muy sensible a la función dieléctrica usada en el potencial inducido. También se ha examinado el frenamiento de los proyectiles vestidos y se ha comparado sus distribuciones de pérdida de energía. De acuerdo con lo esperado, a velocidades de impacto altas el formalismo binario provee sólo el término colisional, no teniendo en cuenta la excitación del modo colectivo. En la segunda parte de esta tesis se ha ido más allá de la primera aproximación de Born incorporando la contribución que viene de la segunda aproximación de Born. Se ha estudiado la pérdida de energía de un proyectil ‘desnudo’ y pesado con carga Zp que se mueve en un gas de electrones libres. Dentro del marco del formalismo colisional binario (BCF), se ha desarrollado el elemento de matriz de transición (al cuadrado) en una serie perturbativa, conservando términos hasta Z(3p), (segunda aproximación de Born). Se emplea la función respuesta dieléctrica de Mermin-Lindhard para describir el potencial cilíndrico inducido por el proyectil. Se ha aplicado el formalismo al cálculo de las distribuciones de perdida de energía para cargas fijas (protones, hidrógeno neutro y antiprotones) chocando con aluminio. También hemos investigado cómo la corrección colisional Z(3p), afecta el frenamiento total para antiprotones en Aluminio y Silicio, y para hidrógeno en Aluminio. En este último caso se han considerado los diferentes estados de carga del proyectil. Los resultados tienen un buen acuerdo con los datos experimentales en la región de alta energía. También se ha investigado la energía perdida dentro del marco del formalismo dieléctrico (DF). En este modelo, se ha desarrollado el potencial inducido por el proyectil en una serie perturbativa, y se han conservado los términos hasta segundo orden en Zp. El potencial cuadrático obtenido se ha expresado en función de la respuesta dieléctrica a primer orden o función dieléctrica de Lindhard. Hemos aplicado el formalismo al cálculo del frenamiento de diferentes cargas determinadas (protones, hidrógeno neutro y antiprotones) moviéndose en Aluminio. Se ha investigado las distribuciones de pérdida de energía, y en el caso de antiprotones se ha modificado el término de segundo orden para evitar probabilidades negativas. Se ha comparado la fuerza de frenamiento total, calculada teniendo en cuenta la contribución de las capas internas y los diferentes estados de carga en el equilibrio, con datos experimentales. Se ha estudiado también la densidad electrónica inducida, y los resultados guardan un buen acuerdo con aquellos calculados con la teoría de la funcional densidad (DFT). En la tercera parte centramos nuestra atención en el estado electrónico del proyectil, y cómo el proceso de transporte influye sobre el mismo. Presentamos una descripción cuántica para la evolución de estados atómicos de proyectiles viajando a través de la materia. Nuestra aproximación se basa en la solución de la ecuación cuántica de Langevin -una ecuación de Schródinger estocástica dependiente del tiempo- que describe las excitaciones electrónicas de los átomos durante su transporte a través de los sólidos. Se puede considerar nuestra descripción presente como la versión cuantizada de una teoría de transporte clásica. Hemos presentado aplicaciones a la pérdida de electrones (shipping) de H- y H relativistas, y a la dinámica de la población de los subestados electrónicos de Ar17+ con 13.6 MeV/ u a causa de la transmisión a través de láminas de carbono. Hemos analizado la correspondencia entre las simulaciones de transporte cuántico y clásico y hemos mostrado que la naturaleza estocástica de la interacción destruye la mayoría de los efectos cuánticos.