Энергия фотонов в видимой и примыкающей к ней ультрафиолетовой области спектра сравнима с работой выхода электронов проводимости из чистых металлов (несколько электрон-вольт). В зависимости от того, остаются ли эти электроны в данной среде или выходят из неё через границу раздела с другой средой, различают фотоэффект внутренний и внешний. При описании внешнего фотоэффекта используется следующая терминология. Свободные электроны, вышедшие под действием светового излучения из кристаллической решетки твердого тела в вакуум, называют фотоэлектронами, а электрод, из которого они выходят,- фотокатодом. Если рядом с фотокатодом в вакууме поместить электрод, к которому приложить положительный относительно фотокатода потенциал, то этот электрод будет собирать фотоэлектроны и во внешней цепи потечет электрический ток. Положительный электрод получил название анода.
Экспериментальные исследования позволили установить основные закономерности, которым подчиняется внешний фотоэлектрический эффект в областях слабых световых потоков.
· При фиксированной частоте излучения (ω=const) величина тока фотоэлектронов на анод в режиме насыщения (т. е. когда все эмитируемые электроны достигают анода) прямо пропорциональна интенсивности падающего на поверхность катода света (Закон Столетова).
· Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от плотности потока излучения, т. е. от амплитуды электрического вектора световой волны. Она линейно зависит от частоты света ω.
· Для каждого материала, из которого сделан фотокатод, существует длина волны излучения λ, при привышении которой фотоэмиссия электронов полностью прекращается. Эту длину волны называют красной границей фотоэффекта, а соответствующую ей частоту ω=2πc/λ – граничной частотой.
На рис. 2приведена принципиальная схема датчика ВУФ-излучения. На алюминиевый фотокатод марки 9999 (содержание Al 99,99%) подаётся напряжение питания . Под действием излучения плазмы из катода выбиваются электроны. В цепи возникает электрический ток, который преобразуется в цифровой сигнал с помощью АЦП-502 (частота дискретизации 50мГц; разрядность 12 бит). Далее с помощью камака данные записываются в файл, которой используется для построения соответствующих графиков. На рис. 3 и 4 соответственно приведены фотографии датчика в рабочем положении и КАМАК-модуля.
Для правильной работы детектора необходимо выполнение двух условий.
· RC>>1/ω, где ω– частота сигнала.
· ????
Рис. 2 Датчик
Рис. 3 Датчик в рабочем положении
Рис. 4 КАМАК
Количественной характеристикой эмиссионных свойств фотокатода является квантовый выход γ – число вылетевших из металла электронов в расчете на один падающий фотон. При энергии фотонов слабо превышающей работу выхода (т. е. вблизи порога фотоэффекта), для большинства металлов квантовый выход не превышает электрон/фотон. Малость γ связана с тем, что свет проникает в металл на сравнительно большую глубину (~), где он в основном и поглощается. Возникающие на этой глубине фотоэлектроны при движении к поверхности тела интенсивно взаимодействуют с электронами проводимости, которых в металле достаточно много, и быстро рассеивают свою энергию. Энергия, достаточная для преодоления потенциального барьера, остается лишь у тех фотоэлектронов, которые были образованы в непосредственной близости от поверхности (на глубине, не превышающей ). Кроме того, поверхность металлов сильно отражает видимое и ультрафиолетовое излучение. На рис. 5 приведена зависимость квантового выхода в Кл/МДж (тоже, что и А/МВт) для алюминия соответствующей марки от энергии фотонов в интервале 0,01-1,5КэВ.
Рис. 5 Квантовый выход
В ходе эксперимента были получены данные с детектора и по ним построены соответствующие графики приведенные ниже. Характерный вид графиков подлежит дальнейшему изучению.
Рис. 6 Сигналы в случае низкотемпературной предварительной плазмы в установке (без электронного пучка). Вверху: ток разряда, создающего предварительную плазму; внизу: сигнал детектора ВУФ-излучения.
Рис. 7 Сигналы в случае нагрева плазмы релятивистским электронным пучком. Вверху: ток разряда, создающего предварительную плазму; в центре: напряжение на катоде генератора электронного пучка; внизу: сигнал детектора ВУФ-излучения.
Возникает разумный вопрос, что излучается из плазмы? В основном это спектр атома водорода, а точнее серия Лаймана (, где - постоянная Ридберга, , ультрафиолетовая область спектра, ). Также частично присутствуют спектры атомов и ионов примесей. Хотя плазма и имеет непрерывный спектр, всё же тормозное
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.