№ 132 (1107956), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Преимуществами вакуумныхфотоэлементов являются линейная зависимость фототока от светового потока,безинерционность и простота устройства, недостатком – очень малая величинафототока, обычно требующая дополнительных устройств (усилителей) для егорегистрации.6В баллоне газонаполненного фотоэлемента содержится инертный газ подопределѐнным давлением. Электроны, вылетевшие из катода, приобретает вэлектрическом поле между катодом и анодом энергию, достаточную для того,чтобы при столкновении с атомами газа, выбить из них электроны (произвестиионизацию атомов).
После столкновений появляются новые электроны в добавокк уже имеющимся. Эти электроны также разгоняются электрическим полем ипроизводят ионизацию и т.д. В результате в баллоне возникаетнесамостоятельный газовый разряд, причѐм на анод приходит гораздо большеэлектронов, чем их вылетело из катода (коэффициент усиления тока обычносоставляет около 10). Давая большой фототок по сравнению с вакуумными,газонаполненные фотоэлементы обладают значительной инерционностью именьшей стабильностью.Фотоэлементы применяются в аппаратуре звуковоспроизведения, схемахавтоматики, фотометрии, спектроскопии и для ряда других целей.Фотоэлектронные умножители. Схема устройства фотоэлектронногоумножителя (ФЭУ) показана на рис.
4. ФЭУ представляет собой стекляннуюколбу, внутри которой создан высокий вакуум. В колбе находятся фотокатодК (обычно в видеполупрозрачного слоявещества с малойработойвыходаэлектронов,нанесѐнногонаторцевую поверхностьколбы с внутреннейРис.
4стороны), анод А инесколько (от одного до 12) динодов (эмиттеров). Между анодом, динодами икатодом при помощи делителя, состоящего из цепочки сопротивлений R ,создаѐтся напряжение, возрастающее по направлению от катода к аноду.Падающий на фотокатод свет выбивает из него электроны, которые разгоняются вэлектрическом поле между катодом и первым динодом. Ударяясь о поверхностьдинода, каждый электрон выбивает из диноданесколькоэлектронов(явлениевторичнойэлектронной эмиссии).
Каждый из этих электронов,увлекаясь электрическим полем ко второму диноду,ударяется о его поверхность и выбивает из неѐ новыеэлектроны, которые направляются к следующемудиноду, и т.д. В результате число пришедших к анодуэлектронов во много раз превышает число электронов,вылетевших из катода. Коэффициент усиленияфототока в зависимости от числа динодов инапряжения между ними может быть от 10 5 до 1011 .Рис. 5Приходящие на анод электроны создают в цепи,7образованной анодом, сопротивлением нагрузки RH и последним динодом,фототок, который может быть зарегистрирован по величине напряжения насопротивлении RH или при помощи микроамперметра, включѐнного в эту цепь.Усиление фототока динодной системой существенно зависит от величинынапряжения U между катодом и анодом.
На рис. 5 показана качественнаязависимость фототока от напряжения – с ростом напряжения фототок заметноувеличивается. Однако на практике не рекомендуется увеличивать напряжениепитания выше определѐнного значения для каждого типа ФЭУ, так как с ростомU возрастает вносящий в измерительные помехи темновой ток iT . Темновымтоком называется ток, возникающий в ФЭУ в отсутствие световогопотока, падающего на фотокатод. Зависимость iT от U приведена на рис.26.
Темновой ток обусловлен термоэлектроннойи автоэлектроннойэмиссией.Преимуществом ФЭУ является очень высокая чувствительность, позволяющаярегистрировать слабые световые потоки – вплоть до отдельных фотонов. К ихнедостаткам следует отнести требование для питания источников высокогонапряжения порядка 1-2 кВ.
ФЭУ используются для оптических исследованийслабых световых потоков в астрофизике и спектроскопии, а также в соединении ссцинтилляционными счѐтчиками для регистрации ядерных излучений,космических лучей, элементарных частиц.ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИВ данной установке в качестве фотокатода, испускающего электроны поддействием световой волны, используется полупрозрачный сурьмяно-цезиевый( Cs3Sb ) катод фотоэлектронного умножителя ФЭУ-19М, нанесѐнный наторцевую поверхность колбы. Эффект усиления фототока в ФЭУ достигается засчѐт вторичной электронной эмиссии с поверхностей промежуточных анодов (вФЭУ они носят название динодов).Явление вторичной электронной эмиссии состоит в испускании электронов споверхности материала под действием падающего на неѐ пучка электронов.Количество электронов, выбиваемых с каждого динода, почти на порядокпревосходит количество падающих на него электронов.
Двенадцать динодовФЭУ-19М обеспечивают такое усиление фототока, что его можно измерятьнепосредственно стрелочным прибором.Схема установки для изучения внешнего фотоэффекта приведена на рис. 6.Она собрана на базе универсального монохроматора УМ-2, которыйпредставляет собой оптический призменный прибор, позволяющий выделять из2Термоэлектронная эмиссия – испускание телами электронов, получивших за счѐт теплового движения энергию,необходимую для совершения работы выхода. Автоэлектронная эмиссия – испускание электронов под действиемэлектрического поля, созданного у поверхности тела. Хотя обычно для наблюдения термоэлектронной эмиссиитребуются температуры гораздо выше комнатной, а для автоэлектронной эмиссии – очень сильные электрическиеполя, всѐ же при огромных коэффициентах умножения электронов в ФЭУ эти явления могут создавать заметныепомехи.8сплошного спектра узкие монохроматические участки в видимой части спектра.Помимо монохроматора в состав установки входят:Лампа накаливания, дающая непрерывный спектр излучения.
МаксимумРис. 6испускательной способности лампы приходится на далѐкую инфракраснуюобласть. В видимой части спектра излучаемая лампой энергия растѐт сувеличением длины волны.Конденсор – линза, концентрирующая поток излучения от лампынакаливания на входном отверстии коллиматора монохроматора УМ-2 3.Нейтральный светофильтр с регулируемым коэффициентомпропускания, обеспечивающий одинаковое ослабление интенсивности для всехдлин волн.
Зависимости коэффициентов пропускания «К» светофильтров от углаповорота шкалы « » для установок № 1 и № 2 приведены на рис. 7 и 8,соответственно.Фотоумножитель ФЭУ-19М для возбуждения и усиления фототока. Накатод ФЭУ-19М из выходной щели монохроматора попадает излучение высокойстепени монохроматичности (о30 А ).Выпрямитель Б5-24, питающий выпрямленным стабилизированнымнапряжением фотоумножитель ФЭУ-19М.Микроамперметр – стрелочный прибор для регистрации фототока iФ .3Коллиматором называется устройство, которое служит для создания параллельного пучка света.9ЭПП-111 – электрический пульт питания, который во время работымонохроматора обеспечивает необходимым напряжением лампу накаливания,лампы подсветки шкал монохроматора, а также ртутную лампу высокогодавления (при проведении градуировки прибора).Рассмотрим назначение некоторых узлов самого монохроматора, имеющихотношение к проводимым измерениям.Излучение, имеющее сплошной спектр, после прохождения конденсора инейтрального светофильтра, попадает на входную щель монохроматора, передкоторой находится специальная насадка с линзой.
Ширина раскрытия щелиустанавливается с помощью барабанчика (на рис. 6 барабанчик не указан, так какпри взгляде на монохроматор сверху он не виден). Цена деления барабанчикаравна 0,01 мм. Максимальное раскрытие щели – 4 мм. За входной щельюпомещается затвор, с помощью которого можно прекратить доступ света вприбор. На рукоятке привода затвора имеются надписи «ОТКР» и «ЗАКР». Таккак работа с монохроматором ведѐтся в незатемнѐнной комнате, то дляустранения попадания на входную щель рассеянного излучения боковаяповерхность насадки с линзой покрыта светоизоляционным материалом (чѐрнойизолентой). При обращении с нейтральным светофильтром надо работать так,чтобы не повредить эту изоляцию.Выходная щель монохроматора располагается непосредственно перед ФЭУи имеет такие же характеристики, как и входная (цена деления барабанчика равна0,01 мм, максимальное раскрытие щели – 4 мм).Изменение длины волны излучения, проходящего через выходную щель,осуществляется вращением барабана с нанесѐнными на нѐм делениями.
Отчѐтчитается против индекса, скользящего по спиральной канавке. Принеобходимости шкала и индекс могут освещаться лампочкой, выключателькоторой вмонтирован в основание монохроматора. Длина волны излучения (вооангстремах ( А ), 1 А 10 10 м ), попадающего в выходную щель монохроматора иФЭУ, определяется по графику, представленному на рис. 9, по результатамотсчѐта на барабане. Место соединения ФЭУ и монохроматора так же, как инасадка с линзой на входе, покрыто светоизоляционным материалом. Поэтомупри выполнении задачи необходимо быть осторожным и не сдвигать ФЭУ сместа.
При соблюдении указанных мер предосторожностей изменениеосвещѐнности помещения не влияет на результаты измерений.Подготовка установки к измерениямПодготовка установки к измерениям состоит в подаче электрическогонапряжения на соответствующие узлы установки: источник излучения – лампунакаливания и ФЭУ-19М. Юстировка установки, т.е. такое размещение наоптической скамье отдельных узлов установки – лампы накаливания, конденсора,нейтрального светофильтра и ФЭУ – которое обеспечивает при заданныхусловиях максимальную величину фототока, выполняется лаборантом или10преподавателем. Студент только проверяет юстировку и при необходимостиобращается за советом к лаборанту или преподавателю.Для подготовки установки к измерениям:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
