2. Фотоэлектронные приборы

Фотоэлектронные приборы — электровакуумные приборы, преобразующие электромагнитные сигналы оптического диапазона в электрические токи, напряжения. К вакуумным фотоэлектронным приборам, прежде всего, относятся фотоэлементы вакуумные и фотоэлектронные умножители, в которых используется внешний фотоэффект.

А. Вакуумные фотоэлементы

Фотоэлемент вакуумный состоит из фотокатода К, анода А и вакуумного баллона (рис. 13).

Фоточувствительный слой наносится либо непосредственно на стеклянный баллон (рис. 13,а, позиции 1, 2, 4), либо на поверхность специальной подложки, смонтированной внутри баллона (рис. 13,а, позиция 3). Световой поток Ф попадает на фотокатод и стимулирует фотоэлектронную эмиссию, в результате чего между фотокатодом и анодом создается поток свободных электронов.

Наибольшее распространение получили вакуумные фотоэлементы с сурьмяно-цезиевым, многощелочным или кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодами.

Применение газонаполненных фотоэлементов ограничено их нестабильностью и нелинейностью их световой характеристики.

Рис. 13. Общий вид фотоэлементов различных конструкций (а), схема их включения (б) и образцы промышленных фотоэлементов (е)

Б. Фотоэлектронные умножители

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) предназначен для усиления слабых фототоков.

Его работа основана на эффекте вторичной электронной эмиссии. Фотоэлектронный умножитель состоит из фотокатода, каскада динодов, обеспечивающих умножение электронов за счет вторичной электронной эмиссии, анода и дополнительных электродов, помещенных в вакуумный баллон (рис. 14).

Световой поток Ф стимулирует фотоэлектронную эмиссию с фотокатода К. Электронно-оптическая система входной камеры направляет эмитированные электроны на систему динодов. В динодах благодаря эффекту вторично-электронной эмиссии происходит умножение числа электронов. На анод попадает поток вторичных электронов, умноженных каждым динодом.

Конструкции фотоумножителей весьма разнообразны, однако принцип одинаков: умножение электронов происходит в системе дискретных динодов. Они имеют корытообразную, коробчатую, торроидальную, либо жалюзийную форму с линейным или круговым расположением. Фототок, благодаря эффекту вторичной электронной эмиссии, может бсть увеличен до 108 раз.

По функциональному назначению ФЭУ делятся на две крупные группы:

• измерители предельно малых постоянных или медленно меняющихся световых потоков;

• регистраторы слабых кратковременных световых потоков.

ФЭУ широко используется для регистрации слабых излучений вплоть до одиночных квантов, а также в различной оптической аппаратуре.

Разработаны конструкции ФЭУ для работы в разных областях спектра электромагнитного излучения.

В частности, они используются для регистрации ультрафиолетовых и рентгеновских лучей. В качестве примера можно привести отечественные установки для рентгеноструктурного анализа ДРОН-1. В таких установках ФЭУ определяет относительные интенсивности рентгеновских лучей, отраженных от различных кристаллографических плоскостей исследуемых кристаллов.

Одноканальный электронный фотоумножитель — это непрерывный динод или канал, к концам которого приложено напряжение порядка 1÷ 3 кВ.

На внутренней стороне поверхности канала создан активный слой, обладающий вторичной электронной эмиссией и распределенным электрическим сопротивлением. Перемещение вторичных электронов происходит под действием аксиального электрического поля. Усиление в таком ФЭУ может достигать значений 10⁹.

Рис. 14. Схема фотоэлектронного умножителя, ФЭУ:

К — фотокатод; Э — диноды; В — входная диафрагма; А — анод; Д — делитель напряжения

Вторично-электронный умножитель (ВЭУ) представляет собой вакуумное электронное устройство, предназначенное для умножения вторичных электронов. ВЭУ без оболочки называют открытыми и используются в условиях естественного вакуумного пространства.

ВЭУ с оболочкой или закрытого типа широко используются в различной научно-исследовательской и промышленной аппаратуре.