27.2. Фотоэлектрлік құбылысты пайдалану

Фотоэлектрлік құбылыстытың ғылыми прақтикалық маңызы аса зор. Жұмыс принциптері фотоэффектіге негізделген, жарық сигналдарын электрлік сигналдарға түрлендіруші оптоэлектроникалық аспаптар мен күрделі қондырғылар телевидениеде, кино құрылғыларда, автоматика салаларында, ғарыштық техникада және лазерлік байланыс жүйелерінде кеңінен қолданылады. Казіргі заманда оптоэлектроника қолданбалы электрониканың жалпы айтқанда электрониканың маңызды саласының бірі.

27. 2.1. Сыртқы фотоэффект. Вакуумдық фотоэлементтер мен фотоэлектрондық көбейткіштер

Фотоэлементтердің жұмыс принципі сыртқы фотоэффектге негізделген. Қарапайым вакуумдық фотоэлемент ішкі ауасы шығарылған екі анод және катод деп аталатын электроды бар кішкене шыны баллоннан жасалған. Баллонның ішкі жағының бір бүйіріне жарық сезгіш жұқа қабат жапсырылған (27.1сурет). Ол фотокатод деп аталады. Вакуумдық фотоэлементің аноды сақина пішінді металдан жасалған.

Фотоэлементі ток көзіне қосып, оған жарық сәулесін түсірсек, онда катодтан бөлініп шыққан фотоэлектрондар анодқа қарай қозғалады. Жүйе тұйықталып, фотоэлектрондардың қозғалысына қарама қарсы бағытталған ток жүреді.

,

мұндағы  фотоэлектрондардың саны, ал  электронның заряды.

жарық сәулесі

27.1сурет 27.2сурет

Анодтың кернеуінің мәні болған кездің өзінде аздап болсада ток жүреді (27.2сурет). Оның себебі, катодтан ыршып шыққан кейбір электрондардың кинетикалық энергиясы, яғни олардың бастапқы жылдамдықтары анодқа жетуге жеткілікті болуына байланысты. Үдетуші потенциалдар айырмасы артқанда бастапқы жылдамдықтары төмен электрондардың да анодқа жету мүмкіншілігі артады, сөйтіп фототок күші кернеуге тәулді артады. Бірақ үдетуші кернеудің мәні белгілі бір шамаға жеткен соң фототок күші артпайды, қанығады. Бұл жарықтың ағыны үшін катодтан бірлік уақытта бөлініп шығатын электрондар анодқа түгел жетеді деген сөз. Қанығу тогінің мәнін арттыру үшін жарықтың ағынының шамасында арттыру керек.

Фотоэффектге байланысты А.Г. Столетов бірнеше заңдылықтарды тұжырымдаған:

1) қанығу тогінің күші (электрондардың саны) заттың бетіне түскен жарық сәулесінің қарқынына (жұтылған жарық энергиясына) пропорционал;

2) фотоэлектрондардың бастапқы максимал жылдамдықтары жарық сәулесінің қарқынына тәуелсіз, жарықтың тербеліс жиілігі мен металдың бетінің қасиетіне тәуелді;

3) Әрбір заттың өзіне тән фотоэффектінің қызыл шегі болады, жағдайда фотоэффект шектеледі.

Вакуумдық фотоэлементтің жетістігінің бірі, оның фототогінің жарық ағынына сызықты тәуелділігінде, сондықтан ол фототметрлік шамаларды үлкен дәлдікпен өлшей алады. Ал оның кемшілігі  сезгіштігі төмен.

Вакуумдық фотоэлементтің бұл кемшілігі сыртқы фотоэффект мен қатар екінші электрондық эмиссия құбылысына негізделген фотоэлектрондық

көбейткіш (ФЭК) деп аталатын аспапта толық жойылған десекте болады (27.3сурет).

күшейткішке

27.3сурет

ФЭК  динодтар деп аталатын көптеген аралық электродтары бар (олардың саны 1015  ке дейін болады) вакуумдық фотоэлемент. жарық ағының әсерінен катодтан бөлініп шыққан әрбір фотоэлектрон электродттан кемінде екі электронды (екінші электрондық эмиссия электрондары) бөліп шығарады. Бұл құбылыс электродтар үшін де қайталанады. Осылайша, электр өрісінің әсерінен үдей қозғалған, саны  ге дейін көбейген электрондар анодқа жетеді. Жүктеменің кедергісі арқылы жүретін токтің шамасы котодтың фототогіне салыстырғанда дәл сондай шамаға артады.

Қарапайым вакуумдық фотоэлементтің сезгіштігі болса, ал ФЭКтің сезгіштігі , демек есеге артық.

ФЭК өте азғантай ғана жарық ағынын, аса бәсең жекеленген жарық жарқылын өлшеуге мүмкіндік береді. Сондықтан, оларды спектрометриялық өлшеу жұмыстарында, ядролық физикада сцинтилляцлық есептегіштерде, биолюминесценцияны байқау үшін де қолданады.