Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)

Работа ФЭУ основана на внешнем фотоэффекте.

Рис. 7. Схема фотоэлектронного умножителя.

Фотоэлектронный умножитель представляет собой стеклянный баллон, внутри которого находятся катод (К), анод (А) и промежуточные аноды-диноды (Э_i) (рис.7). Свет падает на катод К и эмитирует электроны, которые фокусируются на первом диноде (Э₁). В результате вторичной электронной эмиссии с этого динода вылетает больше электронов, чем падает на него, т.е. происходит как бы умножение электронов. Умножаясь на последующих динодах, электроны в итоге образуют ток, усиленный в сотни тысяч раз по сравнению с первичным фототоком.

Электронно-оптический преобразователь (ЭОП).Работа ЭОП основана на внешнем фотоэффекте.

Рис.8. Схема электронно-оптического преобразователя

Световое изображение объекта (1) (здесь и далее см.рис.8), с помощью линзы L спроецированное на полупрозрачный фотокатод К, преобразуется в электронное изображение (2). Ускоренные и сфокусированные электрическим полем, созданным электродами Э, электроны попадают на люминесцентный экран (4). На экране, благодаря катодолюминесценции, электронное изображение вновь преобразуется в световое (3).

Если сигнал с ЭОП попадает в виде развертки на телевизионную систему, то на экране телевизора можно получить тепловое изображение предмета. Части тела, имеющие разные температуры, различаются на экране либо цветом при цветном изображении, либо светом, если изображение черно-белое. Такая техническая система называется тепловизором и используется в термографии.

Порядок выполнения работы

Упражнение №1. Определение зависимости освещённости от силы света.

1. Фотоэлемент поместить на расстоянии 50 см от осветителя.
2. Поочередно подключать лампочки разной ваттности и по люксметру определить освещённость (Е).
3. Полученные данные занести в таблицу.

№ п/п	r (м)	I (Кд)	Е (Лк)

1. Построить график зависимости освещённости (Е) от силы света:

Е=f(I).

Упражнение №2. Определение зависимости освещённости от расстояния

До источника.

1. Взять лампу наименьшей ваттности.
2. Располагать её на разных расстояниях от фотоэлемента и для каждого расстояния по люксметру определять величину освещенности.
3. Полученные данные занести в таблицу.

№ п/п	r (м)	I (Кд)	Е (Лк)

1. Построить график зависимости освещённости (Е) от расстояния r(м):

Е=f(r)

Контрольные вопросы

1. Явления фотоэффекта. Внутренний и внешний фотоэффект.

2. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

3. Законы фотоэффекта.

4. Вакуумный фотоэлемент, устройство и принцип действия.

5. Вентильные фотоэлементы, устройство и принцип действия.

6. Фотоэлементы и их применение в медицине.

Тестовые задания

1. Внешний фотоэффект можно получить:

а) в полупроводниках;

б) в диэлектриках;

в) в вакууме;

г) в газах.

1. Внутренний фотоэффект можно получить:

а) в металлах;

б) в полупроводниках;

в) в газах;

г) в конденсированных средах.

1. Уравнение Эйнштейна имеет следующий вид:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

1. Укажите размерность постоянной Планка в системе СИ:

а) Н·с

б) Вт·с

в) Дж·с;

г) .

1. Произведите подстановку в уравнение Эйнштейна:

:

а) ;

б)С;

в)w;

г)n.

1. Укажите на сколько этапов можно разбить процесс выхода электрона из метала при фотоэффекте:

а) один;

б) два;

в) три;

г) четыре.

1. Укажите, при каком значении энергии фотона света возможен фотоэффект:

а) при любом;

б) если энергия фотона света больше энергии, необходимой для перехода
электрона из валентной зоны в зону проводимости;

в) если энергия фотона света меньше энергии, необходимой для перехода
электрона из валентной зоны в зону проводимости;

г) если энергия фотона света недостаточна для перехода электрона из зоны
проводимости в валентную зону.

1. Укажите, каким будет по величине фототок насыщения при измененных условиях (для данного фотоэлемента и источника тока):

а) будет изменяться;

б) будет постоянным;

в) уменьшится;

г) увеличится.

9. Укажите, какая точка на графике соответствует начальной точке фототока насыщения:

а) А;

б) В;

в) С;

г) D.

1. Укажите, каким параметром является Ф в первом законе фотоэффекта:

а) постоянной Фарадея;

б) яркостью;

в) световым потоком;

г) освещенностью.

1. Укажите формулу, выражающую второй закон фотоэффекта:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

1. Для вывода формулы закона о красной границе фотоэффекта начальную кинетическую энергию приравниваем к:

а) 1;

б) 0;

в) ¥;

т) 10.

1. Укажите формулу закона о красной границе в общем виде, записанную через l_кр:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

14. Укажите формулу закона о красной границе фотоэффекта в общем виде, выраженную через n_кр:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

15. Закон о красной границе фотоэффекта не выполняется для лазерных лучей, так как они обладают свойством:

а) малой расходимостью пучка;

б) монохроматичностью;

в) когерентностью;

г) большой плотностью фотонов.

1. Укажите единицу измерения энергии фотона hn в системе СИ:

а) Эрг;

б) Дж;

в) Вт;

г) Кал.

1. Укажите график, показывающий зависимость фототока от напряжения на электродах:

а

б

в

г

1. Укажите, как будет меняться величина фототока, если вакуумный элемент наполнить инертным газом:

а) не изменится;

б) увеличится;

в) уменьшится;

г) сначала уменьшится, затем увеличится.

1. Укажите, в какой из схем фототок не будет равен нулю:

а

б

в

г

1. Укажите, в каких единицах в системе СИ измеряется освещенность:

а) в люменах;

б) в люксах;

в) в канделах;

г) .

1. Укажите последовательность расположения слоев со стороны падения света в селеновом фотоэлементе:

а) селен – серебро – железо;

б) серебро – селен – железо;

в) железо – селен – серебро;

г) селен – железо – серебро;

1. Укажите, по какой формуле нельзя определить длину волны фотона:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

1. Чему должна быть равна частота n фотона, энергия которого равна 1 Дж:

а) 0,15·10³⁴ Гц;

б) 10⁶ Гц;

в) 0,15·10^-34 Гц;

г) 10¹⁰ Гц.

1. Укажите этапы возникновения фотоэффекта в металлах:

А а) поглощение энергии фотона электронами

б) распределение энергии между электронами

в) подход электрона к поверхности металла

Б а) поглощение энергии фотона электронами

б) движение электрона к поверхности металла

в) выход электрона из металла

В а) встреча электрона с фотоном

б) передача энергии фотона электронам

г) движение электрона к поверхности металла

1. Какой участок на графике зависимости фототока от напряжения соответствует фототоку насыщения:

а) АВ;

б) АВС;

в) ВС;

г) СD.

26. Величина коэффициента чувствительности к фотоэффекту в первом законе фотоэффекта зависит:

а) только от рода металла;

б) от длины световой волны, рода металла и характера поверхности;

в) от показателя преломления среды;

г) только от длины световой волны;

д) от рода металла, длины световой волны и показателя преломления среды.

1. Практической единицей измерения чувствительности фотоэлемента является:

а) ; б) ; в) ;

г) ; д) .

28. Внешний фотоэффект основан:

а) на р – n переходе;

б) на n – р переходе;

в) на возникновении ЭДС;

г) на изменении электропроводности;

д) на эмиссии электронов.

1. К вентильным фотоэлементам не относится:

а) селеновый;

б) вакуумный;

в) медно – закисный;

г) сернисто–таллиевый;

д) германиевый.

1. В медицине электронно–оптический преобразователь (ЭОП) не используется:

а) для увеличения яркости рентгеновского изображения;

б) в тепловизорах;

в) для преобразования изображения из одной области спектра в другую;

г) в термографии;

д) для определения некоторых световых характеристик.

1. Фотоэлектронные умножители (ФЭУ) применяются в медицине:

а) для изменения яркости рентгеновского изображения;

б) для регистрации сверхслабых свечений;

в) для преобразования изображения из одной области;

г) в тепловизорах;

д) в электронной микроскопии.