шает работу выхода Wo и приобретает кинетическую энергию, соответствующую начальной скорости vq. В соответствии с уравнением Эйнштейна энергия кванта

Wkb = hv = Wo + mvl/2.

Очевидно, кинетическая энергия вылетевшего из металла электрона

mvy2=W-Wo = kv-Wo. (19.2)

Из уравнения следует, что электрон после поглощения энергии одного кванта Wkb может вылететь из металла, если работа выхода Wq будет меньше кванта, так как лишь при этих условиях начальная скорость Vq, а следовательно, и кинетическая энергия электрона

ти/2 = irB - Wo > О или mvy2 = hv - Wo> 0.

При снижении частоты v колебаний светового излучения уменьшается энергия световых лучей, следовательно, будет уменьшаться начальная скорость электронов, вылетающих с фотокатода. Для каждого материала фотокатода, обладающего определенной работой выхода Wq, существует минимальная (предельная) частота световых колебаний vo, при которых еще возможна фотоэмиссия. В соответствии с выражением (19.1) эта минимальная частота vo== = Wolh.

При облучении фотокатода колебаниями более низкой частоты фотоэмиссия невозможна. С увеличением частоты световых колебаний (при данной работе выхода Wo) возрастает начальная скорость Vo, а следовательно, и кинетическая энергия фотоэлектронов mvol2=hv-Wo=h{v-vo), что подтверждают положения второго закона фотоэмиссии. Очевидно, при большей интенсивности светового потока большее количество электронов приобретает квант энергии и сможет выйти из металла, что соответствует положениям первого закона.

Явление внешнего фотоэффекта используется в электровакуумных фотоэлементах и фотоэлектронных умножителях.

§ 19.2. Электровакуумные фотоэлементы

Электровакуумные фотоэлементы (ФЭ) подразделяют на электронные высоковакуумные и ионные, наполненные инертным газом с низким давлением. В электронных ФЭ ток возникает за с*!ет фотоэлектронной эмиссии нз катода под действием светового потока; В ионных - фототок может быть увеличен за счет возбуждения в приборе несамостоятельного газового разряда.

Устройство. Электровакуумный ФЭ (рис. 19.1, а) содержит фотокатод / в виде тонкого металлического слоя, нанесенного на внутреннюю поверхность баллона, и никелевый анод 2, изготовленный в виде проволочного кольца или диска. Электроды помещены в стеклянный баллон 3, в котором создан вакуум, и имеют выводы к штырькам 4 цоколя.

2 6) £

О о.ч

Ультрафиоле-

тобые лучи.

ВиЗииые лучи I I I I I I

о,Ё W v

Инфракрасные

123 45 6 7

лучи

Рис. 19.1. Устройство и спектральные характеристики электровакуумного ФЭ

Катоды электровакуумных ФЭ изготовляют преимущественно из светочувствительных щелочных и щелочноземельных металлов. Для ультрафиолетовой области спектра используют чисто металлические фотокатоды. Наибольшее применение получили кислород-но-серебряно-цезиевые и сурьмяно-цезиевые фотокатоды.

Параметры и характеристики фотокатодов. Интегральная чувствительность (мкА/лм) равна отношению фототока 1ф в режиме насыщения к величине падающего светового потока Ф эталонного источника излучения еп=/ф/Ф. Она характеризует способность ФЭ реагировать на воздействие светового потока, содержащего световые колебания различных длин волн (от ультрафиолетовых до инфракрасных) .

Спектральная чувствительность (мА/лм) равна отношению фототока /ф в режиме насыщения к световому потоку Фд монохроматического излучения, т. е. потоку определенной длины волны Я.: вя=/ф/Фя,.

Помимо рассмотренных, важными параметрами фотокатода являются: термостойкость фотокатода, тем новой ток, состоящий из тока термоэмиссии катода и тока утечки между электродами при отсутствии освещения (Ф = 0); стабильность параметров во времени.

Выбор ФЭ для работы производят по спектральной характеристике фотокатода, она выражает зависимость спектральной чувствительности бя от к - длины волны монохро.матЕческого излучения ,(рис. 19.1, б).-

На рис. 19.1, б приведены сравнительные спектральные характеристики фотокатодов и глаза человека. Уменьшение чувстви-

а) 1р,п1<л го

10 5

Z? fZ7 Ш f«/7 £/д,

Рис. 19.2. Вольт-амперные и световые характеристики ФЭ

тельности в области О.З мкм объясняется поглощением ультрафиолетовых лучей стеклом колбы большинства ФЭ. Чувствительность в сторону более коротких волн можно расширить применением колб из кварца. В области длинных волн чувствительность спадает на пороговой частоте. В области видимых световых лучей более высокую отдачу имеют сурьмяно-цезиевые ФЭ с порогом чувствительности около 0,65 мкм. Чувствительность электровакуумных кисло-родно-цезиевых ФЭ составляет 30-40 мкА/л.м, а сурьмяно-цезие-вых - 80-100 мкА/мл. В газонаполненных ФЭ в результате ионизации газа чувствительность достигает 150-200 мкА/л.м.

Характеристики фотоэлементов. Вольт-амперные характеристики высоковакуумных ФЭ выражают зависимость /ф=ф(/а) при O=const (рис. 19.2, а). Начальный восходящий участок характеристик соответствует работе ФЭ в режиме пространственного заряда. По мере увеличения анодного напряжения пространственный заряд рассасывается, фототок достигает насыщения, при котором характеристики идут полого. С увеличением светового потока Фз> >.ф2>.ф, увеличиваются фототок и плотность объемного заряда, поэтому насыщение наступает при большем f/a. Рабочий режим ФЭ обычно выбирают в области насыщения, где стабилен фототок при отклонениях питающего напряжения f/g.

Световая характеристика /ф=ф(Ф) при C/a=const высоковакуумных ФЭ линейна при небольшой освещенности (рис. 19.2, б, прямая /). При высокой освещенности наблюдается утомление фотокатода и, как следствие, уменьшение крутизны характеристики. Линейность световой характеристики важна в телевидении для неискаженного преобразования изменений светового потока в соответствующие изменения электрического тока.

Примером высоковакуумных ФЭ могут служить приборы Ф-8, СЦВ-51 с сурьмяно-цезиевым катодом с е=80 мкА/лм и темковым током /т=0,1 мкА с областью спектральной чувствительности А?1=0,4-0,7 мкм.

ФЭ предназначены для работы в аппаратуре фототелеграфной связи, звуковоспроизводящей аппаратуре кинематографии, контрольных и измерительных устройствах.

В ФЭ с полупроводниковыми фотокатодами характеристика линейна лишь в области малых значений Ф (кривая 2).