Главная | Обратная связь

Фотоэлектрические преобразователи и их применение

Тема: Фотоэлектрические преобразователи. Методы исследование биологических объектов по спектральному анализу

Цель:

1. Ознакомление основными видами фотоэлектрических преобразователей и их

применениями

2. Изучение спектров поглощения биологических обьектов

3. По величине оптической плотности сделать заключения о концентрации вещества

в исследуемом объекте

Задачи обучения:

1. Рассмотрение явлении фотоэффекта, их применении в фотопреобразователях

2. Исследование фотобиологических процессов с помощью спектрофотометров

Основные вопросы темы:

1. Фотоэлектрический эффект

2. Фотоэлектрические приборы, принцип работы которых основан на фотоэффекте

3. Метод исследования фотобиологических процессов с помощью спектров

поглощения

4. Приборы спектров поглащения.

5. Рассмотрения энергетики фотобиологического процесса.

6. Факторы определяющие поглощательную способность системы.

7. Зависимость поглащения светового потока .

Методы обучения и преподавания – решение ситуационных задач и выполнение лабораторной работы

 

Краткое содержание темы.

Фотоэлектрические преобразователи и их применение

Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называют группу явлений, возникающих при взаимодействии света с веществом и заключающихся либо в эмиссии электронов (внешний фотоэффект), либо в изменении электропроводимости вещества или возникновении электродвижущей силы ( внутренний фотоэффект).

Электровакуумные или полупроводниковые приборы, принцип работы которых основан на фотоэффекте, называют фотоэлек­тронными. Рассмотрим устройство некоторых из них.

Наиболее распространенным фотоэлектронным прибором является фотоэле­мент. Фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте (рис. 1, а), состоит из источника электронов — фотокатода К, на который попадает свет, и анода А. Вся система заключена в стеклянный баллон, из которого откачан воздух. Фотокатод, представляющий собой фоточувствительный слой, может быть не­посредственно нанесен на часть внутренней поверхности баллона (рис. 1. б). На рис. 1, в дана схема включения фотокатода в цепь.

Для вакуумных фотоэлементов рабочим режимом является режим насыще­ния, которому соответствуют горизонтальные участки вольт-амперных характе­ристик, полученных при разных значениях светового потока (рис. 2; Ф₂>Ф₁).

Основной параметр фотоэлемента — его чувствительность, выражаемая от­ношением силы фототока к соответствующему световому потоку. Эта величина в вакуумных фотоэлементах достигает значения порядка 100 мкА/лм.

Для увеличения силы фототока применяют также газонаполненные фото­элементы, в которых возникает несамостоятельный темный разряд в инертном газе, и вторичную электронную эмиссию — испускание электронов, происходящее в результате бомбардировки поверхности металла пучком первичных электронов. Последнее находит применение в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ).

Схема ФЭУ приведена на рис. 3. Падающие на фотокатод К фотоны эмиттируют электроны, которые фокусируются на первом электроде (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 иа следующих динодах, электроны в итоге образуют усиленный в сотни тысяч раз ток по сравнению с первичным фототоком.

рис. 1 рис. 2

 

 

 

рис. 3. рис. 4

 

ФЭУ применяют главным образом для измерения малых лучистых потоков, в частности ими регистрируют сверхслабую биолюминесценцию, что важно при некоторых биофизических исследованиях.

На внешнем фотоэффекте основана работа электронно-оптического преобразователя (ЭОП), предназначенного для преобразования изображения из одной области спектра в другую, а также для усиления яркости изображений.

Схема простейшего ЭОП приведена на рис 4. Световое изображение объекта 1, спроецированное на полупрозрачный фотокатод К, преобразуется в

электронное изображение 2. Ускоренные и сфокусированные электрическим полем электродов Э электроны попадают на люминесцентный экран L. Здесь электронное изображение благодаря катодолюмнкесценции вновь преобразуется в световое 3.

В медицине ЭОП применяют для усиления яркости рентгеновского изображения, это позволяет значительно уменьшить дозу облучения человека.