Застосування фотоефекту в медицині
Електровакуумні або напівпровідникові прилади, принцип роботи яких заснований на фотоефекті, називають фотоелектронним. Розглянемо пристрій деяких з них. Найбільш поширеним фотоелектронним приладом є фотоелемент. Фотоелемент, заснований на з овнішньому фотоефекті, складається з джерела електронів - фотокатода К, на який потрапляє світло, і анода А. Вся система укладена в скляний балон, з якого відкачано повітря. Фотокатод, що представляє собою фоточутливий шар, може бути безпосередньо завдано на частину внутрішньої поверхні балона. На малюнку дана схема включення фотокатода в ланцюг. Рис. 1. Для вакуумних фотоелементів робочим режимом є режим насичення, якому відповідають горизонтальні ділянки ВАХ, отриманих при різних значеннях світлового потоку (рис. 2). Рис. 2. О сновний параметр фотоелемента - його чутливість, що визначається відношенням сили фотоструму до відповідного світлового потоку. Ця величина в вакуумних фотоелементах досягає значення близько 100 мкА / лм. Для збільшення сили фотоструму застосовують також газонаповнені фотоелементи, в яких виникає несамостійний темний розряд в інертному газі, і вторинну електронну емісію - випускання електронів, що відбувається в результаті бомбардування поверхні металу пучком первинних електронів. Останнє знаходить застосування в фотоелектронних помножувачі (ФЕП). Схема ФЕУ наведена на рис. 3. Падаючі на фотокатод До фотони емітуючої електрони, які фокусуються на першому електроді (діноде) Е 1. У результаті вторинної електронної емісії з цього дінода вилітає більше електронів, ніж падає на нього, тобто відбувається як би множення електронів. Помножити на наступних дінодах, електрони в результаті утворюють посилений в сотні тисяч разів струм в порівнянні з первинним фотоструму.
утворюють посилений в сотні тисяч разів струм в порівнянні з первинним фотоструму. ФЕУ застосовують головним чином для вимірювання малих променистих потоків, зокрема ними реєструють надслабких біолюмінесценцію, що важливо при деяких біофізичних дослідженнях. На зовнішньому фотоефекті заснована робота електронно-оптичного перетворювача (ЕОП), призначеного для перетворення зображення з однієї області спектра в іншу, а також для посилення яскравості зображень. Схема найпростішого ЕОП наведена на рис. 4. Світлове зображення об'єкта 1, проектувати на напівпрозорий фотокатод К, п еретворюється на електронне зображення 2. Прискорені і сфокусовані електричним полем електродів Е електрони потрапляють на люмінесцентний екран Є. Тут електронне зображення завдяки катодолюминесценции знову перетвориться в світлове 3. Рис. 4.
У медицині ЕОП застосовують для посилення яскравості рентгенівського зображення, це дозволяє значно зменшити дозу опромінення людини. Якщо сигнал з ЕОП подати у вигляді розгортки на телевізійну систему, то на екрані телевізора можна отримати «теплове» зображення предметів. Частини тіла, що мають різні температури, різняться на екрані або кольором при кольоровому зображенні, або світлом, якщо зображення чорно-біле. Така технічна система, яка називається тепловізором, використовується в термографії. В ентильні фотоелементи мають перевагу перед вакуумними, так як працюють без джерела струму. Один з таких фотоелементів - мідно-закисной - представлено на схемі рис. 5. Рис. 5. Мідна платівка, що служить одним з електродів, покривається тонким шаром закису міді Сu 2 О (напівпровідник). На закис міді наноситься прозорий шар металу (наприклад, золото Аu), який служить другим електродом. Якщо фотоелемент висвітлити через другий електрод, то між електродами виникне фото-е.р.с., А при замиканні електродів, в електричному ланцюзі піде струм, що залежить від світлового потоку. Чутливість вентильних фотоелементів досягає декількох тисяч мікроампер на люмен. На основі високоефективних вентильних фотоелементів з к.к.д., рівним 15% для сонячного випромінювання, створюють спеціальні сонячні батареї для живлення бортової апаратури супутників і космічних кораблів. Залежність сили фотоструму від освітленості (світлового потоку) дозволяє використовувати фотоелементи як люксметри, що знаходить застосування в санітарно-гігієнічній практиці і при фотографуванні для визначення експозиції (у експонометра). Деякі вентильні фотоелементи (сірчистої-талієву, германієвий та ін) чутливі до інфрачервоного випромінювання, їх застосовують для виявлення нагрітих невидимих тіл, тобто як би розширюють можливості зору. Інші фотоелементи (селенові) мають спектральну чутливість, близьку до людського ока, це відкриває можливості використання їх в автоматичних системах і приладах замість ока як об'єктивних приймачів видимого діапазону світла. На явищі фотопровідності засновано і явище фоторезистора. Н айпростіше фотосопротивлений (рис. 6) являє собою тонкий шар напівпровідника 1 з металевими електродами 2, 3 - ізолятор. Фотосопротивлений, як і фотоелементи, дозволяють визначати деякі світлові характеристики і використовуються в автоматичних системах та вимірювальної апаратури. Таким чином, фотоефект - це явище, пов'язане із звільненням електронів твердого тіла (або рідини) під дією електромагнітного випромінювання. Розрізняють: Висновок
1) зовнішній фотоефект - випускання електронів під дією світла (фотоелектронна емісія), випромінювання та ін; 2) внутрішній фотоефект - збільшення електропровідності напівпровідників або діелектриків під дією світла (фотопровідність); 3) вентильний фотоефект - збудження світлом електрорушійної сили на кордоні між металом і напівпровідником або між різнорідними напівпровідниками. Фотоіонізації газів іноді також називають фотоефектом.
«6 ст.» «11.13.2013»