• В ФЭУ используется явление вторичной электронной эмиссии – эмиссии электронов vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
твердым телом, бомбардируемым электронами же.
•Оно сходно с явлением фотоэмиссии, но энергия, требующаяся для выхода электронов из тела, берется у бомбардирующих электронов.
•Коэффициент вторичной эмиссии – отношение числа вышедших электронов к числу
бомбардирующих электронов. Он зависит от свойств материала, энергии бомбардирующих электронов и угла их падения. При оптимальных условиях он достигает нескольких единиц.
•В ФЭУ световой квант поглощается фотокатодом, его энергию получает электрон.
•Этот электрон ускоряется приложенным напряжением (~100 В) и направляется на первый
динод – специальный электрод с большим коэффициентом вторичной эмиссии.
•Из первого динода вылетает уже несколько электронов. Они ускоряются и направляются на второй динод, и т.д.
•На последний электрод (анод) приходит импульс тока,
переносимый большим числом
(106-108) электронов.
•Эти импульсы (происходящие от отдельных фотонов!) можно считать. Или измерять средний
ток, пропорциональный потоку
• После своего изобретения ФЭУ стали использоваться в качестве стандартного vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
устройства для регистрации и определения параметров различных излучений – в частности, рентгеновских и гамма-лучей.
•Фотокатод ФЭУ слишком тонок, чтобы полностью поглотить энергию рентгеновского
излучения. Поэтому перед входом ФЭУ ставится слой сцинтиллятора, который поглощает
первичное жесткое излучение и превращает его в оптические фотоны. В качестве сцинтиллятора используются, в частности, кристаллы NaI и органические материалы.
•Часть оптических фотонов из сцинтиллятора попадает на фотокатод ФЭУ и преобразуется в импульс тока.
•Амплитуда этого импульса пропорциональна числу оптических фотонов, а оно –
энергии первичного кванта.
•Если поток первичных фотонов мал и создаваемые ими импульсы тока не перекрываются по времени, можно провести статистический анализ амплитуд импульсов и не его основе
получить энергетический спектр потока первичного излучения.
•Таким образом, на основе сцинтилляционного датчика можно построить спектрометр рентгеновского излучения.
•Такие спектрометры называют энергодисперсионными – в отличие от волнодисперсионных спектрометров, использующих явление брэгговской дифракции. 7
• vk.com/club152685050Другой вид детектора| vk.com/id446425943рентгеновского излучения использует явление внутреннего фотоэффекта – создания носителей заряда в плохопроводящих материалах при поглощении рентгеновского фотона.
•Число созданных носителей и амплитуда импульса тока в цепи пропорциональны энергии фотона.
•Такие детекторы также используются в рентгеновских
спектрометрах.
•Пример – спектр характеристического излучения материала со сложным элементным составом.
По вертикальной оси – число
«отсчетов», то есть, импульсов тока заданной величины, соответствующих приходу квантов данной энергии.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
• Таким образом, в настоящее время фотонные представления о природе электромагнитного излучения широко используются на практике. Их справедливость не вызывает сомнений.
• То же можно сказать и о волновых представлениях. Они также справедливы.
(Пример – измерения рентгеновских спектров с использованием энергодисперсионных (квантовый подход) и волнодисперсионных (дифракция) спектрометров дают одинаковые результаты. В самих волнодисперсионных спектрометрах интенсивность дифрагированных лучей часто определяют путем подсчета квантов.)
Как их совместить?
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
• Наиболее общая (на данный момент) теория электромагнитного излучения называется квантовой электродинамикой.
• Можно называть ее и фотонной теорией – при понимании того, что свойства фотонов отличаются от свойств частиц в обычном представлении.
• Ее достоинства – общность и справедливость (соответствие всем имеющимся экспериментальным данным).
Недостатки – неочевидность исходных постулатов и «противоречие здравому смыслу».
•«Принцип соответствия» – предложенное Нильсом Бором требование к любым новым теориям. Новая, более общая теория должна включать в себя старые теории в качестве предельных случаев.
Качественнаяvk.com/club152685050иллюстрация| vk.com/id446425943соотношение этих трех моделей для простого примера – дифракции света на двух щелях.
•Волновая (максвелловская модель) дает корректное описание дифракционной картины.
•В точку наблюдения (на детектор) приходят волны, прошедшие через каждое из двух отверстий. При их сложении может происходить как увеличение, так и уменьшение интенсивности в сравнении со случаем, когда одно из отверстий перекрыто.
•Это является результатом принципа суперпозиции: колебания напряженности поля двух волн складываются с учетом фазового сдвига.
•Фазовый сдвиг зависит от положения точки наблюдения по
отношению к |
|
отверстиям. |
11 |
•vk.com/club152685050Корпускулярная| vkмодель.com/id446425943не описывает появления дифракционной картины.
•Частицы (фотоны) движутся по траекториям, проходящим либо через одно,
либо через другое отверстие.
•На детекторе в точке наблюдения складываются количества частиц, независимо пришедших двумя разными путями. То есть, значения интенсивности.
•Вследствие этого, ни для одной из точек наблюдения результат сложения не может уменьшиться в сравнении со случаем, когда одно из отверстий перекрыто.
•Чтобы получить согласие с экспериментом, требуется «добавить в модель фазы».
•Но не потерять дискретность
излучения, регистрируемого
•vk.com/club152685050В квантовой электродинамике| vk.com/id446425943это достигается постулированием необычных («с точки зрения здравого смысла») свойств фотона в сравнении с классической частицей.
•Фотон – частица с недетерминированным (вероятностным) поведением. Его поведение описывается понятием вероятности. Законы поведения световых потоков (содержащих большие количества фотонов) являются результатом усреднения вероятностного поведения отдельных фотонов.
•К примеру, фотон может с некоторой вероятностью преодолеть или не преодолеть границу раздела двух сред. Измеряемые в эксперименте коэффициенты преломления и отражения отражают соответствующие вероятности.
•Важно отметить, что вероятностный характер поведения – фундаментальное свойство фотона в данной модели, а не способ учета скрытых параметров задачи (например, шероховатости границы). Поведение отдельного фотона даже при полностью заданных условиях не может быть достоверно предсказано.
Свойстваvk.com/club152685050фотона (|постулируютсяvk.com/id446425943):
•Поведение фотона не может быть описано в терминах траектории.
•Траектория попадания фотона в точку наблюдения принципиально не может быть никак установлена, поскольку обнаружение фотона в промежуточной точке траектории означает его поглощение и непопадание в точку наблюдения.
•Перемещение фотона в пространстве характеризуется плотностью вероятности P(r) его попадания из начальной точки в окрестность конечной точки с радиусвектором r. (Вероятность берется в расчете на единицу объема детектора – поэтому это плотность вероятности).
•Для любого r (позиции детектора) вероятность P(r) отлична от 0.
•Плотность вероятности может быть выражена как квадрат модуля комплексной функции , называемой «амплитудой вероятности»:
P(r)= (r) 2
(Функция комплексная – значит, можно говорить о фазе!)
•vk.com/club152685050Принцип суперпозиции| vk.com/id446425943:
если фотон может попасть в точку r двумя (или многими) взаимоисключающими способами, то амплитуда вероятности (r) является суммой амплитуд вероятности всех возможных способов:
(r)= 1(r) + 2(r)
Поскольку суммируются комплексные числа, возможно уменьшение квадрата модуля амплитуды вероятности (плотности вероятности P) суммы в сравнении
саналогичными значениями для слагаемых.
•Именно это и определяет возможность наблюдения явлений интерференции и дифракции.
•При этом не теряется дискретность
