Лабораторная работа 53. Определение красной границы фотоэффекта и работы выхода электронов из фотокатода.

Исследуемым объектом является фотокатод фотоумножителя (ФЭУ).

ФЭУ - представляет собой вакуумный фотоэлемент с внутренним усилением фототока в результате вторичной эмиссии.

Рис.9. Схема работы фотоумножителя.

Если поверхность металла или полупроводника бомбардировать электронным пучком, то это вызовет эмиссию вторичных электронов с облучаемой поверхности.

ФЭУ состоит из светочувствительного фотокатода К (рис. 9) и ряда вторичных эмиттеров - динодов Э₁ - Э₄ (их может быть 10-15). Свет попадает на фотокатод через входное окно О. Электроны, испускаемые фотокатодом ускоряются электрическим полем и попадают на первый динод Э₁, вызывая эмиссию вторичных электронов. Конфигурация и расположение катода и динодов выбраны так, что создаваемые ими электрические поля обеспечивают попадание большинства фотоэлектронов на динод Э₁, а большинства вторичных электронов после ускорения - на следующий динод Э₂, где процесс умножения повторяется и т. д. Вторичные электроны с последнего динода собираются на анод А.

Для количественной характеристики вторичной эмиссии вводят понятие о коэффициенте вторичной эмиссии . Эта физическая величина определяется как отношение числа вторичных электронов n₁, испускаемых данным эмиттером, к числу падающих на него первичных электронов n₀:

. (3)

Если для всех эмиттеров коэффициент вторичной эмиссии одинаков и равен , то усиление такого фотоумножителя равно ^N, где N - число динодов.

В данной работе используется монохроматор УМ-2, описание которого прилагается к работе. Непосредственно перед выходной щелью монохроматора помещен фотоумножитель. Питание фотоумножителя осуществляется от источника постоянного напряжения 630 В. Фототок определяется микроамперметром со световым указателем.

Порядок выполнения работы.

1. При закрытом затворе монохроматора включить лампу накаливания и спроецировать изображение нити лампы на входную щель монохроматора.

2. Открыть затвор и, вращая барабан монохроматора, найти максимальное отклонение светового указателя микроамперметра. Регулируя ширину входной щели монохроматора, добиться отклонения светового указателя на всю шкалу микроамперметра.

3. Вращая барабан монохроматора (от 800 до 3000 делений), определить значения фототока через каждые 100 делений барабана. После прохождения максимального значения фототока экспериментальные точки рекомендуется брать чаще.

4. Построить график зависимости фототока от длины волны (в делениях шкалы барабана).

5. Для определения красной границы фотоэффекта, в области кривой после максимума найти участок наиболее резкого спада фототока (спада фототока до нуля в реальных условиях не происходит). Точку пересечения касательной к этому участку с осью абсцисс можно принять за красную границу фотоэффекта _кр.

Определить _кр в нм с помощью прилагаемого к работе графика градуировки барабана монохроматора.

6. Определить работу выхода электронов А по формуле:

, (4)

где с - скорость света в вакууме (c = 3 10⁸ м/с), h - постоянная Планка (h = 6,6210^-34 Джс).

Контрольные вопросы:

1. Типы фотоэффекта (внешний, вентильный и внутренний фотоэффект).

2. Опишите эксперименты, на основании которых были сформулированы закономерности фотоэффекта.

3. Закономерности внешнего фотоэффекта и их объяснение на основе квантовых представлений.

4. Устройство, принцип. действия и характеристики фотоумножителей.

5. Эксперимент. Анализ результатов эксперимента.