Описание экспериментальной установки.

Определение коэффициента вторичной электронной эмиссии и зависимости его от скорости первичных электронов в работе производиться с простейшим фотоумножителем ФЭУ-1 (фотодинатронным) с однокаскадным усилением фототока за счет вторичной эмиссии. Устройство фотодинатрона аналогично устройству вакуумного фотоэлемента (рис. 5).

Светочувствительный, например, сурьмяно-цезиевый слой, играющий роль фотокатода на внутренней поверхности стеклянного вакуумного баллончика, присоединен к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения. На противоположной, также внутренней стороне баллончика нанесен такой же сурьмяно-цезиевый слой меньшего размера. Он является вторым электродом и носит название эмиттера. Между катодом и эмиттером – третий цилиндрический сквозной электрод или в других конструкциях сетчатый электрод, называемый анодом или коллектором фотоэлемента.

Принцип действия фотодинатрона следующий: свет падает на фотокатод К и вырывает из него фотоэлектроны. Наблюдается явление внешнего фотоэффекта. Эти электроны попадают в ускоряющее электрическое поле, созданное между катодом и анодом (схема 2).

Так как ускоряющее поле достаточно велико (100–300 В), то большая часть этих электронов пролетает сквозь сетку-анод А и достигает эмиттера Э. Ударами первичных электронов из эмиттера вырываются вторичные электроны, которые летят к аноду, но задерживаются эмиттером (потенциал эмиттера ниже потенциала анода). Фототок идет вместе с током вторичных электронов через сопротивление R, с концов которого разность потенциала может быть снята для дальнейшего усиления. Число первичных фотоэлектронов n₁, достигающих эмиттера, определяется так: измеряется ток I_э, создаваемый потоком электронов, пролетевших анод и дальше летящих по инерции к эмиттеру. Чтобы электроны летели действительно по инерции, необходимо положить U_э = 0.

, (1)

где .

При работе фотоумножителя U_э  0 первичные электроны, ускорившись полем анода U_а, летят от анода к эмиттеру, уже замедляясь полем U_э < U_а. Поэтому первичные электроны бомбардируют эмиттер, обладая скоростью:

(2)

Выбитые вторичные электроны n₂ ускоряются полем U_э и летят на анод, создавая ток I_а:

, (3)

где .

Если включить измеритель тока в цепь эмиттера, то он покажет ток I_э, равный разности потенциалов токов вторичного и первичного, т.е:

. (4)

Измеряя токи и напряжение, можно рассчитать коэффициенты умножения:

. (5)

А соответствующие скорости первичных электронов по формуле (2) и найти зависимость  = f(₁).

Выполнение работы

1. Собрать схему (схема 1) с ФЭУ-1 и осветителем. Фотоумножитель закреплен на ползунке оптической скамьи так, что расстояние от источника света до него можно менять.

2. Включить осветитель, направить свет на фотоумножитель, строго соблюдая во время эксперимента неизменность светового потока расстояние между фотоумножителем и осветителем неизменно 55–60 см, напряжение на лампе осветителя поддерживается постоянным – 12В.

3. Получить вольтамперную характеристику ФЭУ-1. Снять зависимость I_э = f(U_э) при фиксированных анодных напряжениях U_а = 140, 160, 180, 200 В. Особенно тщательно и через малые интервалы производить измерения I_э в самом начале кривой и вблизи максимума (рис. 6), через 2 В от 0–10 В, затем через 5 В от 10–40 В и через 20 В от 40–120 В. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1

Uа = 140 В		Uа = 160 В		Uа = 180 В		Uа = 200 В
Uэ	Iэ	Uэ	Iэ	Uэ	Iэ	Uэ	Iэ

4. Построить график I_э = f(U_э) занести результаты в таблицу 2:

Таблица 2

Uа	Uэ = 0	Iэ	Uэmax	Iэmax	I = Iэ + Iэmax		

5. Построить график  = f().

Примечание:

Нельзя допускать попадание дневного света и отраженного от стен на ФЭУ. Недопустимо также, чтобы свет от лампы длительное время освещал ФЭУ. Включать его нужно только на время снятия кривых и производить измерения как можно быстрее.