Экзаменационный билет № 25

1. Внешний и внутренний фотоэлектрический эффект. Уравнение Эйнштейна. Типы фотоэлектрических преобразователей.

Внешний - если на проводник, находящийся в вакууме, воздействовать пучком света, то с его поверхности вырываются электроны. Чтобы оказаться вне металла электрон должен преодолеть поверхностный барьер, т.е. совершить работу выхода. Для этого он должен получить необходимую энергию. В фотоэффекте такую энергию ему сообщает фотон. Энергетический баланс этого процесса описывается уравнением Эйнштейна: h=A+m_e_e²/2, где: m_e_e²/2 – максимальная кинетическая энергия электрона при вылете из металла; h - энергия фотона.

Из уравнения Эйнштейна следует, что фотоэффект возникает с некоторой граничной длины волны, называемой красной границей фотоэффекта, при которой энергия фотона больше или равна энергии выхода электрона h  A.

Вакуумные фотодиоды и фотоэлектрические умножители – типичные представители фотоэлектрических преобразователей.

П ри освещении фотокатода появляется фотоэлектронная эмиссия. Анод собирает эмитированные электроны и в анодной цепи возникает электрический ток. На вольтамперной характеристике в первичный момент наблюдается резко выраженный участок насыщения, на котором I_a практически не зависит от U_a. На этом участке все фотоэлектроны собираются анодом, поэтому фототок определяется световым потоком, облучающим фотокатод. В большинстве областей применения вакуумных фотоэлектронных приборов, интенсивности световых сигналов оказываются слишком слабыми для того, чтобы их можно было измерить, а иногда и обнаружить с помощью фотоэлементов.

Поэтому чрезвычайно перспективным оказался изобретенный в 1930 году Леонидом Александровичем Кубецким “многоэлементный электронный прибор”, в котором в одном вакуумном баллоне были размещены фотокатод и группа электродов, обеспечивающих усиление (умножение) первичного потока фотоэлектронов за счет использования эффекта вторичной эмиссии. И уже в 1934 году им был создан и опробован первый много катодный фотоэлектрический усилитель (ФЭУ) с усилением 10³.

Внутренний фотоэффект характерен для полупроводников. Если на полупроводник (кремний, германий) воздействовать пучками света, то изменяется его электропроводимость . Приборы, работа которых основана на внутреннем фотоэффекте, называются фотоприемниками.

2. Радиоволновые методы контроля строительных материалов и продукции лесной и деревообрабатывающей промышленности.

Приборы радиоволнового вида реализуют разные методы контроля и предназначаются для решения разнообразных задач.

Радиолокационная аппаратура подповерхностного зондирования (прибор “Зонд”) специально предназначена для проведения таможенного досмотра особой категории объектов, а именно: навалочных и наливных грузов (щебень, песок, лесоматериалы и т.п.), находящихся в железнодорожных вагонах, на платформах, в бункерах, цистернах, контейнерах, трюмах морских и речных судов. Действие приборов подповерхностного зондирования основано на принципе радиолокации.

Максимальная разрешающая способность, реализуемая прибором “Зонд” составляет 20 мм. Это достаточно для обнаружения крупных сокрытий, но для надёжного обнаружения средних и мелких сокрытий необходима более высокая разрешающая способность аппаратуры. В данном случае может быть применена аппаратура, используемая для дефектоскопии изделий, работающая в “режиме на отражение” (РНО).

В случае контроля при одностороннем доступе к изделию в РНО регистрируется излучение, отражённое от объекта, чис­лен­но характеризуемое энергетическим коэффициентом отражения. Наличие аномалий в материале, которые проявляются через из­ме­нение диэлектрической проницаемости ε и тангенса диэлектрических потерь tg δ, приводит к изменению амплитуды и фазы коэффициента от­ра­жения.

Другой разновидностью радиоволновых приборов являются СВЧ-влагомеры, строящиеся по принципу измерения амплитуды или фазы отраженного СВЧ-излучения.

Все радиоволновые приборы контролируют только диэлектрические материалы.