2. Описание аппаратуры и метода измерений

Простейший тип фотоэлемента – вакуумный, представляющий собой пустотный стеклянный или кварцевый баллон, в котором на подкладочном слое серебра нанесен слой светочувствительного щелочного металла. Этот слой излучает электроны при освещении его светом достаточно короткой длины волны.

К излучающему слою присоединен минус батареи (катод) (рис. 59). В середине фотоэлемента (ф. э.) расположено кольцо (или спираль), к которому присоединяется плюс батареи (анод). Электрическое поле направляет вылетающие электроны к аноду, вызывая ток в цепи. Величина тока фотоэлемента пропорциональна световому потоку, падающему на катод.

При неизменном световом потоке фототок зависит от напряжения между катодом и анодом.

Но у вакуумных фотоэлементов, начиная с некоторого значения анодного напряжения, прекращается дальнейший рост тока: наступает состояние насыщения, при котором все вылетающие из катода электроны полностью попадают на анод.

Величина тока насыщения, отнесенная к одному люмену светового потока, называется чувствительностью фотоэлемента.

С целью создания прибора с более высокой чувствительностью фотоэлементы наполняют инертным газом (Ar, Ne, He) при давления порядка сотых долей миллиметра ртутного столба. Такие приборы называет газонаполненными фотоэлементами. В этом случае вылетевшие с фотокатода электроны ускоряются электрическим полем и ионизируют частицы газа, наполняющего фотоэлемент. Полученные в результате ионизации новые электроны, ускоряясь электрическим полем, в свою очередь, ионизируют молекулы газа. В результате к аноду устремляется все возрастающая лавина электронов, от чего сильно увеличивается чувствительность. Сила фототока также увеличивается и теоретически может быть сколь угодно большой; ток насыщения отсутствует. Однако практически величина анодного напряжения газонаполненными фотоэлемента не должна превышать определенной величины, при которой внутри прибора возникает пробой.

В данной установке в качестве фотоэлемента используется однокаскадный сурьмяно-цезиевый фотоумножитель.

На оптической скамейке находятся на подставках: слева – осветитель фотоэлемента, а справа – фотоэлемент. Фотоэлемент с подставкой может перемещаться вдоль оптической скамьи, на которой укреплена миллиметровая линейка, с помощью которой можно определить расстояние от фотоэлемента до осветителя. На фотоэлемент надета круговая шторка. Чтобы открыть доступ света на фотоэлемент, шторка (только во время измерений) поворачивается.

С помощью шлейфов осветитель и фотоэлемент подключаются к основной установке. С помощью потенциометра R (см. рис. 60) можно регулировать напряжение, подаваемое на фотоэлемент и измеряемое вольтметром V. Микроамперметр позволяет измерять силу тока, проходящего через фотоэлемент.

Работа заключается в снятии вольтамперной и световой характеристик и определении чувствительности фотоэлемента.