광전 효과는 물질에 빛이 비치면 전자 나 다른 자유 캐리어의 방출입니다. 이러한 방식으로 방출 된 전자는 광전자라고 할 수 있습니다. 이 현상은 일반적으로 양자 물리학이나 전기 화학 같은 화학 분야뿐만 아니라 전자 물리학에서도 연구됩니다.
고전적인 전자기 이론에 따르면,이 효과는 빛에서 전자로의 에너지 전달 때문일 수 있습니다. 이러한 관점에서, 빛의 강도의 변화는 금속으로부터 방출 된 전자의 운동 에너지의 변화를 유도 할 것이다. 또한,이 이론에 따르면, 충분히 희미한 빛은 빛의 초기 빛과 그 후의 전자의 방출 사이의 시간차를 보여줄 것으로 예상됩니다. 그러나 실험 결과는 고전 이론에 의한 두 가지 예측과 상관 관계가 없었다.
대신에, 전자는 광자가 임계 주파수 (에너지)에 도달하거나 초과 할 때만 광자의 충돌에 의해서만 제거된다. 임계 값 이하에서는 빛의 강도 또는 빛에 노출 된 시간의 길이에 관계없이 물질에서 전자가 방출되지 않습니다. (드물게, 전자는 두 개 이상의 퀀텀을 흡수하여 빠져 나올 수 있지만, 이것은 탈출하기에 충분한 퀀텀을 흡수 할 때까지 전자가 나머지 퀀텀을 방출했을 가능성이 매우 높기 때문에 매우 드뭅니다.) 사실을 이해하기 위해 알버트 아인슈타인 (Albert Einstein)은 빛의 광선이 공간을 통해 전파하는 것이 아니라, 에너지 hν를 가진 이산 파 패킷 (광자)의 집합이라고 제안했다. 이것은 막스 플랑크 (Max Planck)가 이전에 에너지의 양자화로부터 발생하는 에너지 (E)와 주파수 (V)를 연결하는 플랑크 관계 (Planck relation, E = hν)의 이전 발견을 비춘다. 인자 h는 플랑크 상수로 알려져 있습니다.
1887 년, Heinrich Hertz는 자외선으로 조명 된 전극이 전기 불꽃을 더 쉽게 생성한다는 것을 발견했습니다. 1900 년 흑체 방사선을 연구하는 동안 독일의 물리학 자 막스 플랑크 (Max Planck)는 전자기파에 의해 전달되는 에너지는 에너지의 “패킷”으로 만 방출 될 수 있다고 제안했다. 1905 년 Albert Einstein은 빛 에너지가 광전 효과의 실험 데이터를 설명하기 위해 이산 양자화 된 패킷으로 전달된다는 가설을 발표 한 논문을 발표했습니다. 이 모델은 양자 역학의 발전에 기여했습니다. 1914 년 Millikan의 실험은 아인슈타인의 광전 효과 모델을 지원했습니다. 아인슈타인은 1921 년 “광전 효과 법의 발견”으로 노벨상을 받았으며 로버트 밀리 칸은 1923 년에 “전기의 초등 요금과 광전 효과에 관한 그의 연구”로 노벨상을 받았다.
광전 효과는 원자 번호가 높은 원소의 핵심 전자에 대해 1 MeV 이상으로 0에 근접하는 에너지 (음의 전자 친화력의 경우)가있는 광자가 필요합니다. 전형적인 금속으로부터 전도 전자의 방출은 보통 단파장 가시광 또는 자외선에 해당하는 몇 전자 볼트가 필요합니다. 광전 효과에 대한 연구는 빛과 전자의 양자 본질을 이해하는 중요한 단계를 이끌어 냈으며 파 입자 이원성 개념의 형성에 영향을 미쳤다. 빛이 전하 이동에 영향을 미치는 다른 현상으로는 광전도 효과 (광전도 또는 광도라고도 함), 광전지 효과 및 광전기 화학 효과가 있습니다.
광분해는 모든 물질에서 발생할 수 있지만, 공정이 전하 불균형을 일으키기 때문에 금속 또는 기타 전도체에서 쉽게 관찰 할 수 있으며이 전하 불균형이 전류 흐름 (전도성으로 인해 가능)에 의해 중화되지 않으면 방출까지의 잠재적 인 장벽은 방출 전류는 멈춘다. 가스가 광전자의 흐름을 방해하고 관찰하기 어렵 기 때문에 방출면을 진공 상태로 유지하는 것이 일반적입니다. 또한 광 방출에 대한 에너지 장벽은 대개 금속이 산소에 노출 된 경우 금속 표면의 얇은 산화물 층에 의해 증가하기 때문에 광전 효과를 기반으로 한 대부분의 실제 실험 및 장치는 진공 상태에서 깨끗한 금속 표면을 사용합니다.
광전자가 진공이 아닌 고체로 방출되면 내부 광 방출 (internal photoemission)이라는 용어가 자주 사용되며 외부 광전자 방출로 구별되는 진공 상태로 방출됩니다.
배출 메커니즘
광선의 광자는 빛의 주파수에 비례하는 고유 한 에너지를 갖는다. 광 방출 과정에서, 어떤 물질 내의 전자가 한 광자의 에너지를 흡수하고 물질의 일 함수 (전자 결합 에너지)보다 많은 에너지를 획득하면, 그것은 방출된다. 광자 에너지가 너무 낮 으면 전자는 물질을 빠져 나갈 수 없습니다. 저주파수 빛의 강도가 증가하면 주어진 시간 간격 동안 전송되는 저에너지 광자의 수가 증가하기 때문에 강도의 변화로 인해 전자를 제거 할만큼 충분한 단일 광자가 생성되지는 않습니다. 따라서 방출 된 전자의 에너지는 들어오는 빛의 강도에 의존하지 않고 개별 광자의 에너지 (등가 주파수)에만 의존합니다. 이것은 입사 광자와 최 외곽 전자 사이의 상호 작용입니다.
전자는 조사 될 때 광자로부터 에너지를 흡수 할 수 있지만, 일반적으로 “전부 아니면 아무것도”원칙을 따르지 않습니다. 한 광자의 모든 에너지는 흡수되어 하나의 전자를 원자 결합으로부터 자유롭게해야합니다. 그렇지 않으면 에너지가 다시 방출됩니다. 광자 에너지가 흡수되면 일부 에너지는 원자에서 전자를 방출하고 나머지는 자유 입자로서 전자의 운동 에너지에 기여합니다.
광전자 방출의 실험적 관찰
광전 효과에 대한 이론은 조명 된 금속 표면에서 전자 방출의 실험적 관찰을 설명해야합니다.
주어진 금속 표면에 대해, 광전자가 방출되지 않는 일정한 최소 입사 방사선 주파수가 존재한다. 이 주파수를 임계 주파수라고합니다. 입사 광선의 주파수를 증가 시키면 입사 된 광자의 수가 고정되어 (이것은 비례 적으로 증가 할 것이다) 방출 된 광전자의 최대 운동 에너지가 증가한다. 따라서 정지 전압이 증가합니다. 전자의 수는 각 광자가 방출 된 전자를 생성 할 확률 때문에 광자 에너지의 함수이기도합니다. 주어진 주파수의 입사 방사선의 세기가 증가되면 각 광전자의 운동 에너지에 영향을 미치지 않는다.
임계 주파수 이상에서, 방출 된 광전자의 최대 운동 에너지는 입사광의 주파수에 의존하지만, 후자가 너무 높지 않은 한 입사광의 세기와는 무관하다.
주어진 금속 및 입사 방사선의 주파수에 대해, 광전자가 방출되는 속도는 입사광의 강도에 직접 비례한다. 정지 전압이 동일하게 유지 되더라도 입사 광선의 강도가 증가하면 (주파수가 고정 된 채로 유지됨) 광전류의 크기가 증가합니다.
방사선의 발생과 광전자 방출 사이의 시간 지연은 10-9 초 미만인 매우 작습니다.
방출 된 전자의 분포 방향은 입사광의 편광 방향 (전계의 방향)이 직선 편광 인 경우 피크로 나타납니다.
수학적 설명
1905 년에 Einstein은 Max Planck이 처음 제안한 개념을 사용하여 광전 효과에 대한 설명을 제안했습니다. 광파는 광자 또는 양자로 알려진 작은 묶음 또는 에너지 패킷으로 구성됩니다.
최대 운동 에너지
어디에
어디에
운동 에너지는 긍정적입니다.
잠재적 정지
전류와인가 된 전압 사이의 관계는 광전 효과의 성질을 나타낸다. 설명을 위해, 광원은 플레이트 (P)를 조명하고, 다른 플레이트 전극 (Q)은 방출 된 전자를 수집한다. 우리는 P와 Q 사이의 전위를 변화시키고 두 플레이트 사이의 외부 회로에 흐르는 전류를 측정합니다.
입사하는 방사선의 주파수와 세기가 고정되면, 방출 된 모든 광전자가 수집 될 때까지 콜렉터 전극에서 양의 포텐셜이 증가함에 따라 광전류가 점차 증가한다. 광전류는 포화 값을 가지며 포지티브 포텐셜의 증가에 대해 더 이상 증가하지 않습니다. 포화 전류는 광도의 증가에 따라 증가한다. 또한 고 에너지 광자로 충돌이 발생할 때 전자 방출 가능성이 높아 주파수가 증가할수록 증가합니다.
플레이트 (P)에 대해 음극 전위를 음극 전위 판 (P)에인가하고 서서히 증가 시키면 광전류가 감소하여 특정 음전위에서 제로가된다. 광전류가 0이되는 콜렉터의 음극 전위를 정지 전위 또는 차단 전위라고합니다
나는. 입사 방사선의 주어진 주파수에 대해, 정지 잠재력은 강도와 무관합니다.
ii. 주어진 입사 방사선의 주파수에 대해 정지 전위는 최대 운동 에너지
리콜
정지 전압은 빛의 주파수에 따라 선형 적으로 변화하지만 재질의 종류에 따라 달라지는 것을 볼 수 있습니다. 특정 물질의 경우, 모든 전자 방출을 관찰하기 위해 광 강도와 무관하게 한계 주파수를 초과해야합니다.
3 단계 모델
X 선 정권에서, 결정질 물질의 광전 효과는 종종 3 단계로 분해된다 :
내부 광전 효과 (아래의 설명 참조). 뒤에 남은 구멍은 전자가 물질을 떠날지라도 눈에 보이는 Auger 효과를 일으킬 수 있습니다. 분자 고형물에서 포논은이 단계에서 여기되며 최종 전자 에너지의 선으로 볼 수 있습니다. 내부 광 효과는 쌍극자 허용이되어야한다. [clarification needed] 원자에 대한 전이 규칙은 단단한 결합 모델을 통해 결정으로 변환된다. [정화가 필요하다] 그들은 횡단이어야한다는 점에서 기하학에서 플라즈마 진동과 유사하다.
표면에 전자의 절반을 탄도 수송으로 운반해야한다. 일부 전자는 흩어져 있습니다.
전자는 표면의 물질에서 빠져 나갑니다.
3 단계 모델에서 전자는이 세 단계를 통해 여러 경로를 취할 수 있습니다. 모든 경로는 경로 통합 공식의 의미에서 간섭 할 수 있습니다. 표면 상태와 분자의 경우, 3 단계 모델은 여전히 대부분의 원자가 하나의 전자가 흩어질 수있는 다중 전자를 가지기 때문에 어떤 의미를 갖습니다.
역사
표면이 특정 임계 주파수 (알칼리 금속의 경우 일반적으로 가시 광선, 다른 금속의 경우 가까운 자외선, 비금속의 경우 극한 자외선) 이상의 전자기 복사에 노출되면 복사가 흡수되고 전자가 방출됩니다.빛, 특히 자외선은 음극선과 동일한 성질의 광선을 생성하여 음으로 대전 된 빛을 방출합니다. 특정 상황에서 가스를 직접 이온화 할 수 있습니다. 이 현상 중 첫 번째 현상은 Hertz and Hallwachs에 의해 1887 년에 발견되었습니다. 두 번째는 1900 년 Philipp Lenard가 처음 발표했습니다.
이러한 효과를 발생시키는 자외선은 아크 램프 또는 마그네슘을 연소 시키거나 또는 아연 또는 카드뮴 단자 사이의 유도 코일로 스파크를 발생시켜 자외선이 매우 풍부한 빛을 얻을 수 있습니다. 햇빛은 대기에 흡수되어 자외선이 풍부하지 않고 아크 빛만큼의 효과를 내지 않습니다. 금속 외에 많은 물질은 자외선의 작용으로 음전하를 방출합니다.이 물질들의 목록은 GC Schmidt와 O. Knoblauch의 논문에서 발견 될 것입니다.
19 세기
1839 년 Alexandre Edmond Becquerel은 전해 셀에 빛의 효과를 연구하면서 광전 효과를 발견했습니다. 광전 효과와 동등한 것은 아니지만 광전지에 대한 그의 연구는 재료의 빛과 전자 특성 사이의 강한 관계를 보여주는 데 도움이되었다. 1873 년 Willoughby Smith는 셀레늄에서 광전 도성을 발견하면서 잠수함 전신 케이블과 관련된 작업과 함께 높은 저항 특성으로 금속을 테스트했습니다.
하이델베르크에 거주하는 Johann Elster (1854-1920)와 Hans Geitel (1855-1923)은 빛의 강도를 측정하는 데 사용할 수있는 최초의 실제 광전지를 개발했습니다. 458 Elster와 Geitel은 대단한 성공을 통해 조사 된 결과 전기기구에 불빛에 의해.
1887 년 Heinrich Hertz는 광전 효과와 전자기파의 생성과 수신을 관찰했습니다. 그는 Annalen der Physik 저널에 이러한 관찰을 발표했습니다. 그의 수신기는 스파크 갭이있는 코일로 구성되어 있으며 전자기파를 감지하면 스파크가 나타납니다. 그는기구를 어두운 상자에 넣어 스파크를 더 잘 보았다.그러나 그는 상자 안에있을 때 최대 스파크 길이가 줄어들 었다는 것을 알았습니다. 전자기파의 소스와 수신기 사이에 배치 된 유리 패널은 전자를 흡수하여 갭을 뛰어 넘는 전자를 도왔다. 제거하면 스파크 길이가 증가합니다. 그는 석영이 자외선을 흡수하지 않기 때문에 석영으로 유리를 대체 할 때 스파크 길이가 감소하지 않음을 관찰했습니다. Hertz는 수 개월간의 조사 끝에 결론을 얻었습니다. 그는이 효과에 대한 조사를 더 이상 추구하지 않았습니다.
1887 년 헤르츠 (Hertz)에 의해 발견 된 스파크 갭에서의 자외선의 발생은 스파크 갭의 통과를 촉진하여 Hallwachs, Hoor, Righi 및 Stoletow가 일련의 조사 결과를 즉시 이끌어 냈으며, 특히 울트라 – 자외선. 이러한 조사에 의해 새로 세척 된 아연 표면이 음의 전기로 충전되면이 전하를 빠르게 잃지 만 자외선이 표면에 떨어지면 작아 질 수 있음이 입증되었습니다. 반면에 표면이 전하를 띄지 않으면 빛에 노출되었을 때 양전하를 띠고 금속이 둘러싸여있는 가스 속으로 음전하가 흘러 나간다. 이 양의 대전은 표면에 강력한 기폭제를가함으로써 훨씬 증가 될 수있다. 그러나 아연 표면이 양으로 대전되면 빛에 노출되었을 때 전하 손실이 없습니다.이 결과는 의문의 여지가 있지만 Elster와 Geitel의 현상에 대한 매우 면밀한 검토는 특정 상황에서 관찰 된 손실이 양전하에 의해 유도 된 이웃 도체상의 음전극 아연 표면으로부터 반사 된 광에 의한 방전, 전기장의 영향하에있는 음전극은 양으로 대전 된 표면으로 이동한다.
20 세기
자외선에 의한 가스 이온화의 발견은 Philipp Lenard가 1900 년에 만들었습니다. 효과는 수 센티미터의 공기에 걸쳐 발생하고 매우 크고 양의 작은 음이온을 생성하므로 현상을 해석하는 것이 자연 스럽습니다. JJ Thomson, 가스에 존재하는 고체 또는 액체 입자에 대한 헤르쯔 효과.
1902 년 레나드 (Lenard)는 개별 방출 된 전자의 에너지가 빛의 주파수와 관련하여 증가한다는 것을 관찰했다.
이것은 전자 에너지가 방사선의 강도에 비례 할 것이라는 맥스웰의 파동 이론과는 정반대로 보였다.
Lenard는 강력한 전기 아크 램프를 사용하여 빛 주파수로 전자 에너지의 변화를 관찰했는데, 그로 인해 강도의 큰 변화를 조사 할 수 있었고, 빛의 빈도에 따른 잠재력의 변화를 조사 할 수있는 충분한 힘이있었습니다. 그의 실험은 전자 운동 에너지가 아니라 전위를 직접 측정했다 : 전자 에너지를 광전지의 최대 정지 전위 (전압)와 관련 지어서 발견했다. 그는 계산 된 최대 전자 운동 에너지가 빛의 주파수에 의해 결정된다는 것을 발견했다. 예를 들어, 주파수가 증가하면 방출시 전자에 대해 계산 된 최대 운동 에너지가 증가합니다. 자외선은 청색 광보다 광전 튜브에서 전류를 멈추게하는 높은인가 된 정지 전위를 필요로합니다. 그러나 Lenard의 결과는 실험을 수행하기가 어려웠 기 때문에 정량적 인 것이 아니라 정량적이었습니다. 실험은 새롭게 절단 된 금속에서 수행되어야 순수한 금속이 관찰되지만 부분 진공 상태에서도 수분 만에 산화되었습니다 익숙한. 표면에 의해 방출 된 전류는 빛의 강도 또는 밝기에 의해 결정되었습니다. 빛의 강도를 두 배로 늘리면 표면에서 방출 된 전자의 수가 두 배가되었습니다.
Langevin과 Eugene Bloch의 연구는 Lenard 효과의 상당 부분이이 ‘Hertz 효과’때문인 것으로 나타났습니다. 그럼에도 불구하고 가스에 대한 레나르 효과가 존재한다. JJ Thomson이 다시 생각한 후 Frederic Palmer, Jr.가 결정적으로 더 많이 연구 한 결과, Lenard가 처음으로 생각한 것과는 매우 다른 특성을 보였습니다.
1905 년 앨버트 아인슈타인은 빛을 연속파보다는 광자라고 불리는 이산 양자 (discrete quanta)로 기술함으로써이 명백한 역설을 해결했습니다. 맥스 플랑크의 흑체 복사 이론에 근거하여, 아인슈타인은 빛의 각 양자의 에너지가 주파수에 상수를 곱한 것과 같다고 가정하고 나중에 플랑크 상수라고 불렀다. 임계 주파수 이상의 광자는 관찰 된 효과를 생성하기 위해 단일 전자를 방출하는 데 필요한 에너지를 갖는다. 이 발견은 물리학의 양자 혁명을 이끌었고 1921 년에 아인슈타인 물리학 노벨 물리학상을 받았습니다. 파 입자 이원성에 의해 효과는 순수하게는 아니지만 파동으로 분석 될 수 있습니다.
알버트 아인슈타인 (Albert Einstein)은 빛의 양을 흡수함으로써 광전 효과가 어떻게 발생했는지에 대한 수학적 설명이 “빛의 생산과 변형에 관한 발견 적 관점”이라는 1905 년 논문 중 하나에 속했다. 이 논문은 “광 양자 (light quanta)”또는 광자 (photons)에 대한 간단한 설명을 제안하고 광전 효과와 같은 현상을 설명했다. 빛의 이산 양자 흡수의 단순한 설명은 현상의 특징과 특징적인 주파수를 설명했다.
광전 효과는 빛의 성질에서 파 입자 – 이원성의 그때 떠오르는 개념을 추진하는 것을 도왔다. 빛은 파동과 입자의 특성을 동시에 가지고 있으며, 각각의 상황에 따라 나타납니다. 방출 된 전자의 에너지가 입사하는 방사선의 강도에 의존하지 않았기 때문에, 그 효과는 빛의 고전파 묘사의 관점에서 이해하기가 불가능했습니다. 고전 이론은 전자가 일정 기간 동안 에너지를 ‘모아서’배출 될 것이라고 예측했다.
용도 및 효과
광전 증 배관
봉투 내부의 일부 (끝단 또는 측면)에 코팅 된 광전지가있는 극도로 민감한 진공관입니다. 광전지는 낮은 일 함수를 제공하기 위해 특별히 선택된 세슘, 루비듐 및 안티몬과 같은 물질의 조합을 포함하므로 매우 낮은 수준의 빛으로도 조명 될 때 광전지는 쉽게 전자를 방출합니다. 보다 높은 전위에서 일련의 전극 (다이 노드)에 의해, 이들 전자는 가속되고, 2 차 방출을 통해 실질적으로 증가되어 쉽게 검출 가능한 출력 전류를 제공한다. Photomultiplier는 낮은 수준의 빛을 감지해야하는 곳에서는 여전히 일반적으로 사용됩니다.
이미지 센서
예를 들어, Philo Farnsworth의 “Image dissector”는 광전 효과로 충전 된 화면을 사용하여 광학 이미지를 스캔 된 전자 신호로 변환했습니다.
금박 현미경
금박 전기 현미경은 정전기를 감지하도록 설계되었습니다. 금속 뚜껑에 놓인 충전물은 줄기와 전기 현미경의 금박에 퍼진다. 그들은 동일한 요금을 가지고 있기 때문에, 줄기와 잎은 서로 격퇴한다. 이것은 잎이 줄기에서 구부러지게합니다.
전기 현미경은 광전 효과를 설명하는 중요한 도구입니다. 예를 들어, 전기 스코프가 전체적으로 음으로 대전되면, 전자의 과잉이 있고 잎이 줄기로부터 분리됩니다. 캡에 고주파 빛이 비치면 전자 현미경이 방전되고 잎이 마비됩니다. 이것은 캡에 비치는 빛의 주파수가 캡의 임계 주파수보다 높기 때문입니다. 빛 속의 광자는 뚜껑에서 전자를 방출하여 음전하를 줄이는 데 충분한 에너지를 가지고 있습니다. 그러면 음으로 대전 된 전기 스코프가 방전되고 양의 전기 스코프가 추가로 충전됩니다. 그러나 금속 캡에 부딪 치는 전자기 복사선의 주파수가 충분히 높지 않으면 (그 주파수는 캡의 한계 값보다 낮습니다), 잎이 아무리 오래 저주파수 빛을 비추더라도 잎은 결코 방출되지 않습니다. 캡.
광전자 분광법
방출 된 광전자의 에너지가 입사 광자에서 재료의 일 함수 또는 결합 에너지를 뺀 에너지와 정확히 같기 때문에 샘플의 일 함수는 단색 X 선 소스 또는 UV 소스로 충격을 가하여 결정할 수 있습니다. 방출 된 전자의 운동 에너지 분포.
광전자 분광학은 보통 전자가 가스 분자에 의해 흩어지기 때문에 고진공 환경에서 수행됩니다. 그러나 일부 기업에서는 현재 광전자 방출을 허용하는 제품을 판매하고 있습니다. 상기 광원은 레이저, 방전관 또는 싱크로트론 방사원 일 수있다.
동심원 반구형 분석기는 전형적인 전자 에너지 분석기이며 운동 에너지에 따라 입사 전자의 방향을 바꾸기 위해 전기장을 사용합니다. 모든 원소와 핵 (원자 궤도)에 대해 서로 다른 결합 에너지가있을 것입니다. 이러한 각 조합에서 생성 된 많은 전자는 분석기 출력에서 스파이크로 나타나며 샘플의 원소 구성을 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
우주선
광전 효과로 태양 광선에 노출 된 우주선이 양전하를 띄게됩니다. 이 문제는 우주선의 다른 부분이 그림자에 가까워 우주선이 근처의 플라즈마로부터 음전하를 낳게되므로 중대한 문제가 될 수 있습니다.불균형은 섬세한 전기 부품을 통해 방전 될 수 있습니다. 더 높은 대전 된 물체는 낮은 대전 물체만큼 쉽게 전자를 포기하지 않기 때문에 광전 효과에 의해 생성 된 정전기는 자기 제한적입니다.
달 먼지
달의 먼지를 때리는 태양으로부터의 빛은 그것이 광전 효과로 충전되게한다. 그런 다음 대전 된 먼지가 스스로 격퇴하고 정전기 부상으로 달 표면을 들어 올립니다. 이것은 거의 “먼지의 대기”와 같은 형태로 나타나며, 희미한 헤즈 (hze) 및 멀리 떨어진 피쳐의 흐릿한 것으로 보이며, 태양이 설정된 후에는 희미한 빛처럼 보입니다. 이것은 1960 년대에 Surveyor 프로그램 프로브에 의해 처음 촬영되었습니다. 가장 작은 입자는 표면에서 수 킬로미터 떨어져 있으며, 입자는 충천과 방전시 “샘”에서 움직인다.
야간 투시경
이미지 강화 튜브 (image intensifier tube)에서 알칼리 금속 또는 갈륨 비소와 같은 반도체 물질의 박막을 때리는 광자는 광전 효과에 의한 광전자 방출을 일으킨다. 이들은 형광체가 코팅 된 스크린을 때리는 정전기 장에 의해 가속되어 전자를 다시 광자로 변환합니다. 신호의 강화는 전자의 가속을 통해 또는 마이크로 채널 플레이트와 같이 2 차 방출을 통해 전자의 수를 증가시킴으로써 달성된다. 때때로 두 가지 방법의 조합이 사용됩니다. 전자를 전도대 밖으로 이동시켜 진공 레벨로 이동하려면 추가 운동 에너지가 필요합니다. 이것은 광전지의 전자 친화력으로 알려져 있으며 밴드 갭 모델에 의해 설명되는 금단의 밴드 이외의 광 방출에 대한 또 다른 장벽이다. Gallium Arsenide와 같은 일부 재료는 전도대 레벨보다 낮은 유효 전자 친화력을 가지고 있습니다. 이 물질들에서, 전도대로 이동하는 전자는 모두 물질로부터 방출 될 충분한 에너지이며, 따라서 광자를 흡수하는 막은 상당히 두꺼울 수 있습니다. 이러한 물질은 음 전자 친 화성 물질로 알려져 있습니다.
교차 구역
광전 효과는 광자와 원자 사이의 하나의 상호 작용 메커니즘이다. 이것은 이론적으로 가능한 12 가지 상호 작용 중 하나입니다.
511keV의 전자 휴식 에너지에 필적하는 높은 광자 에너지에서, 또 다른 공정 인 콤프 턴 산란 (Compton scattering)이 일어날 수있다. 위의 두 배 (1.022 MeV) 쌍 생산이 발생할 수 있습니다. 콤프 턴 산란 및 쌍 생산은 두 가지 다른 경쟁 메커니즘의 예입니다.
사실 광전 효과가 특정 단일 광자 결합 전자 상호 작용에 유리한 반응이라 할지라도 그 결과는 통계적 프로세스의 영향을 받기 쉽고, 광자가 확실히 사라지고 바운드 전자가 흥분하더라도 (일반적으로 감마선 에너지에서 K 또는 L 셸 전자). 광전 효과가 발생할 확률은 상호 작용의 단면적 σ에 의해 측정됩니다. 이것은 표적 원자 및 광자 에너지의 원자 번호의 함수 인 것으로 밝혀졌다. 가장 높은 원자 결합 에너지 위의 광자 에너지에 대한 미가공 근사는 다음과 같이 주어진다.
여기에서 Z는 원자 번호이고 n은 4와 5 사이의 숫자입니다. (낮은 광자 에너지에서 가장자리가있는 특징적인 구조, K 가장자리, L 가장자리, M 가장자리 등) 명백한 해석은 광전 효과가 빠르게 스펙트럼의 감마선 영역에서 광자 에너지가 증가함에 따라 중요성이 감소하고 광전 효과는 원자 번호에 따라 급격하게 증가한다. 결과적으로 높은 Z 물질은 좋은 감마선 차폐물을 만든다. 이는 리드 (Z = 82)가 선호되고 유비쿼터스 감마 방사선 차폐물이라는 주요한 이유이다.