Взаимодействие излучения высокой энергии с веществом. Мурзина Е.А. - 62 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МГУ | Москва

Составители: 

Рубрика: 

- 61 -
3.2 Фотоэффект
Фотоэлектрический эффект – это освобождение электронов,
находящихся в веществе в связанном состоянии, под воздействием
фотонов. Различают внутренний фотоэффект и внешний.
Внутренним фотоэффектом называют переходы электронов
под воздействием электромагнитного излучения внутри
полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в
свободные без вылета наружу.
Внешний фотоэффект наблюдается в твердых телах, газах, на
отдельных атомах и молекулах – это испускание электронов наружу
при поглощении фотонов. В этих лекциях будет обсуждаться только
внешний фотоэффект. Фотоэффектом будем называть процесс, при
котором атом поглощает фотон и испускает электрон. При этом
падающий фотон взаимодействует со связанным в атоме электроном и
передает ему свою энергию. Электрон получает кинетическую
энергию Т
и покидает атом, а атом остается в возбужденном
состоянии. Поэтому фотоэффект всегда сопровождается
характеристическим рентгеновским излучением атома или
испусканием электронов Оже. При эффекте Оже происходит
непосредственная передача энергии возбуждения атома одному из его
электронов, который в результате этого покидает атом.
Законы сохранения энергии и импульса при фотоэффекте могут быть
представлены в виде: h ν = T
e
+ I
i
+ T , и ,
e
pp
c
h
+=
ν
где
,1
1
1
2
2
−
−
⋅=
β
cmT
ee
m
p
T
2
2
= - кинетическая энергия ядра отдачи; I
i
-
энергия ионизации i-й оболочки атома; .
1
2
β
β
−
=
cm
p
e
e
Так как обычно
h ν >>I
i
+ T , то энергия фотоэлектронов T
e
≈ hν, и, следовательно,
энергетический спектр фотоэлектронов близок к
монохроматическому.
Из законов сохранения энергии и импульса следует, что
фотоэффект не может происходить на свободном электроне. Докажем
это «от противного»: предположим, что такой процесс возможен.
Тогда законы сохранения будут выглядеть так ,1
1
1
2
2
−
−
=
β
ν
cmh
e
и .
1
2
β
β
ν
−
=
cm
c
h
e
Отсюда получаем уравнение 1-
β
= ,1
2
β
− которое имеет два 
                            3.2   Фотоэффект
      Фотоэлектрический эффект – это освобождение электронов,
находящихся в веществе в связанном состоянии, под воздействием
фотонов. Различают внутренний фотоэффект и внешний.
      Внутренним фотоэффектом называют переходы электронов
под    воздействием        электромагнитного излучения         внутри
полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в
свободные без вылета наружу.
      Внешний фотоэффект наблюдается в твердых телах, газах, на
отдельных атомах и молекулах – это испускание электронов наружу
при поглощении фотонов. В этих лекциях будет обсуждаться только
внешний фотоэффект. Фотоэффектом будем называть процесс, при
котором атом поглощает фотон и испускает электрон. При этом
падающий фотон взаимодействует со связанным в атоме электроном и
передает ему свою энергию. Электрон получает кинетическую
энергию Те и покидает атом, а атом остается в возбужденном
состоянии.     Поэтому     фотоэффект      всегда     сопровождается
характеристическим     рентгеновским     излучением      атома    или
испусканием электронов Оже. При эффекте Оже происходит
непосредственная передача энергии возбуждения атома одному из его
электронов, который в результате этого покидает атом.
Законы сохранения энергии и импульса при фотоэффекте могут быть
                                                         hν
представлены в виде: h ν = Te + Ii + Tя, и                  = pe + p я ,   где
                                                          c
                       
                       
                                 p я2
                                      - кинетическая энергия ядра отдачи; Ii-
               1
             1− β 2    
Te = me c ⋅
       2
                     − 1 , Tя =
                              2m я
                                                     m βc
энергия ионизации i-й оболочки атома; pe = e 2 . Так как обычно
                                                     1− β
h ν >>Ii + Tя , то энергия фотоэлектронов Te ≈ hν, и, следовательно,
энергетический        спектр      фотоэлектронов       близок      к
монохроматическому.

     Из законов сохранения энергии и импульса следует, что
фотоэффект не может происходить на свободном электроне. Докажем
это «от противного»: предположим, что такой процесс возможен.
                                                                           
Тогда законы сохранения будут        выглядеть так hν = mec 2           − 1,
                                                                     1
                                                                 1− β 2    
                                                                           
     hν   me βc
и       =        .
      c   1− β 2

     Отсюда получаем уравнение 1- β = 1 − β 2 , которое имеет два

                                   - 61 -

Страницы