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Die Temperaturabhngigkeit des Photoeffektes der Sb-Cs-Photokathoden im Temperaturbereich 170░ C bis +20░ C.

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Die Tempera turabhangigkeit
des Photoeffektes der Sb-Cs-Photokathoden
im Temperafurbereich - 1 7 0 O C bis +20° C
Von 2 s . N c i r a y
Mit 5 Abbildungen
Inhaltsiibersicht
Es wurde die Temperaturabhangigkei t des Photoeffektes der Sb-CsPhotokathoden im Temperaturbereich -170" C bis +20" C untersucht. In
der Nahe der Grenzwellenlange wurde ein monotoner Abfall der Empfindlichkeit mit abnehmenden Temperaturen gefunden. Bei kiirzeren Wellenlangen
ist die Empfindlichkeit in einem weiten Temperaturbereich unabhangig von
der Temperatur und erst bei den tirfsten Temperaturen ergab sich ein steiler
Abfall der Ernpfindlichkeit.
Die Temperaturabhangigkeit des Photoeffektes steht im Zusammenhang
sowohl mit praktischen wie auch theoretischen Fragen der Physik.
Vom praktischen Standpunkt ist es im Hinblick auf verschiedene me&
technische Anwendungen wichtig, hochempfindliche Photokathoden zu entwickeln, deren Empfindlichkeit von der Temperatur moglichst unabhangig ist.
Mit der Frage der Temperaturabhangigkeit des Photoeffektes bei Me t a l l e n beschaftigt sich - vom theoretischen Standpunkt aus - Fowler1).
Nach der Theorie von F o w l e r wird die Photoemission nur dann von der
Temperatur der Photokathode beeinfluat, wenn der Photoeffekt durch Licht
einer der Grenzwellenlange nahen Wellenlange hervorgerufen wird. In diesem
Fall besteht namlich der Photostrom zum grorjten Teil aus Elektronen, die in
der Photokathode groae kinetische Energie haben, und die Temperatur der
Photokathode beeinflurjt die Energieverteilung gerade dieser Elektronen. Die
Voraussagen der Fowlerschen Theorie wurden durch mehrere an Metallen
ausgefiihrten Untersuchungen unterstiitzt, zum groaten Teil in einem Temperaturbereich, der hoher liegt als die Zimmertemperatur.
Die Eigenschaften von Legierungen und Halbleitern sind bekannterweise
komplizierter als die der Metalle, so daa theoretisch2) hier auch in der Temperaturabhangigkeit des Photostroms ein Unterschied gegeniiber den Metallen zu erwarten ist. Es wurde deshalb diese Temperaturabhangigkeit bei
einer aus einer Legierung bestehenden Photokathode untersucht 3).
R. H. Fowler, Phys. Rev. 38, 45 (1931).
S. W. Wonssowski. A. W. Sokolow u. A. S. Wexler.I UsDechi
Phvs. Nauk. 66.
*
477 (1955) bzw. Fortschritte der Physik 4, 115, 216 (1956).
3) Wir deuten hier nur an, da13 bei einigen einfacheren Photokathoden auf Grund der
experimentellen Bestimmung der Temperaturabhiingigkeit des Photostroms die Energieverteilung der Metallelektronen (z. B. durch Umkehrung der Fowlerschen Methode)
bestimmt werden kann.
1)
2,
2s. Ndray: Temperaturabhangigkeit des Photoeffeektes der Sb-Cs- Photokathoden
387
In unseren Untersuchungen bestimmten wir die Empfindlichkeit der
Sb-Cs-Photokathoden im Temperaturbereich -170" C bis + Z O O C. Unsere
Wahl fie1 auf diese Photokathoden, da diese gerade wegen ihrer groaen Empfindlichkeit vielseitige Verwendung finden und eine verhaltniBma0ig grol3e
Empfindlichkeitsanderung mit der Temperatur zeigen. Die Empfindlichkeit
andert sich im Durchschnitt drei- bis vierfach, bei einzelnen Kathoden auch
zehnfacha). Die Untersuchungen
4
wurden in der Nahe der Grenz@go.
wellenlange der Photokathoden
si
(Abb. 1) bei R = 6250 A und
$80 zur Kontrolle bei einigen kiirzeren Wellenlangen durchgei= 60 fuhrt.
$
40.
Abb. 2 zeigt die MeSanordnung. Der Eintrittspalt des
Monocbromators ( M )wurde mit
einem Lichtstrahlenbundel einer
Spektrallampe (A) beleuchte t.
$
Das
dem hfonochromator Abb. 1.Die relative Empfindlichkeit der Sb-Csaustretende monochromatische Photokathode in der Niihe der Grenzwellenliinge
Strahlenbiindel, dessen Wellenknge ?, ist, fallt auf die Photozelle Pl, die in der Kiihlvorrichtung ( C ) 6 )
untergebracht ist. Das Schema der Kiihlvorrichtung ist in Abb. 3 zii sehen.
Die Temperatur der Photokathode der Photozelle Pl wurde mit dem Thermoelement T,gemessen, dessen eine Lotstelle in schmelzendes Eis eingetaucht war.
M
Abb. 2. MeSanordnung. Der Strom der
Photozelle PI wurde mit dem GalvanometerG
bei verschiedenen Temperaturen, die mit
dem Thermoelement T, bestimmt wurden,
gemessen. Die Photozelle Pz und der halbdurchlassige Spiegel 8, dienen zur Messung
der einfallenden Intensitiit
Abb. 3.
Kuhlvorrichtung
Die Temperaturabhangigkeit der Empfindlichkeit der Photokathode wurde
in folgender Weise bestimmt: das Dewar-GefaI3 (D) wurde mit fliissiger
Luft ( A )gefiillt, und der Strom J1 des Galvanometers (G) bei verschiedenen
Ternperaturen T bestimmt. Die Temperatur wurde an einem, in den Thermoelementkreis eingeschalteten Galvanometer abgelesen. Die MeBperiode war
4)
5)
Zs. N&ray, J. Sci. Instrum. 38, 476 (1966).
A. Adtim u. P. Varga, Magyar Fizikai Foly6irat 3,249 (1965).
Annulen der Physik. 6. Folge. Band 20. 1957
388
ungefahr 6-8 Stunden; in dieser Zeit sank die Temperatur der Photokathode
von der Zimmertemperatur auf die Temperatur der fliissigen Luft. Die Kiihlgeschwindigkeit der Kathode war ungefahr 30" C/Stunde. Nach dieser Abkiihlung wurde der Rest der sich noch im Kiihler befindenden fliissigen Luft entfernt und in einer ungefahr 6 Stunden Iangen Erwarmungsperiode die Temperaturabhangigkeit ahnlich
wie bei der Kiihlungsperiode
festgestellt. Bei Tempera turanderungen, die groRer ah
30' C/Stunde sind, konnte
mijglicherweise ein Unterschied zwischen den Kiihlund Erwarmungskurven auftreten. In unserer Anordnung war das Temperaturmeherfahren zur FeststelI
lung schneller Temperatur1
80 I10 140 170 200 230 260 25'3 TIK')
veranderungen nicht geeigdbb. 4. Die Temperaturabhiingigkeit der Empfind- net. Jedoch bei Temperaturlichkeit der Cs-Sb-Photokathoden bei der Wellen- veranderungen bis 30" C /
Iange A = 6260 d. Die Kurve wurde aus vier Me&
Stunde konnte kein Unterreihen (zwei Kiihl- und zwei Erwiirmungsperioden)
schied
zwischen den Kurven
berechnet
festgestellt werden. Um die
MeBperioden nicht zu groB zu machen, wurde der Raum S der Kuhlvorrichv
L___)
Ih
&'
10
-
05
-
A=4925%
r
.Ild (T)wurde der Photostrom
J l K ( T ) = J , (TI - J l d (TI er-
mittelt.
Wahrend beider Mel3perioden wurde die auf die Photozelle Pleinfallende Lichtintensitat mit einer zweiten Photozelle P,,deren Temperatur konstant gehalten wurde, gemessen.
Die Photozelle P, wurde mittels
2s. Yar ay: TsnZ~eraturabhungigkeit des Photoefjektes der Sb-Cs-Photokathoden
389
Dew a r -Gefarjes, andererseits durch einen Ventilator, der trockene, warme
Luft (30" C) an die auI3ere Wand des Dewar-GefaBes anblies, gesichert.
In der Nahe der Grenzwellenlange 1, = 6250 A, wurden die in Abb. 4
dargestellten Merjresultate erhalten. Die Empfindlichkeit andert sich im
untersuchten Tem eraturbereich ungefahr 3--3,5fach. Bei kiirzeren Wellenlangen (A = 4925 ) geht die J I K (T)/J,,{-Kurve in den in Abb. 5 abgebildeten
Verlauf iiber.
Die hier erhaltenen Merjresultate st,immen qualitat,iv mit der von W o n s s o w s k y , Sokolo w und We x l e r 2, vorausgesagten Temperaturabhangigkeit
des Photoeffektes der Legierungen uberein.
if
P. V a r g a sei fur Ratschlage bezuglich der Kuhlvorrichtung auch an dieser
Stelle gedankt.
Bud a p e s t , Zentralforschungsinstitut fur Physik, Abteilung fur Kosrnische Strahlung.
Bei der Redaktion eingegangcn am 12. Marz 1957.
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