A fizikában a fotoelektromos hatás (EPE) elsősorban a fény hatásának kitett anyag elektronkibocsátását jelöli . Kiterjesztéssel néha összegyűjti az anyag összes elektromos jelenségét, amelyet a fény hatása okoz. Ezután két hatást különböztetünk meg: az elektronok kilökődnek az anyagból (fotoelektromos emisszió) és az anyag vezetőképességének módosulása ( fényvezetőképesség , fotovoltaikus hatás, ha fotovoltaikus cellán belül megvalósul , fotoelektromos kémiai hatás, fotorezisztív hatás).
Amikor az EPE megnyilvánul, a beeső foton összes energiája a mély rétegekben átjut az elektronhoz. Minimális energiamennyiség szükséges az elektron kinyeréséhez az atomból, a felesleges energia kinetikus energia formájában kerül az elektronra . A részleges felszívódást a Compton-szórás jellemzi .
1839-ben Antoine Becquerel és fia, Alexandre Edmond bemutatták először fotoelektromos hatást. Kísérletük lehetővé teszi a folyadékba merített elektródák elektromos viselkedésének megfigyelését, megvilágítással módosítva.
Ezt 1887-ben értette meg és mutatta be Heinrich Rudolf Hertz, aki az eredményeket az Annalen der Physik tudományos folyóiratban tette közzé . A fotoelektromos hatásnak köszönhetően ezután lehetővé vált alacsony kinetikus energiájú katódsugarak megszerzése (amelyeket ezután "lassú" elektronnyalábként fogunk értelmezni) a vákuumban történő terjedés vizsgálatára; sugarak, amelyek egy elektromos tér átkapcsolásával tetszés szerint megtörhetnek vagy lelassulhatnak, a sugár megsemmisítéséig vagy akár visszaverődéséig. Ezeknek az új lehetőségeknek hamarosan számos technikai alkalmazásuk volt, például a váltakozó áram kijavítása, a TSF-ben a gyenge jelek felerősítése vagy a rádióadásban nem csillapított vivőhullámok generálása (1913).
A fotoelektromos effektuson végzett mérések azonban ellentmondanak a klasszikus emissziós elméletnek . Valójában a kidobáshoz szükséges időintervallum értéke, amelyet a newtoni mechanika számításai alapján nyertek, sokkal nagyobb volt, mint a kísérleti érték. Ez az ellentmondás inspirálta Einsteint e fotoelektromos hatás értelmezésére.
Így Albert Einstein volt az első, 1905-ben, hogy ad magyarázatot, fogalmát használva a fény részecske, most hívott foton , és a kvantum energia kezdetben bevezetett Max Planck 1900-ban részeként magyarázatot ő maga javasolt a fekete test kibocsátása . Einstein kifejtette, hogy ezt a jelenséget a fotonok abszorpciója , a fény kvantumai okozták az anyag fénnyel való kölcsönhatása során. Ez a magyarázat 1921 -ben fizika Nobel-díjat kapott .
A fotoelektromos effektus olyan fizikai jelenség, amelynek során egy anyag, általában fémes , elektronokat bocsát ki . Ez akkor fordulhat elő, ha az anyagot fénynek vagy kellően nagy frekvenciájú elektromágneses sugárzásnak teszik ki; ez a frekvenciaküszöb, amelyet a hagyományos mechanika nem ír elő, az anyagtól függ.
Ez a hatás nem magyarázható kielégítően, ha figyelembe vesszük, hogy a fény hullám . Az 1905-ben elfogadott elmélet ( Einstein modellje előtt ), James Clerk Maxwell klasszikus elektromágnesessége lehetővé tette az optikai jelenségek nagy részének magyarázatát ; de ha a fényre hullámként gondolunk, annak intenzitásának növelésével és elég hosszú várakozással elegendő energiával kell ellátnunk az anyagot ahhoz, hogy az elektronokat felszabadítsuk belőle. A tapasztalatok azonban azt mutatják, hogy a fényintenzitás nem az egyetlen paraméter, és hogy az elektronok felszabadulását okozó energiaátadás csak egy bizonyos frekvenciáról hajtható végre.
Einstein értelmezése, a foton abszorpciója lehetővé tette ennek a jelenségnek az összes jellemzőjét tökéletesen megmagyarázni. A fényforrásban lévő fotonok jellegzetes energiáját a fény frekvenciája határozza meg. Amikor az anyag elektronja elnyeli a fotont, és az utóbbi energiája elegendő, az elektron kilökődik; különben az elektron nem tud elmenekülni az anyagból. Mivel a fényforrás intenzitásának növelése nem változtatja meg a fotonok energiáját, hanem csak azok számát, könnyen érthető, hogy az anyag által kibocsátott elektronok energiája nem függ a fényforrás intenzitásától.
A foton atom általi abszorpciója után a kibocsátott fotoelektron energiával rendelkezik
hol van a fotoelektron kötési energiája és az elnyelt foton energiája.
A fotoelektromos hatás dominál alacsony energiák mellett, de a keresztmetszet gyorsan növekszik a Z atomszám mellett:
ahol 4 és 5 között változik.
Azokon az energiákon és atomszámokon, ahol ez a folyamat fontos, a kibocsátott elektron nagyon rövid távolságon abszorbeálódik, így minden energiája a detektorban tárolódik. Az elektronikus felvezetés átszervezése során az elektron emissziója következtében kibocsátott röntgensugarak is elnyelődnek a közegben.
A "Sugárzás onkológiai fizika: kézikönyv tanároknak és hallgatóknak. EB Podgorsak" szakirodalomban megtalálható ez az egyenlet is:
A foton energiáját a képlet , a hipotézis jellemzi Planck. a foton energiája (görög betű nu ) a frekvencia és a Planck-állandó , ami 6,626 076 × 10 -34 J . s . Látható, hogy a foton energiája arányos a frekvenciával, ezért a szín függvényében változik.
Einstein bizonyítása azon az alapon áll, hogy az elektronok független atomokhoz kötődnek egy fém belsejében. Ma már tudjuk, hogy az elektronok az elektromágneses hullám frekvenciáján plazmont alkotnak . A probléma ezért összetett.
- Külső fotoelektromos effektus: a fényszorzó cső (PMT) ennek a hatásnak a közvetlen alkalmazása. A beeső sugárzás által létrehozott elektront ezután egy dinamikus rendszerrel megszorozzuk , progresszív feszültséggel.
- Belső fotoelektromos effektus: félvezetőben zajlik . Az áram gerjesztését általában a vezetősávban lévő elektron gerjesztése okozza. Ez mérhető detektorként ( fotodióda , fotoelektromos elem ) vagy összegyűjtve áramellátás céljából ( fotovoltaikus cella ).