फोटोइलेक्ट्रॉन विकिरण - भौतिक अर्थ, कानून और अनुप्रयोग
फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (या बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव) की घटना को 1887 में एक खुले गुहा प्रयोग के दौरान हेनरिक हर्ट्ज़ द्वारा प्रयोगात्मक रूप से खोजा गया था। जब हर्ट्ज़ ने जिंक स्पार्क्स पर पराबैंगनी विकिरण का निर्देशन किया, उसी समय उनके माध्यम से एक इलेक्ट्रिक स्पार्क का मार्ग काफ़ी आसान था।
इस प्रकार, फोटोइलेक्ट्रॉन विकिरण को उन पर पड़ने वाले विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में ठोस या तरल पिंडों से निर्वात (या किसी अन्य माध्यम में) में इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की प्रक्रिया कहा जा सकता है। अभ्यास में सबसे महत्वपूर्ण ठोस निकायों से फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन है - एक निर्वात में।
1. फोटोकैथोड पर गिरने वाली एक निरंतर वर्णक्रमीय संरचना के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण एक संतृप्त फोटोक्रेक्ट I का कारण बनता है, जिसका मान कैथोड के विकिरण के समानुपाती होता है, अर्थात 1 सेकंड में फोटोइलेक्ट्रॉनों की संख्या (उत्सर्जित) के समानुपाती होती है आपतित विकिरण की तीव्रता F.
2.प्रत्येक पदार्थ के लिए, उसकी रासायनिक प्रकृति के अनुसार और उसकी सतह की एक निश्चित स्थिति के साथ, जो किसी दिए गए पदार्थ से इलेक्ट्रॉनों के कार्य फ़ंक्शन F को निर्धारित करता है, फोटोइलेक्ट्रॉन विकिरण की एक लंबी-तरंग (लाल) सीमा होती है, अर्थात। , न्यूनतम आवृत्ति v0 जिसके नीचे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव असंभव है।
3. फोटोइलेक्ट्रॉनों की अधिकतम प्रारंभिक गति आपतित विकिरण की आवृत्ति द्वारा निर्धारित होती है और इसकी तीव्रता पर निर्भर नहीं करती है। दूसरे शब्दों में, फोटोइलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा घटना विकिरण की बढ़ती आवृत्ति के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है और इस विकिरण की तीव्रता पर निर्भर नहीं करती है।
बाह्य फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के नियम सैद्धांतिक रूप से केवल पूर्ण शून्य तापमान पर पूरी तरह से संतुष्ट होंगे, जबकि वास्तव में, T> 0 K पर, फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन भी कट-ऑफ तरंग दैर्ध्य की तुलना में लंबे समय तक तरंग दैर्ध्य पर देखा जाता है, हालांकि इसकी एक छोटी संख्या के साथ इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन। घटना विकिरण की अत्यधिक उच्च तीव्रता (1 W / सेमी 2 से अधिक) पर, इन कानूनों का भी उल्लंघन किया जाता है, क्योंकि मल्टीफ़ोटोन प्रक्रियाओं की गंभीरता स्पष्ट और महत्वपूर्ण हो जाती है।
भौतिक रूप से, फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की घटना लगातार तीन प्रक्रियाएं हैं।
सबसे पहले, घटना फोटॉन पदार्थ द्वारा अवशोषित होता है, जिसके परिणामस्वरूप मात्रा के ऊपर औसत से अधिक ऊर्जा वाला एक इलेक्ट्रॉन पदार्थ के अंदर दिखाई देता है। यह इलेक्ट्रॉन शरीर की सतह पर चला जाता है और रास्ते में इसकी ऊर्जा का हिस्सा नष्ट हो जाता है, क्योंकि रास्ते में ऐसा इलेक्ट्रॉन अन्य इलेक्ट्रॉनों और क्रिस्टल जाली के कंपन के साथ संपर्क करता है। अंत में, इलेक्ट्रॉन इन दो माध्यमों के बीच की सीमा पर एक संभावित अवरोध से गुजरते हुए, शरीर के बाहर एक निर्वात या अन्य माध्यम में प्रवेश करता है।
जैसा कि धातुओं के लिए विशिष्ट है, स्पेक्ट्रम के दृश्य और पराबैंगनी भागों में, फोटॉन चालन इलेक्ट्रॉनों द्वारा अवशोषित होते हैं। सेमीकंडक्टर्स और डाइलेक्ट्रिक्स के लिए, वैलेंस बैंड से इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होते हैं। किसी भी मामले में, फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की मात्रात्मक विशेषता क्वांटम उपज है - वाई - प्रति घटना फोटॉन उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या।
क्वांटम उपज पदार्थ के गुणों पर निर्भर करती है, इसकी सतह की स्थिति के साथ-साथ घटना फोटॉनों की ऊर्जा पर भी।
धातुओं में, फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की लंबी-तरंग दैर्ध्य सीमा उनकी सतह से इलेक्ट्रॉन के कार्य कार्य द्वारा निर्धारित की जाती है। अधिकांश स्वच्छ सतह धातुओं का कार्य कार्य 3 eV से ऊपर होता है, जबकि क्षार धातुओं का कार्य कार्य 2 से 3 eV होता है।
इस कारण से, क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं की सतह से फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन तब भी देखा जा सकता है जब केवल यूवी ही नहीं बल्कि स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र में फोटॉन के साथ विकिरण किया जाता है। जबकि साधारण धातुओं में, फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन केवल यूवी आवृत्तियों से ही संभव है।
इसका उपयोग धातु के कार्य समारोह को कम करने के लिए किया जाता है: क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं की एक फिल्म (मोनोएटोमिक परत) एक साधारण धातु पर जमा होती है और इस प्रकार फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की लाल सीमा को लंबी तरंगों के क्षेत्र में स्थानांतरित कर दिया जाता है।
निकट-यूवी और दृश्य क्षेत्रों में धातुओं की क्वांटम उपज Y विशेषता 0.001 इलेक्ट्रॉन / फोटॉन से कम के क्रम की है क्योंकि धातु के प्रकाश अवशोषण की गहराई की तुलना में फोटोइलेक्ट्रॉन रिसाव की गहराई छोटी है।धातु के बाहर निकलने की सीमा तक पहुँचने से पहले फोटोइलेक्ट्रॉनों का शेर का हिस्सा अपनी ऊर्जा को नष्ट कर देता है, बाहर निकलने का कोई मौका खो देता है।
यदि फोटॉन ऊर्जा प्रकाश उत्सर्जन दहलीज के करीब है, तो अधिकांश इलेक्ट्रॉन निर्वात स्तर से नीचे की ऊर्जा पर उत्तेजित होंगे और वे प्रकाश उत्सर्जन धारा में योगदान नहीं देंगे। इसके अलावा, निकट यूवी और दृश्य क्षेत्रों में प्रतिबिंब गुणांक धातुओं के लिए बहुत अधिक है, इसलिए विकिरण का केवल एक बहुत ही छोटा अंश धातु द्वारा अवशोषित किया जाएगा। सुदूर यूवी क्षेत्र में ये सीमाएँ घट जाती हैं और Y 10 eV से ऊपर फोटॉन ऊर्जा पर 0.01 इलेक्ट्रॉन/फोटॉन तक पहुँच जाता है।
यह आंकड़ा शुद्ध तांबे की सतह के लिए प्रकाश उत्सर्जन क्वांटम उपज की वर्णक्रमीय निर्भरता को दर्शाता है:
धातु की सतह का संदूषण फोटोक्रेक्ट को कम करता है और लाल सीमा को लंबी तरंग दैर्ध्य क्षेत्र में स्थानांतरित करता है; इसी समय, इन शर्तों के तहत सुदूर यूवी क्षेत्र के लिए, वाई बढ़ सकता है।
फोटोइलेक्ट्रॉन विकिरण फोटोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में आवेदन पाता है जो विभिन्न श्रेणियों के विद्युत चुम्बकीय संकेतों को विद्युत धाराओं और वोल्टेज में परिवर्तित करता है। उदाहरण के लिए, अदृश्य इन्फ्रारेड संकेतों में एक छवि को एक डिवाइस का उपयोग करके दृश्यमान में परिवर्तित किया जा सकता है जो फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की घटना के आधार पर काम करता है। फोटोइलेक्ट्रॉन विकिरण भी काम करता है फोटोकल्स में, विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक-ऑप्टिकल कन्वर्टर्स में, फोटोमल्टीप्लायरों में, फोटोरेसिस्टर्स, फोटोडायोड्स, इलेक्ट्रॉन-बीम ट्यूबों आदि में।
यह सभी देखें:सौर ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलने की प्रक्रिया कैसे काम करती है