Курсовые по энергетике
БН
Экология
Карта

Фотоэффект.

Это процесс, при котором вся энергия падающего кванта hν передаётся связанному электрону. Его кинетическая энергия при вылете из атома Te = hν – I­i, где I­i – энергия связи той оболочки, на которой находится электрон. Энергию отдачи, полученную ядром при вылете электрона ,можно не учитывать, т.к. Tя << hν или Tя << Te. Фотоэффект всегда сопровождается либо характеристическим излучением, либо эффектом Оже, когда энергия возбуждения атома передаётся одному из его электронов, который и покидает атом.

Фотоэффект не может протекать на свободном электроне, т.е. свободный электрон не может поглощать свет. Покажем это. Предположим, что энергия γ-кванта и кинетическая энергия электрона малы по сравнению с собственной энергией электрона mc2. Электрон можно считать свободным, если на него не действуют силы со стороны других частиц. В этом случае он до поглощения γ-кванта двигался прямолинейно с некоторой постоянной скоростью , и имел кинетическую энергию  и количество движения . После поглощения γ-кванта с энергией hν и импульсом  он будет двигаться в другом направлении и с другой скоростью  (его кинетическая энергия и импульс станут  и ). Законы сохранения энергии и импульса для рассматриваемой системы Российская программа по быстрым реакторам

Указанные векторы образуют треугольник (рис. 10):

 

Рис.10. Схематическое изображение фотоэлектрического поглощения.

Угол Θ – между направлением распространения γ-кванта и первоначальным направлением движения электронов и заменив векторное уравнение для сохранения скалярным, получи

Разделив это уравнение на m и вычтя из него умноженное на 2 выражение для закона сохранения энергии, будем иметь

и сократив на hν, найдём

Если hν << mc2 , то  << 2. Т.о., отбросив первый член, получим

  или .

Т.к. v1 всегда меньше c, а CosΘ не может быть больше единицы, то в случае поглощения γ-кванта свободным электроном законы сохранения энергии и количества движения не могут быть одновременно выполнены. Вместе с тем эти законы универсальны, следовательно, свободный электрон не может поглотить γ-квант. Вычисления, основанные на теории относительности показывают, что полученный результат верен при любых энергиях γ-кванта и электрона.

Одновременно мы доказали, что верно и обратное утверждение: равномерно движущийся заряд не может испускать электромагнитное излучение.

Т.о. эффект происходит на связанных электронах. Вероятность эффекта увеличивается по мере приближения энергии фотона к энергии связи электрона с атомом. Для фотоэффекта важна относительная связанность электрона σ~J±i/hν. По мере увеличения энергии γ-кванта это отношение для электронов данной оболочки становится всё меньшею С другой стороны, если это отношение больше единицы , то γ-квант вообще не может электрон этой оболочки из атома и поглощение электронами этой оболочки вовсе не происходит. Т.о. зависимость коэффициента поглощения от энергии γ-квантов (начиная с сотен электрон-вольт) выглядит следующим образом:

Рис.11. Зависимость массового коэффициента поглощения в ходе фотоэффекта от энергии падающих фотонов.

Выноска 2 (без границы): hν 



На главную