Канальный кипящий графитовый реактор Реакторы водо-водяного типа Реакторы на быстрых нейтронах Задачи по физике ядра Испытания ядерного оружия

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