Приемники излучения

Приемниками излучения являются устройства, в которых происходят изменения под действием излучения. Они характеризуются спектральной чувствительностью – способностью воспринимать излучение различной длины волны.

В визуальном методе приемником излучения является глаз человека, который чувствителен к свету в видимой области спектра ~ 400 – 760 нм. Чувствительность глаза максимальна к желто-зеленому свету (550 нм) и убывает от него в обе стороны. Этот метод чрезвычайно субъективен, так как глаз наблюдателя может только приближенно оценить разность или отношение интенсивностей световых потоков.

Более универсальными для регистрации электромагнитного излучения являются фотографические и фотоэлектрические методы.

В фотографическом методе приемником излучения является фотографическая эмульсия (взвесь монокристаллов бромида серебра в желатине), нанесенная на подложку (пластинка, пленка). Под действием света в эмульсии формируется «скрытое» изображение, которое после обработки (проявление и закрепление) визуализирует в виде темных линий за счет выделения металлического серебра в местах, подвергшихся облучению. Почернение спектральных линий становится мерой количества излучения, попавшего первоначально на фотоэмульсию. Сконструированы приборы (микрофотометры), способные очень точно определять величины почернений. Обычные фотоматериалы чувствительны в диапазоне 230 – 500 нм. Спектральная область может быть значительно расширена (от короткого ультрафиолета до 1000 нм) путем их сенсибилизации. Достоинствами фотографического метода являются документальность, чувствительность к широкому спектральному диапазону излучения, коммулятивность (суммирование количества излучения во времени), что позволяет регистрировать слабые световые потоки, увеличивая экспозицию (время воздействия излучения). Основные недостатки метода – неравномерность эмульсии фотопластинок, приводящая к увеличению погрешности анализа, а также необходимость химической обработки фотоматериалов.

Фотоэлектрические методы основаны на преобразовании световой энергии в электрический сигнал с помощью фотоэлементов, действие которых основано на использовании внешнего или внутреннего фотоэффекта.

Фотоэлемент с внешним фотоэффектом состоит из фотокатода и анода, помещенных в стеклянную колбу (рис.4.7). При попадании на фотокатод (кислородно-цезиевый или сурьмяно-цезиевый) квантов света из него вырываются электроны, которые устремляются к положительно заряженному аноду. Цепь замыкается. Гальванометр показывает наличие тока, сила которого пропорциональна числу падающих квантов света в единицу времени, т. е. мощности излучения.

Работа фотоэлемента с внутренним фотоэффектом основана на вентильном эффекте запирающего слоя, который образуется на границе между двумя полупроводниками или полупроводником и металлом и пропускает электроны только в одном направлении. В селеновом фотоэлементе (рис.4.8) электроны селенового слоя под действием света возбуждаются и через запирающий слой проходят в покрывной электрод (пленка золота). Покрывной электрод заряжается отрицательно, а селеновый слой – положительно. При замыкании такой системы во внешней цепи возникает ток без участия внешнего источника напряжения. Аналогично устроен и кремниевый фотодиод.

Рис. 4.8. Фотоэлемент с внутренним фотоэффектом: 1 – контактное кольцо 2 – запирающий слой.  

В настоящее время производятся кремниевые фотодиоды, чувствительные к излучению в отдельных спектральных областях. Для одновременного измерения интенсивностей во всей области спектра от 190 до 1100 нм служат многоканальные детекторы (массивы фотодиодов, диодные линейки).

Эмиссионный спектр пробы, возбуждаемый в источнике света, в зависимости от метода (визуальный, спектрографический, спектрометрический) регистрируют с помощью спектроскопа, спектрографа или спектрометра.

Дата добавления: 2015-07-08