Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ФО)"

Фотоэлемент

Фотоэлеме'нт, электронный прибор, в котором в результате поглощения энергии падающего на него оптического излучения генерируется эдс (фотоэдс ) или электрический ток (фототок). Действие Ф. основывается на фотоэлектронной эмиссии или фотоэффекте внутреннем .

   Ф., действие которого основано на фотоэлектронной эмиссии, представляет собой (рис., а ) электровакуумный прибор с 2 электродами – фотокатодом и анодом (коллектором электронов), помещенными в вакуумированную либо газонаполненную стеклянную или кварцевую колбу. Световой поток, падающий на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с его поверхности; при замыкании цепи Ф. в ней протекает фототок, пропорциональный световому потоку. В газонаполненных Ф. в результате ионизации газа и возникновения несамостоятельного лавинного электрического разряда в газах фототок усиливается. Наиболее распространены Ф. с сурьмяно-цезиевым и кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодами.

  Ф., действие которого основано на внутреннем фотоэффекте, – полупроводниковый прибор с гомогенным электронно-дырочным переходом (р–n -переходом) (рис. , б), полупроводниковым гетеропереходом или контактом металл-полупроводник (см. Шотки диод ). Поглощение оптического излучения в таких Ф. приводит к увеличению числа свободных носителей внутри полупроводника . Под действием электрического поля перехода (контакта) носители заряда пространственно разделяются (например, в Ф. с р–n -переходом электроны накапливаются в n -oбласти, а дырки – в р -области), в результате между слоями возникает фотоэдс; при замыкании внешней цепи Ф. через нагрузку начинает протекать электрический ток. Материалами, из которых выполняют полупроводниковые Ф., служат Se, GaAs, CdS, Ge, Si и др.

  Ф. обычно служат приёмниками излучения или приёмниками света (полупроводниковые Ф. в этом случае нередко отождествляют с фотодиодами ); полупроводниковые Ф. используют также для прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию – в солнечных батареях , фотоэлектрических генераторах .

  Основные параметры и характеристики Ф. 1) Интегральная чувствительность (ИЧ) – отношение фототока к вызывающему его световому потоку при номинальном анодном напряжении (у вакуумных Ф.) или при короткозамкнутых выводах (у полупроводниковых Ф.). Для определения ИЧ используют, как правило, эталонные источники света (например, лампу накаливания с воспроизводимым значением цветовой температуры нити, обычно равным 2840 К). Так, у вакуумных Ф. (с сурьмяно-цезиевым катодом) ИЧ составляет около 150 мка/лм, у селеновых – 600–700 мка/лм, у германиевых – 3×10⁴мка/лм. 2) Спектральная чувствительность – величина, определяющая диапазон значений длин волн оптического излучения, в котором практически возможно использовать данный Ф. Так, у вакуумных Ф. с сурьмяно-цезиевым катодом этот диапазон составляет 0,2–0,7 мкм, у кремниевых – 0,4–1,1 мкм, у германиевых – 0,5–2,0 мкм. 3) Вольтамперная характеристика – зависимость фототока от напряжения на Ф. при постоянном значении светового потока; позволяет определить оптимальный рабочий режим Ф. Например, у вакуумных Ф. рабочий режим выбирается в области насыщения (область, в которой фототок практически не меняется с ростом напряжения). Значения фототока (вырабатываемого, например, кремниевым Ф., освещаемым лампой накаливания) могут при оптимальной нагрузке достигать (в расчёте на 1 см² освещаемой поверхности) несколько десятков ма (для кремниевых Ф., освещаемых лампой накаливания), а фотоэдс – нескольких сотен мв. 4) Кпд, или коэффициент преобразования солнечного излучения (для полупроводниковых Ф., используемых в качестве преобразователей энергии), – отношение электрической мощности, развиваемой Ф. в номинальной нагрузке к падающей световой мощности. У лучших образцов Ф. кпд достигает 15–18%.

  Ф. используют в автоматике и телемеханике, фотометрии, измерительной технике, метрологии, при оптических, астрофизических, космических исследованиях, в кино– и фототехнике, факсимильной связи и т.д.; перспективно использование полупроводниковых Ф. в системах энергоснабжения космических аппаратов, морской и речной навигационной аппаратуре, устройствах питания радиостанций и др.

  Лит.: Рывкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Васильев А. М., Ландсман А. П., Полупроводниковые фотопреобразователи М 1971.

  М. М. Колтун.

Схематическое изображение фотоэлемента с внешним (а) и внутренним (б) фотоэффектом; К – фотокатод; А – анод; Ф – световой поток; n и p – области полупроводника с донорной и акцепторной примесями; Е – источник постоянного тока, служащий для создания в пространстве между К и А электрического поля, ускоряющего фотоэлектроны; R_н – нагрузка; пунктирной линией обозначен р – n-переход.

Фотоэффект

Фотоэффе'кт, испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения (фотонов ). Ф. был открыт в 1887 Г. Герцем . Первые фундаментальные исследования Ф, выполнены А. Г. Столетовым (1888). Он установил, что в возникновении фототока в цепи, содержащей металлические электроды и источник напряжения, существенную роль играет освещение отрицательного электрода и что сила фототока пропорциональна интенсивности света. Ф. Ленард (1899) доказал, что при освещении металлов из них испускаются электроны. Первое теоретическое объяснение законов Ф. дал А. Эйнштейн (1905). В дальнейшем теория Ф. была развита в наиболее последовательном виде И. Е. Таммом и С. П. Шубиным (1931). Большой вклад в экспериментальное исследование Ф. внесли работы А. Ф. Иоффе (1907), П. И. Лукирского и С. С. Прилежаева (1928).

  Ф. – квантовое явление, его открытие и исследование сыграли важную роль в экспериментальном обосновании квантовой теории: только на её основе оказалось возможным объяснение закономерностей Ф. Свободный электрон не может поглотить фотон, т.к. при этом не могут быть одновременно соблюдены законы сохранения энергии и импульса. Ф. из атома, молекулы или конденсированной среды возможен из-за связи электрона с окружением. Эта связь характеризуется в атоме энергией ионизации , в конденсированной среде – работой выхода . Закон сохранения энергии при Ф. выражается соотношением Эйнштейна: , где E – кинетическая энергия фотоэлектрона, – энергия фотона,  – Планка постоянная, E_i – энергия ионизации атома или работа выхода электрона из тела. При  < E_i , Ф. невозможен.

  Ф. может наблюдаться в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация). Первичным актом здесь является поглощение фотона атомом и ионизация с испусканием электрона. С высокой степенью точности можно считать, что вся энергия фотона за вычетом энергии ионизации передаётся испускаемому электрону. В конденсированных средах механизм поглощения фотонов зависит от их энергии. При , равных или не очень сильно (в десятки и сотни раз) превышающих работу выхода, излучение поглощается электронами проводимости (в металлах ) или валентными электронами (в полупроводниках и диэлектриках ), коллективизированными в твёрдом теле. В результате может наблюдаться фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект) с граничной энергией фотонов, равной работе выхода, или фотоэффект внутренний (фотопроводимость и др. фотоэлектрические явления) с граничной энергией фотонов, равной ширине запрещенной зоны.

  При энергиях фотонов , во много раз превышающих энергию межатомных связей в конденсированной среде (гамма-излучение ), фотоэлектроны могут вырываться из «глубоких» оболочек атома. Влияние среды на первичный акт Ф. в этом случае пренебрежимо мало по сравнению с энергией связи электрона в атоме и Ф. происходит так же, как на изолированных атомах. Эффективное сечение Ф. s_ф сначала растет с w, а затем, когда становится больше энергии связи электронов самых глубоких оболочек атома, уменьшается. Такая зависимость s_ф от w качественно объясняется тем, что чем больше по сравнению с E_i , тем пренебрежимее связь электрона с атомом, а для свободного электрона Ф. невозможен. Вследствие того, что электроны К-оболочки наиболее сильно связаны в атоме и эта связь возрастает с атомным номером Z , s_ф имеет наибольшее значение для К-электронов и быстро увеличивается при переходе к тяжёлым элементам (~ Z⁵ ). При порядка атомных энергий связи Ф. является преобладающим механизмом поглощения гамма-излучения атомами, при более высоких энергиях фотонов его роль становится менее существенной по сравнению с др. механизмами: Комптона эффектом , рождением электронно-позитронных пар.

  Ядерным Ф. называется поглощение g-кванта атомным ядром, сопровождающееся его перестройкой (см. Фотоядерные реакции ).

  Ф. широко используется в исследованиях строения вещества – атомов, атомных ядер, твёрдых тел (см. Фотоэлектрические явления ), а также в фотоэлектронных приборах.

  Лит.: Hertz Н., Uber einen Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung, «Annalen der Physik und Chemie», 1887, Bd 31; Столетов А. Г., Избр. соч., М. – Л., 1950; Эйнштейн А., Собр. научн. тр., т. 3, М., 1966; Tamm Ig., Scliubin S., Zur Theorie des Photoeffektes an Metalien, «Zeitschrift fur Physik», 1931, Bd 68; Лукирский П. И., О фотоэффекте, Л. – М., 1933; Стародубцев С. В., Романов А. М., Взаимодействие гамма-излучения с веществом, ч. 1, Таш., 1964.

  Т. М. Лифшиц.

Фотоэффект внешний

Фотоэффе'кт вне'шний, то же, что фотоэлектронная эмиссия .

Фотоэффект внутренний

Фотоэффе'кт вну'тренний, перераспределение электронов по энергетическим состояниям в конденсированной среде, происходящее при поглощении электромагнитного излучения. В неметаллических телах (полупроводниках и диэлектриках ) Ф. в. проявляется в изменении электропроводности (см. Фотопроводимость ), диэлектрической проницаемости среды (см. Фотодиэлектрический эффект ) или в возникновении на ее границах электродвижущей силы (см. Фотоэдс ). В металлах из-за их высокой электропроводности Ф. в. неощутим. Ф. в. используется для изучения электрических свойств веществ и неравновесных электронных процессов в них. Исследование Ф. в. позволяет определять ширину запрещенной зоны веществ, времена жизни электронов проводимости и дырок, механизмы и параметры процессов рекомбинации неравновесных носителей заряда, свойства примесей и др. Ф. в. используется в фотоэлектронных приборах (см. Фоторезистор , Фотоэлемент , Фотодиод , Фототранзистор ) и в устройствах для преобразования солнечной энергии в электрическую (см. Солнечная батарея ).

  Лит.: Рывкин с. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Бьюб Р., Фотопроводимость твердых тел, пер. с англ., М., 1962; Фотопроводимость. Сб. ст., пер. с англ., М., 1967.

  Т. М. Лифшиц.

Фотоядерные реакции

Фотоя'дерные реа'кции, ядерный фотоэффект, поглощение атомными ядрами g-квантов с испусканием протонов р, нейтронов n или более сложных частиц. Наиболее изучены Ф. р. (g, р) и (g, n), известны также реакции (g, d), (g, pn), (g, d) и др. Для вырывания из атомного ядра протона или нейтрона (нуклонов) энергия g-кванта E_g должна превышать энергию связи нуклона в ядре. Сумма эффективных поперечных сечений всевозможных Ф. р. называется сечением поглощения g-кванта ядром. Для всех ядер (за исключением очень лёгких) сечение s_g при малых и больших энергиях g-кванта мало, а в середине имеется высокий широкий максимум, называемый гигантским резонансом (рис. 1 ).

  Положение гигантского резонанса монотонно уменьшается с ростом массового числа А ядер от 20–25 Мэв в лёгких ядрах до 13 Мэв в тяжёлых. Зависимость энергии Е_m , соответствующей вершине резонанса, от А описывается формулой: Е_m = 34 А ^-1/6 . Ширина резонанса Г ~ 4–8 Мэв; она минимальна у магических ядер – Г (²⁰⁸ Pb) = 3,9 Мэв, и максимальна у деформированных ядер – Г (¹⁶⁵ Но) = 7 Мэв. В области гигантского резонанса кривая поглощения не является монотонной, а имеет определённую структуру. У деформированных ядер это двугорбая кривая (рис. 2 , а). У лёгких и средних ядер и у некоторых тяжёлых ядер наблюдается несколько максимумов шириной в сотни кэв (рис. 2 , б). Распределение фотонейтронов по энергии в области резонанса близко к максвелловскому (см. Максвелла распределение ). Вместе с тем есть отклонения: большим оказывается число нейтронов в высокоэнергетической области спектра. Распределение фотопротонов в большинстве случаев не является максвелловским.

  Гигантский резонанс связывают с возбуждением g-квантами собственных колебаний протонов относительно нейтронов (дипольные колебания). Нуклоны могут покидать ядро непосредственно в процессе дипольных колебаний, но могут испускаться и после их затухания. Упорядоченные колебания нуклонов постепенно переходят в весьма сложное «тепловое» движение. В результате образуется возбуждённое составное ядро , из которого «испаряются» протоны или нейтроны. Ширина Г гигантского резонанса определяется «временем жизни» дипольных колебаний. При энергии g-квантов, превышающей энергию гигантского резонанса, поглощающие g-квант нуклоны, как правило, быстро покидают ядро, дипольные колебания не возникают (ядро не успевает «раскачаться») и механизм Ф. р. является «прямым» (см. Прямые ядерные реакции ; например, при E_g ~ 70 Мэв механизм поглощения g-квантов становится двухнуклонным). Наряду с дипольными колебаниями в ядре могут возбуждаться квадрупольные, октупольные и др. типы колебаний, но их роль в Ф. р. не существенна. Иногда Ф. р. называются процессы, в которых g-кванты высокой энергии (~ 1,5×10^-8 эв ), поглощаясь ядрами или отдельными нуклонами, вызывают рождение пи-мезонов (например, g + p ® n + p^- ; g + р ® р + p ^{) и др. элементарных частиц.}

  Лит.: Айзенберг И. М., Грайнер В., Механизмы возбуждения ядра, пер. с англ., М., 1973; Широков Ю. М., Юдин Н. П., Ядерная физика, М., 1972; Левинджер Д ж., Фотоядерные реакции, пер. с англ., М., 1962.

  Н. П. Юдин.

Рис. 1. Гигантский резонанс.

Рис. 2. Тонкая структура гигантского резонанса: а – для деформированных ядер, б – для сферических ядер.

Фофанов Аникита Федорович

Фо'фанов Аникита Федорович (г. рождения неизвестен, Псков, – после 1618, Москва), русский печатный мастер. Работал в Москве в 1606–18. Изготовил т. н. никитинский шрифт, интенсивно использовавшийся на протяжении всей 1-й половины 17 в. Первое известное издание Ф. – «Минея общая» (1609). В годы польской и шведской интервенции Ф. вывез свою «печатную избу» в Нижний Новгород. В 1613 здесь был напечатан т. н. Памятник нижегородской печати, повествующий о событиях начала 17 в., о «смутном времени». В 1615 в Москве напечатал «Псалтирь», в 1618 – «Октоих».

  Лит.: Киселев Н. П., Немировский Е. Л., Книгопечатание в Москве XVII в., в кн.: 400 лет русского книгопечатания, [т. 1], М., 1964.

Фофанов Константин Михайлович

Фо'фанов Константин Михайлович [18(30).5.1862, Петербург, – 17(30).5.1911, там же], русский поэт. Обучался в частных пансионах. Выступил в печати в 1881. Первый сборник – «Стихотворения» (1887). Наиболее полно поэтическое своеобразие Ф. выявлено в третьем сборнике – «Тени и тайны» (1892). Для поэзии Ф. характерно романтическое противопоставление идеала миру низкой действительности, в изображении которой обнаруживаются подчас реалистические тенденции; уход от трагичности реальной жизни был вызван у Ф. главным образом не эстетическими, а социальными побуждениями. Пассивность демократической позиции, декларативность, штампы, дилетантская неточность слова соседствовали у Ф. с искренностью, живописной выразительностью, тонким психологизмом. Импрессионистические приёмы в изображении города, внимание к больным состояниям души делали поэзию Ф. явлением переходным от традиционных форм к модернизму.

  Соч.: Стихотворения и поэмы. [Вступ. ст. Г. Цуриковой], М. – Л., 1962.

  Лит.: Венгеров С. А., Очерки по истории русской литературы, СПБ, 1907; Брюсов В,, Далекие и близкие, М., 1912; Тагер Е. Б., Возникновение модернизма, в кн.: Русская литература конца XIX – начала XX в., М., 1968.

  Ю. И. Шведова.

Назад к карточке книги "Большая Советская Энциклопедия (ФО)"