Гамма-сәуле шығару

Электромагниттік сәуле шығарудың ішіндегі толқын ұзындығы ең қысқасы гамма – сәулелер болып табылады. Гамма сәулелердің толқын ұзындығы 10^-10 м мен3*10^-13 м аралығында болады. Гамма сәулелер қозған атом ядроларында және радиоактивті ыдырау құбылысы негізінде шығарылады. Гама сәулелер жер бетінде де, ғарышта да кездеседі. Гамма сәуле шығарудың барлығы жер атмосферасының озон қабатында жұтылады. Жер бетіндегі тіршіліктің өмір сүруі тікелей осы озон қабатының сақталуына байланысты болады.

 

44.Фотоэлектрлік эффект (фотоэффект) деп түскен жарық әсерінен заттан әлектрондардың бөлініп шығу құбылысын айтады.

Фотоәффекттің үш түрін бөліп қарастырады: ішкі, вентильді және сыртқы.

Шалаөткізгіштер немесе диәлектриктердің ішінде байланыстағы электрондардың жарық әсерінен сыртқа шықпай бос электрондарға айналу құбылысы ішкі фотоэффект деп аталады. Осының нәтижесінде ток тасымалдаушылардың концентрациясы өсіп, фотоөткізгіштік пайда болады. Фотоөткізгіштік деп шалаөткізгіштер немесе диәлектриктерге жарық түскенде электрөткізгіштігінің артуы айтылады.

Екі түрлі шалаөткізгіштердің немесе шалаөткізгіш пен металл беттері түйіскен жерге (сыртқы әлектр өрісі жоқ болған жағдайда) жарық түскенде электр қозғауыш күшінің пайда болуы вентильдік фотоәффект құбылысы деп аталады. Вентильдік фотоэффект күн энергиясын тікелей әлектр әнергиясына түрлендіру үшін күн батареяларында қолданылады. Жарық әсерінен заттан әлектрондардың босап шығуы сыртқы фотоэффект (фотоэлектрондық эммисия) құбылысы деп аталады.

Фотоэффект заңдары.

(1) Столетов заңы: түскен жарықтың жиілігінің бекітілген (тұрақты) мәнінде бірлік уақыт ішінде фотокатодтан шыққан фотоэлектрондар саны жарық интенсивтілігіне пропорционал (қанығу фототок күші катодтың энергетикалық жарықталуына пропорционал).

(2) Фотоэлектрондардың бастапқы максимал жылдамдықтары түскен жарықтың интенсивтілігіне тәуелді емес, тек жарықтың жиілігімен анықталады.

(3) Әр зат үшін фотоэффекттің қызыл шегарасы бар – одан төмен мәнде фотоэффект мүмкін болмайтын жарық жиілігінің минимал мәні (заттың химиялық құрылымына және зат бетінің күйіне байланысты).

Фотоэффект механизмін түсіндіру үшін Эйнштейн өз жорамалын ұсынды. Эйнштейн жорамалы бойынша жиілігі ν жарық тек бөлек кванттар ретінде шығарылып қоймай, сонымен қатар кеңістікте таралып, затпен бөлек порциялар (кванттар) ретінде жұтылады. Кванттардың энергиялары:

Вакуумда с жарық жылдамдығымен таралатын жарық кванттары фотондар деп аталады.

Түскен фотонның энергиясы электронның металданшығу үшін істелінетін шығу жұмысына А және ұшып шыққан фотоәлектронға кинетикалық әнергия беру үшін жұмсалады.

Сыртқы фотоәффектке арналған Әйнштейн теңдеуі:

Бұл теңдеу фотоэлектрондардың кинетикалық энергиясының түскен жарықтың жиілігіне тәуелділігін түсіндіреді (2-заң). Фотоэлектрондардың кинетикалық энергиясы нольге тең болатын жарықтың шектік жиілігі:

немесе

 

Фотоэффекттің қызыл шегарасы болып табылады (3-заң).

Эйнштейн теңдеуінің басқаша түрде жазылуы:

Суретте алюминий, мырыш және никель үшін фотоәлектрондардың максимал кинетикалық әнергиясының түскен жарықтың жиілігіне тәуелділігі көрсетілген. Барлық түзулер бір-біріне параллель, туындысы катод материалына байланысты емес және сан мәні жағынан h Планк тұрақтысына тең. Ординат осі бойымен алынған кесінділер сан мәні бойынша электрондардың сәйкесінше металлдардан А шығу жұмысына тең. Фотондардың бар болуы Боте тәжірибесінде көрсетілген. Екі счетчиктің Сч арасына қойылған жұқа металл фольга Ф қатты сәулелену нәтижесінде рентген сәулелерін шығарды. Егер шыққан рентген сәулесінің энергиясы барлық жаққа бірқалыпты таралатын болғанда, онда екі счетчик бір уақытта жұмыс істеу керек еді және қозғалмалы Л лентада М маркерлерімен сызылған синхронды белгілер пайда болу керек еді. Шын мәнінде белгілер ретсіз орналасқан болып шықты. Яғни әрбір сәуле шығару кезінде не бір бағытқа, не басқа бағытқа ұшатын жарық бөлшектері (фотондар) пайда болады.

Комптон эффекті

Жарықтың корпускулалық қасиеттері Комптон эффектінде айқын байқалады – қысқа толқынды электромагниттік сәулелердің (рентген және γ сәулеленудің) заттың бос (әлсіз байланысқан) электрондарында серпімді шашырауы. Осының салдарынан толқын ұзындығы ұзарады. Бұл ұзару түскен сәуленің λ толқын ұзындығына және шашыратқыш заттың табиғатына тәуелді емес, тек шашырау бұрышымен ғана анықталады:

Мұндағы шашыраған сәуленің толқын ұзындығы, λ_С – комптондық толқын ұзындығы.

Электронда шашырағанда:

Фотон (әнергиясы және импульсі ) әлектронмен соғылғанда ( әлектронның тыныштықтағы әнергиясы, - әлектронның тыныштықтағы массасы), оған өз әнергиясының және импульсінің бір бөлігін береді де қозғалыс бағытын өзгертеді. Осы серпімді соқтығыс кезінде әнергияның және импульстің сақталу заңдары орындалады, мұндағы - соқтығыстан кейінгі әлектронның релятивлік әнергиясы.

Сонымен

Бұдан ν ескерген мына өрнекті аламыз:

.

Комптон әффекті спектрдің көріну аймағында бақыланбайды, себебі көрінетін жарық фотонының әнергиясы әлектронның атоммен байланыс әнергиясына жуық, мұндай жағдайда тіпті атомның сыртқы әлектроның бос деп санауға болмайды.

Комптон әффекті, абсолют қара дененің жарық шығаруы және фотоәффект, жарықтың кванттық (корпускулалық) қасиеттерінің бар екенін көрсететін дәлел болып табылады.