Войти
Эмиссия электронов металлической пластиной, вызванная квантами света - фотонами. Фотоэлектрический эффект - это излучение электронов, когда электромагнитное излучение, такое как свет, попадает на материал. Электроны, испускаемые таким образом, называются фотоэлектронами. Это явление изучается в физике конденсированного состояния, твердотельной химии и квантовой химии, чтобы сделать выводы о свойствах атомов, молекул и твердых тел. Эффект нашел применение в электронных устройствах, специализирующихся на обнаружении света и точно синхронизированной эмиссии электронов.
В классической электромагнитной теории фотоэлектрический эффект можно отнести к передаче энергии от непрерывных световых волн к электрону. Изменение интенсивности света изменит кинетическую энергию испускаемых электронов, а достаточно тусклый свет приведет к задержке излучения на время, необходимое электронам для накопления энергии, достаточной для выхода из материала. Однако экспериментальные результаты расходятся с обоими предсказаниями. Вместо этого они показывают, что электроны вытесняются только тогда, когда свет превышает пороговую частоту. Ниже этого порога электроны не испускаются из материала, независимо от интенсивности света или продолжительности воздействия света. Поскольку низкочастотный луч высокой интенсивности не может накапливать энергию, необходимую для производства фотоэлектронов, как если бы энергия света исходила от непрерывной волны, Альберт Эйнштейн предположил, что луч света не волна распространяется в пространстве, но набор дискретных волновых пакетов - фотонов.
Для излучения электронов проводимости из типичных металлов требуется несколько электрон-вольт (эВ) света кванты, соответствующие коротковолновому видимому или ультрафиолетовому свету. В крайних случаях излучение индуцируется фотонами, энергия которых приближается к нулю, как в системах с отрицательным сродством к электрону и излучением из возбужденных состояний, или фотонами в несколько сотен кэВ для основных электронов в элементах с высоким атомным номером . Изучение фотоэлектрического эффекта привело к важным шагам в понимании квантовой природы света и электронов и повлияло на формирование концепции дуальности волна-частица. Другие явления, при которых свет влияет на движение электрических зарядов, включают эффект фотопроводимости, фотоэлектрический эффект и фотоэлектрохимический эффект.
Фотоны светового луча имеют характерную энергию, называемую энергией фотона, что пропорционально частоте света. В процессе фотоэмиссии, когда электрон в некотором материале поглощает энергию фотона и приобретает больше энергии, чем его энергия связи, он, вероятно, будет выброшен. Если энергия фотона слишком мала, электрон не может покинуть материал. Поскольку увеличение интенсивности низкочастотного света приведет только к увеличению числа фотонов с низкой энергией, это изменение интенсивности не создаст ни одного фотона с достаточной энергией, чтобы сместить электрон. Более того, энергия испускаемых электронов не будет зависеть от интенсивности падающего света данной частоты, а только от энергии отдельных фотонов.
Хотя свободные электроны могут поглощать любую энергию при облучении, если за этим следует немедленное переизлучение, как в эффекте Комптона, в квантовых системах все энергии одного фотона поглощается - если процесс разрешен квантовой механикой - или вообще не поглощается. Часть полученной энергии используется для освобождения электрона от атомной связи, а остальная часть вносит вклад в кинетическую энергию электрона как свободной частицы. Поскольку электроны в материале занимают много разных квантовых состояний с разной энергией связи, и поскольку они могут нести потери энергии на своем выходе из материала, испускаемые электроны будут иметь диапазон кинетических энергий. Электроны из самых высоких занятых состояний будут иметь самую высокую кинетическую энергию. В металлах эти электроны будут испускаться с уровня Ферми.
Когда фотоэлектрон испускается в твердое тело, а не в вакуум, часто используется термин внутренняя фотоэмиссия, а эмиссия в вакуум определяется как внешняя фотоэмиссия..
Несмотря на то, что фотоэмиссия может происходить из любого материала, ее легче всего наблюдать из металлов и других проводников. Это связано с тем, что в процессе возникает дисбаланс заряда, который, если его не нейтрализовать током, приводит к увеличению потенциального барьера до полного прекращения излучения. Энергетический барьер для фотоэмиссии обычно повышается за счет непроводящих оксидных слоев на металлических поверхностях, поэтому в большинстве практических экспериментов и устройств, основанных на фотоэлектрическом эффекте, используются чистые металлические поверхности в вакуумированных трубках. Вакуум также помогает наблюдать за электронами, поскольку он не позволяет газам препятствовать прохождению их потока между электродами.
Поскольку солнечный свет из-за поглощения атмосферой не дает много ультрафиолетового света, свет, богатый ультрафиолетовыми лучами, обычно получали путем сжигания магния или от дуговых ламп. В настоящее время лампы на парах ртути, газоразрядные лампы УФ-лампы и источники плазменной радиочастоты, ультрафиолетовые лазеры, и синхротрон вставное устройство преобладают источники света.
Схема эксперимента для демонстрации фотоэлектрического эффекта. Отфильтрованный монохроматический свет определенной длины волны попадает на излучающий электрод (E) внутри вакуумной трубки. Коллекторный электрод (C) смещен до напряжения V C, которое можно настроить так, чтобы притягивать испускаемые электроны, когда он положительный, или предотвращать попадание любого из них в коллектор, когда он отрицательный. Классическая установка для наблюдения за фотоэлектрическим эффектом включает в себя источник света, набор фильтров для монохроматизации света, вакуумную трубку, прозрачную для ультрафиолетового света, излучающий электрод (E), подвергающийся воздействию света, и коллектор (C), напряжение которого V C может контролироваться извне.
Положительное внешнее напряжение используется для направления фотоизлученных электронов на коллектор. Если частота и интенсивность падающего излучения фиксированы, фотоэлектрический ток I увеличивается с увеличением положительного напряжения, поскольку все больше и больше электронов направляется на электрод. Когда невозможно собрать дополнительные фотоэлектроны, фотоэлектрический ток достигает значения насыщения. Этот ток может увеличиваться только с увеличением интенсивности света.
Увеличивающееся отрицательное напряжение не позволяет всем электронам, кроме самых высокоэнергетических, достигать коллектора. Когда ток через трубку не наблюдается, отрицательное напряжение достигло значения, которое достаточно велико, чтобы замедлить и остановить наиболее энергичные фотоэлектроны с кинетической энергией K max. Это значение запаздывающего напряжения называется останавливающим потенциалом или отсечным потенциалом V o. Поскольку работа, выполняемая тормозящим потенциалом при остановке электрона с зарядом e, равна эВ o, следующее должно удерживать эВ o=Kмакс.
Вольт-амперная кривая сигмоидальная, но ее точная форма зависит от геометрии эксперимента и свойств материала электрода.
Для данной металлической поверхности существует определенная минимальная частота падающего излучения, ниже которой фотоэлектроны не испускаются. Эта частота называется пороговой частотой. Увеличение частоты падающего луча увеличивает максимальную кинетическую энергию испускаемых фотоэлектронов, и тормозное напряжение должно увеличиваться. Количество испускаемых электронов также может изменяться, поскольку вероятность того, что каждый фотон приводит к испускаемому электрону, является функцией энергии фотона.
Увеличение интенсивности того же монохроматического света (при условии, что интенсивность не слишком высока), которая пропорциональна количеству фотонов, падающих на поверхность в данный момент времени, увеличивает скорость, с которой электроны выбрасываются - фотоэлектрический ток I - но кинетическая энергия фотоэлектронов и тормозное напряжение остаются прежними. Для данного металла и частоты падающего излучения скорость выброса фотоэлектронов прямо пропорциональна интенсивности падающего света.
Промежуток времени между падением излучения и испусканием фотоэлектрона очень мал, менее 10 секунд. Угловое распределение фотоэлектронов сильно зависит от поляризации (направления электрического поля) падающего света, а также от квантовых свойств излучающего материала, таких как симметрии атомных и молекулярных орбиталей и электронных ленточная структура кристаллических твердых частиц. В материалах без макроскопического порядка распределение электронов имеет тенденцию к максимуму в направлении поляризации линейно поляризованного света. Экспериментальный метод, позволяющий измерить эти распределения для определения свойств материала, - это фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением.
Диаграмма максимальной кинетической энергии как функции частоты света на цинке. В 1905 году Эйнштейн предложил теорию фотоэлектрического эффекта, используя концепцию, впервые выдвинутую Максом Планком, согласно которой свет состоит из крошечных энергетических пакетов, известных как фотоны или световые кванты. Каждый пакет несет энергию 
,где 
, формула для максимальной кинетической энергии выброшенные электроны становятся
кинетическая энергия положительна, и требуется для возникновения фотоэлектрического эффекта. Частота
Электроны, которые связаны в атомах, молекулах и твердых телах, занимают отдельные состояния с четко определенными энергиями связи. Когда кванты света передают отдельному электрону больше, чем это количество энергии, электрон может быть выпущен в свободное пространство с избыточной (кинетической) энергией, которая 
Электронные свойства упорядоченных кристаллических твердых тел определяются распределением электронных состояний по энергии и импульсу - электронной зонной структурой твердого тела. Теоретические модели фотоэмиссии из твердых тел показывают, что это распределение по большей части сохраняется в фотоэффекте. Феноменологическая трехступенчатая модель возбуждения ультрафиолетом и мягким рентгеновским излучением разбивает эффект на следующие этапы:
, а разность - в свободном пространстве ( вакуума) энергия - работа выхода поверхности, кинетическая энергия электронов, испускаемых твердыми телами, обычно записывается как 
.Бывают случаи, когда трехступенчатая модель не может объяснить особенности распределения интенсивности фотоэлектронов. Более сложная одношаговая модель рассматривает эффект как когерентный процесс фотовозбуждения в конечном состоянии кристалла конечного размера, для которого волновая функция подобна свободным электронам вне кристалла, но имеет затухающую огибающую внутри.
В 1839 году Александр Эдмон Беккерель открыл фотоэлектрический эффект, изучая влияние света на электролитические ячейки. Хотя его работа не эквивалентна фотоэлектрическому эффекту, его работа по фотоэлектрической энергии сыграла важную роль в демонстрации сильной взаимосвязи между светом и электронными свойствами материалов. В 1873 году Уиллоуби Смит обнаружил фотопроводимость в селене при испытании этого металла на его свойства высокого сопротивления в связи с его работой с подводными телеграфными кабелями.
Иоганн Эльстер (1854–1920) и Ханс Гейтель (1855–1923), студенты Гейдельберга, исследовали эффекты, производимые светом на наэлектризованные тела, и разработали первые практические фотоэлектрические элементы, которые можно было использовать для измерения интенсивность света. Они расположили металлы в зависимости от их способности разряжать отрицательное электричество: рубидий, калий, сплав калия и натрия, натрий, литий, магний, таллий и цинк ; для меди, платины, свинца, железа, кадмия, углерода и ртуть эффекты обычного света были слишком малы, чтобы их можно было измерить. Порядок металлов для этого эффекта был таким же, как и в серии Вольта для контактного электричества, наиболее электроположительных металлов, дающих наибольший фотоэлектрический эффект.
сусальное золото электроскоп для демонстрации фотоэлектрического эффекта. Когда электроскоп заряжен отрицательно, электронов становится больше, и листы разделяются. Если низковолновый, высокочастотный свет (например, ультрафиолетовый свет, полученный от дуговой лампы , или при сжигании магния, или при использовании индукционной катушки между цинковыми или кадмиевыми выводами для образования искры) освещает колпачок, электроскоп разряжается, и листья опадают. Однако, если частота световых волн ниже порогового значения для крышки, листья не будут разряжаться, независимо от того, как долго светит на крышку. В 1887 году Генрих Герц наблюдали фотоэлектрический эффект и сообщали о производстве и приеме электромагнитных волн. Приемник в его аппарате состоял из катушки с искровым разрядником , где искра была бы видна при обнаружении электромагнитных волн. Он поместил аппарат в затемненный ящик, чтобы лучше видеть искру. Однако он заметил, что максимальная длина искры внутри коробки уменьшилась. Стеклянная панель, помещенная между источником электромагнитных волн и приемником, поглощала ультрафиолетовое излучение, которое помогало электронам прыгать через зазор. При удалении длина искры увеличится. Он не заметил уменьшения длины искры, когда заменил стекло кварцевым, поскольку кварц не поглощает УФ-излучение.
Открытия Герца привели к серии исследований Hallwachs, Hoor, Righi и Stoletov о влиянии света, и особенно ультрафиолета на заряженные тела. Холлвакс подключил цинковую пластину к электроскопу. Он позволил ультрафиолетовому свету падать на свежеочищенную цинковую пластину и заметил, что цинковая пластина становится незаряженной, если изначально заряжена отрицательно, заряжается положительно, если изначально не заряжена, и более положительно заряжается, если изначально заряжена положительно. Из этих наблюдений он пришел к выводу, что некоторые отрицательно заряженные частицы испускаются цинковой пластиной при воздействии ультрафиолетового света.
Что касается эффекта Герца, исследователи с самого начала продемонстрировали сложность явления фотоэлектрической усталости - постепенное уменьшение эффекта, наблюдаемого на свежих металлических поверхностях. По словам Халлвакса, озон сыграл важную роль в этом явлении, а на выбросы повлияли окисление, влажность и степень полировки поверхности. В то время было неясно, отсутствует ли усталость в вакууме.
В период с 1888 по 1891 год Александр Столетов провел подробный анализ фотоэффекта, результаты которого были опубликованы в шести публикациях. Столетов изобрел новую экспериментальную установку, более подходящую для количественного анализа фотоэффекта. Он обнаружил прямую пропорциональность между интенсивностью света и наведенным фотоэлектрическим током (первый закон фотоэффекта или закон Столетова ). Он измерил зависимость интенсивности фотоэлектрического тока от давления газа и обнаружил существование оптимального давления газа, соответствующего максимальному фототоку ; это свойство было использовано при создании солнечных элементов.
Многие вещества, помимо металлов, разряжаются отрицательным электричеством под действием ультрафиолетового света. Г. С. Шмидт и О. Кноблаух составили список этих веществ. При определенных обстоятельствах свет может ионизировать газы, о чем впервые сообщил Филипп Ленард в 1900 году.
В 1899 году Дж. Дж. Томсон исследовал ультрафиолетовый свет в трубках Крукса. Томсон пришел к выводу, что выброшенные частицы, которые он назвал корпускулами, имели ту же природу, что и катодные лучи. Позднее эти частицы стали называть электронами. Томсон заключил металлическую пластину (катод) в вакуумную трубку и подвергал ее воздействию высокочастотного излучения. Считалось, что колеблющиеся электромагнитные поля вызывают резонанс поля атомов и, после достижения определенной амплитуды, вызывают испускание субатомных корпускул и обнаружение тока. Величина этого тока зависела от интенсивности и цвета излучения. Увеличение интенсивности или частоты излучения привело бы к большему току.
В 1886–1902 гг. Вильгельм Холлвакс и Филипп Ленард детально исследовали явление фотоэлектрической эмиссии. Ленард заметил, что ток течет через вакуумированную стеклянную трубку, в которой заключены два электрода , когда ультрафиолетовое излучение падает на один из них. Как только прекращается ультрафиолетовое излучение, прекращается и ток. Это положило начало концепции фотоэлектрической эмиссии. Открытие ионизации газов ультрафиолетовым светом было сделано Филиппом Ленардом в 1900 году. Поскольку эффект производился в нескольких сантиметрах воздуха и приводил к большему количеству положительных ионов, чем отрицательных, было естественно интерпретировать это явление, как это сделал Дж. Дж. Томсон, как эффект Герца на частицы, присутствующие в газе.
В 1902 году Ленард заметил, что энергия индивидуума испускаемые электроны увеличивались с частотой (которая связана с цветом ) света. Это, по-видимому, противоречило волновой теории света Максвелла , которая предсказывала, что энергия электронов будет пропорциональна интенсивности излучения.
Ленард наблюдал изменение энергии электронов в зависимости от частоты света, используя мощную электрическую дуговую лампу, которая позволила ему исследовать большие изменения интенсивности, и которая имела достаточную мощность, чтобы позволить ему исследовать изменение потенциала электрода со светом. частота. Он нашел энергию электронов, связав ее с максимальным тормозным потенциалом (напряжением) в фототрубке. Он обнаружил, что максимальная кинетическая энергия электрона определяется частотой света. Например, увеличение частоты приводит к увеличению максимальной кинетической энергии, рассчитанной для электрона после высвобождения - ультрафиолетовое излучение потребует более высокого приложенного тормозящего потенциала для остановки тока в фототрубке, чем синий свет. Однако результаты Ленарда были скорее качественными, чем количественными из-за сложности проведения экспериментов: эксперименты нужно было проводить на только что разрезанном металле, чтобы наблюдался чистый металл, но он окислялся за считанные минуты даже в частичном вакууме. используемый. Ток, излучаемый поверхностью, определялся интенсивностью или яркостью света: удвоение интенсивности света удваивало количество электронов, испускаемых с поверхности.
Исследования Ланжевена и Юджина Блоха показали, что большая часть эффекта Ленарда, безусловно, обусловлена эффектом Герца. Тем не менее эффект Ленарда на сам газ существует. Опрошенная Дж. Дж. Томсоном, а затем более решительно Фредериком Палмером-младшим, фотоэмиссия газа была изучена и показала совершенно другие характеристики, чем те, которые сначала приписывал ей Ленард. -излучение тела, немецкий физик Макс Планк предположил в своей статье «О законе распределения энергии в нормальном спектре», что энергия, переносимая электромагнитными волнами, может выделяться только в виде пакетов энергии. В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал статью, в которой выдвигала гипотезу о том, что световая энергия переносится дискретными квантованными пакетами, чтобы объяснить экспериментальные данные по фотоэлектрическому эффекту. Эйнштейн предположил, что энергия в каждом кванте света равна частоте света, умноженной на константу, позже названную постоянной Планка. Фотон с частотой выше пороговой имеет энергию, необходимую для выброса одного электрона, создавая наблюдаемый эффект. Это был ключевой шаг в развитии квантовой механики. В 1914 году эксперимент Милликена подтвердил модель фотоэлектрического эффекта Эйнштейна. Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии по физике 1921 года за «открытие закона фотоэлектрического эффекта», а Роберт Милликен был удостоен Нобелевской премии в 1923 году за «свою работу над элементарный заряд электричества и фотоэффект ». В квантовой теории возмущений атомов и твердых тел, на которые действует электромагнитное излучение, фотоэлектрический эффект до сих пор обычно анализируется в терминах волн; эти два подхода эквивалентны, потому что поглощение фотона или волны может происходить только между квантованными уровнями энергии, разность энергий которых равна энергии фотона.
Математическое описание Альберта Эйнштейна того, как фотоэлектрический эффект был вызван поглощением кванты света были в одной из его статей Аннуса Мирабилис, названной «Об эвристической точке зрения на производство и преобразование света». В статье предложено простое описание квантов света или фотонов и показано, как они объясняют такое явление, как фотоэлектрический эффект. Его простое объяснение в терминах поглощения дискретных квантов света согласуется с экспериментальными результатами. Это объяснило, почему энергия фотоэлектронов зависит только от частоты падающего света, а не от его интенсивности: при низкой интенсивности высокочастотный источник может подавать несколько фотонов высокой энергии, а при высокой интенсивности - низкоэнергетический. Источник частоты не будет подавать фотоны с индивидуальной энергией, достаточной для вытеснения каких-либо электронов. Это был огромный теоретический скачок, но поначалу эта концепция встретила сильное сопротивление, потому что она противоречила волновой теории света, которая естественным образом вытекала из уравнений электромагнетизма Джеймса Клерка Максвелла и, в более общем плане, предположению о бесконечная делимость энергии в физических системах. Даже после того, как эксперименты показали, что уравнения Эйнштейна для фотоэлектрического эффекта верны, сопротивление идее фотонов продолжалось.
Работа Эйнштейна предсказывала, что энергия отдельных выброшенных электронов увеличивается линейно с частотой света. Возможно, удивительно, но точная связь в то время не была проверена. К 1905 году стало известно, что энергия фотоэлектронов увеличивается с увеличением частоты падающего света и не зависит от интенсивности света. Однако способ увеличения не был экспериментально определен до 1914 года, когда Роберт Эндрюс Милликен показал, что предсказание Эйнштейна было верным.
Фотоэлектрический эффект помог продвинуть возникшую тогда концепцию дуальность волна – частица в природе света. Свет одновременно обладает характеристиками как волн, так и частиц, каждая из которых проявляется в зависимости от обстоятельств. Эффект невозможно было понять в терминах классического волнового описания света, поскольку энергия испускаемых электронов не зависела от интенсивности падающего излучения. Классическая теория предсказывала, что электроны будут "собирать" энергию в течение определенного периода времени, а затем испускаться.
Фотоумножители Они очень легкие -чувствительные вакуумные лампы с покрытым фотокатодом внутри оболочки. Фотокатод содержит комбинации материалов, таких как цезий, рубидий и сурьма, специально подобранные для обеспечения низкой работы выхода, поэтому при освещении даже очень слабым светом фотокатод легко высвобождает электроны. Посредством ряда электродов (динодов) при все более высоких потенциалах эти электроны ускоряются и существенно увеличиваются в количестве за счет вторичной эмиссии, чтобы обеспечить легко обнаруживаемый выходной ток. Фотоумножители по-прежнему широко используются там, где необходимо обнаруживать низкий уровень света.
Трубки видеокамер в первые дни телевидения использовали фотоэлектрический эффект, например «Анализатор изображения » Фило Фарнсворта использовал экран, заряженный фотоэлектрическим эффектом, для преобразования оптического изображения в отсканированный электронный сигнал.
Эксперимент по фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES ). Гелиевая газоразрядная лампа освещает образец ультрафиолетовым светом в сверхвысоком вакууме. Полусферический электронный анализатор измеряет распределение выброшенных электронов по энергии и импульсу. Поскольку кинетическая энергия испускаемых электронов в точности равна энергии падающего фотона за вычетом энергии связи электрона внутри атома, молекулы или твердого тела, энергия связи может быть определена путем излучения монохроматического рентгеновского или УФ света известной энергии и измерения кинетической энергии фотоэлектронов. Распределение электронов по энергиям важно для изучения квантовых свойств этих систем. Его также можно использовать для определения элементного состава образцов. Для твердых тел измеряется кинетическая энергия и угловое распределение фотоэлектронов для полного определения электронной зонной структуры в терминах разрешенных энергий связи и импульсов электронов. Современные приборы для фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением способны измерять эти величины с точностью лучше 1 мэВ и 0,1 °.
Фотоэлектронная спектроскопия Измерения обычно выполняются в условиях высокого вакуума, потому что электроны рассеивались бы молекулами газа, если бы они присутствовали. Однако некоторые компании сейчас продают продукты, допускающие фотоэмиссию в воздухе. Источником света может быть лазер, разрядная трубка или источник синхротронного излучения.
концентрический полусферический анализатор является типичным анализатором энергии электронов. Он использует электрическое поле между двумя полушариями для изменения (рассеивания) траекторий налетающих электронов в зависимости от их кинетической энергии.
Фотоны, попадающие на тонкую пленку из щелочного металла или полупроводникового материала, такого как арсенид галлия, в трубке усилителя изображения вызывают выброс фотоэлектронов за счет фотоэлектрического эффекта. Они ускоряются электростатическим полем , где они ударяются о покрытый люминофор экран, конвертируя электроны обратно в фотоны. Усиление сигнала достигается либо за счет ускорения электронов, либо за счет увеличения количества электронов за счет вторичной эмиссии, например, с помощью микроканальной пластины . Иногда используется комбинация обоих методов. Дополнительная кинетическая энергия требуется, чтобы переместить электрон из зоны проводимости на уровень вакуума. Это известно как сродство к электрону фотокатода и представляет собой еще один барьер для фотоэмиссии, отличный от запрещенной зоны, что объясняется моделью запрещенной зоны. Некоторые материалы, такие как арсенид галлия, имеют эффективное сродство к электрону, которое ниже уровня зоны проводимости. В этих материалах все электроны, которые перемещаются в зону проводимости, обладают достаточной энергией для испускания из материала, поэтому пленка, поглощающая фотоны, может быть довольно толстой. Эти материалы известны как материалы с отрицательным сродством к электрону.
Фотоэлектрический эффект заставит космический корабль под солнечным светом развить положительный заряд. Это может быть серьезной проблемой, поскольку другие части космического корабля находятся в тени, что приведет к выработке в космическом корабле отрицательного заряда из ближайшей плазмы. Дисбаланс может разрядиться через чувствительные электрические компоненты. статический заряд, создаваемый фотоэлектрическим эффектом, является самоограничивающимся, потому что более заряженный объект не отдает свои электроны так же легко, как менее заряженный объект.
Свет от Солнца, падающий на лунную пыль, заставляет ее заряжаться положительно от фотоэлектрического эффекта. Затем заряженная пыль отталкивается и отрывается от поверхности Луны за счет электростатической левитации. Это проявляется почти как «атмосфера пыли», видимая как тонкая дымка и размытие далеких деталей, и видимая как тусклое свечение после захода солнца. Впервые это было сфотографировано зондами программы Surveyor в 1960-х годах. Считается, что мельчайшие частицы отталкиваются от поверхности на километры и что частицы движутся «фонтанами» по мере их зарядки и разрядки.
Когда энергия фотонов достигает энергии покоя электрона 511 кэВ, может иметь место еще один процесс, комптоновское рассеяние. При энергии, превышающей вдвое больше, при 1,022 МэВ образование пар также более вероятно. Комптоновское рассеяние и рождение пар являются примерами двух других конкурирующих механизмов.
Даже если фотоэлектрический эффект является предпочтительной реакцией для конкретного взаимодействия одиночного фотона со связанным электроном, результат также подлежит квантовой статистике и не гарантируется. Вероятность возникновения фотоэлектрического эффекта измеряется сечением взаимодействия, σ. Было обнаружено, что это функция атомного номера атома мишени и энергии фотона. В грубом приближении для энергий фотонов, превышающих наивысшую энергию связи атома, сечение определяется как:
Здесь Z - атомный номер , а n - число, которое варьируется от 4 до 5. Значение фотоэлектрического эффекта быстро уменьшается. в гамма-области спектра при увеличении энергии фотонов. Это также более вероятно от элементов с большим атомным номером. Следовательно, материалы с высоким Z создают хорошие экраны гамма-излучения, что является основной причиной, почему свинец (Z = 82) является предпочтительным и наиболее широко используемым.
 | Wikimedia Commons имеет СМИ, связанные с Фотоэлектрическим эффектом. |
