ফটোইলেক্ট্রন বিকিরণ - শারীরিক অর্থ, আইন এবং প্রয়োগ
ফটোইলেক্ট্রন নির্গমনের ঘটনা (বা বাহ্যিক আলোক বৈদ্যুতিক প্রভাব) পরীক্ষামূলকভাবে 1887 সালে হেনরিখ হার্টজ একটি খোলা গহ্বর পরীক্ষার সময় আবিষ্কার করেছিলেন। হার্টজ যখন জিঙ্ক স্পার্কগুলিতে অতিবেগুনী বিকিরণ নির্দেশ করেছিলেন, একই সময়ে তাদের মধ্য দিয়ে বৈদ্যুতিক স্পার্কের উত্তরণ লক্ষণীয়ভাবে সহজ ছিল।
এইভাবে, ফটোইলেক্ট্রন বিকিরণকে বলা যেতে পারে ইলেকট্রন নির্গমনের প্রক্রিয়া যা ভ্যাকুয়ামে (বা অন্য কোনো মাধ্যমে) কঠিন বা তরল পদার্থ থেকে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণের প্রভাবে পড়ে। অনুশীলনে সবচেয়ে তাৎপর্যপূর্ণ হল কঠিন দেহ থেকে ফোটোইলেক্ট্রন নির্গমন — একটি শূন্যে।
1. ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক রেডিয়েশন একটি ধ্রুবক বর্ণালী কম্পোজিশনের সাথে ফটোক্যাথোডে পড়ে একটি স্যাচুরেটেড ফোটোকারেন্ট I সৃষ্টি করে, যার মান ক্যাথোডের বিকিরণের সমানুপাতিক, অর্থাৎ, 1 সেকেন্ডে ছিটকে যাওয়া (নিঃসৃত) ফটোইলেক্ট্রনের সংখ্যা সমানুপাতিক। ঘটনার তীব্রতা বিকিরণের F.
2.প্রতিটি পদার্থের জন্য, তার রাসায়নিক প্রকৃতির সাথে এবং তার পৃষ্ঠের একটি নির্দিষ্ট অবস্থার সাথে সামঞ্জস্য রেখে, যা একটি নির্দিষ্ট পদার্থ থেকে ইলেকট্রনের কার্যকারিতা Ф নির্ধারণ করে, ফটোইলেক্ট্রন বিকিরণের একটি দীর্ঘ-তরঙ্গ (লাল) সীমা থাকে, যেমন , সর্বনিম্ন ফ্রিকোয়েন্সি v0 যার নিচে ফটোইলেকট্রিক প্রভাব অসম্ভব।
3. ফটোইলেক্ট্রনগুলির সর্বাধিক প্রাথমিক গতি ঘটনা বিকিরণের ফ্রিকোয়েন্সি দ্বারা নির্ধারিত হয় এবং এর তীব্রতার উপর নির্ভর করে না। অন্য কথায়, ফোটোইলেক্ট্রনের সর্বাধিক গতিশক্তি ঘটনা বিকিরণের ক্রমবর্ধমান ফ্রিকোয়েন্সির সাথে রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পায় এবং এই বিকিরণের তীব্রতার উপর নির্ভর করে না।
বাহ্যিক আলোক বৈদ্যুতিক প্রভাবের নিয়ম নীতিগতভাবে শুধুমাত্র পরম শূন্য তাপমাত্রায় কঠোরভাবে সন্তুষ্ট হবে, যখন বাস্তবে, T > 0 K-এ, ফটোইলেক্ট্রন নির্গমনও কাট-অফ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের চেয়ে বেশি তরঙ্গদৈর্ঘ্যে পরিলক্ষিত হয়, যদিও অল্প সংখ্যক সহ নির্গত ইলেকট্রন। ঘটনা বিকিরণের একটি অত্যন্ত উচ্চ তীব্রতায় (1 ওয়াট / সেমি 2 এর বেশি), এই আইনগুলিও লঙ্ঘন করা হয়, যেহেতু মাল্টিফোটন প্রক্রিয়াগুলির তীব্রতা সুস্পষ্ট এবং তাৎপর্যপূর্ণ হয়ে ওঠে।
শারীরিকভাবে, ফটোইলেক্ট্রন নির্গমনের ঘটনাটি পরপর তিনটি প্রক্রিয়া।
প্রথমত, আপতিত ফোটন পদার্থ দ্বারা শোষিত হয়, যার ফলে পদার্থের অভ্যন্তরে গড় আয়তনের চেয়ে বেশি শক্তি সহ একটি ইলেকট্রন উপস্থিত হয়। এই ইলেক্ট্রন শরীরের পৃষ্ঠে চলে যায় এবং তার শক্তির কিছু অংশ বিলুপ্ত হয়ে যায়, কারণ পথে এই ধরনের একটি ইলেক্ট্রন অন্যান্য ইলেকট্রন এবং ক্রিস্টাল জালির কম্পনের সাথে যোগাযোগ করে। অবশেষে, ইলেক্ট্রন শরীরের বাইরে একটি ভ্যাকুয়াম বা অন্য মাধ্যমে প্রবেশ করে, এই দুটি মাধ্যমের মধ্যে সীমানায় একটি সম্ভাব্য বাধা অতিক্রম করে।
ধাতুগুলির জন্য সাধারণ হিসাবে, বর্ণালীর দৃশ্যমান এবং অতিবেগুনী অংশগুলিতে, ফোটনগুলি পরিবাহী ইলেকট্রন দ্বারা শোষিত হয়। সেমিকন্ডাক্টর এবং ডাইলেকট্রিক্সের জন্য, ইলেকট্রন ভ্যালেন্স ব্যান্ড থেকে উত্তেজিত হয়। যাই হোক না কেন, ফটোইলেক্ট্রন নির্গমনের একটি পরিমাণগত বৈশিষ্ট্য হল কোয়ান্টাম ফলন — Y — প্রতি ঘটনা ফোটনে নির্গত ইলেকট্রনের সংখ্যা।
কোয়ান্টাম ফলন নির্ভর করে পদার্থের বৈশিষ্ট্যের উপর, তার পৃষ্ঠের অবস্থার উপর, সেইসাথে আপতিত ফোটনের শক্তির উপর।
ধাতুগুলিতে, ফটোইলেক্ট্রন নির্গমনের দীর্ঘ-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সীমা তাদের পৃষ্ঠ থেকে ইলেক্ট্রনের কাজের ফাংশন দ্বারা নির্ধারিত হয়৷ বেশিরভাগ পরিষ্কার পৃষ্ঠের ধাতুগুলির কার্যকারিতা 3 eV এর উপরে থাকে, যখন ক্ষারীয় ধাতুগুলির কার্যকারিতা 2 থেকে 3 eV থাকে৷
এই কারণে, ক্ষার এবং ক্ষারীয় আর্থ ধাতুর পৃষ্ঠ থেকে ফোটোইলেক্ট্রন নির্গমন লক্ষ্য করা যেতে পারে এমনকি যখন বর্ণালীর দৃশ্যমান অঞ্চলে ফোটন দিয়ে বিকিরণ করা হয়, শুধুমাত্র UV নয়। সাধারণ ধাতুগুলিতে, ফটোইলেক্ট্রন নির্গমন শুধুমাত্র UV ফ্রিকোয়েন্সি থেকে শুরু করা সম্ভব।
এটি ধাতুর কার্যকারিতা হ্রাস করতে ব্যবহৃত হয়: ক্ষার এবং ক্ষারীয় আর্থ ধাতুগুলির একটি ফিল্ম (একপরমাণু স্তর) একটি সাধারণ ধাতুতে জমা হয় এবং এইভাবে ফোটোইলেক্ট্রন নির্গমনের লাল সীমা দীর্ঘতর তরঙ্গের অঞ্চলে স্থানান্তরিত হয়।
কাছাকাছি-UV এবং দৃশ্যমান অঞ্চলে ধাতুগুলির কোয়ান্টাম ফলন Y বৈশিষ্ট্য 0.001 ইলেকট্রন/ফোটনের কম কারণ ধাতুর আলো শোষণের গভীরতার তুলনায় ফটোইলেক্ট্রন ফুটো গভীরতা ছোট।ফোটোইলেক্ট্রনের সিংহভাগ ধাতুর প্রস্থান সীমারেখার কাছে যাওয়ার আগেই তাদের শক্তি ক্ষয় করে, প্রস্থান করার কোনো সুযোগ হারায়।
যদি ফোটন শক্তি আলোক নির্গমন থ্রেশহোল্ডের কাছাকাছি থাকে, তবে বেশিরভাগ ইলেকট্রন ভ্যাকুয়াম স্তরের নীচে শক্তিতে উত্তেজিত হবে এবং তারা আলোক নির্গমন কারেন্টে অবদান রাখবে না। উপরন্তু, কাছাকাছি UV এবং দৃশ্যমান অঞ্চলে প্রতিফলন সহগ ধাতুগুলির জন্য খুব বেশি, তাই বিকিরণের একটি খুব ছোট ভগ্নাংশই ধাতু দ্বারা শোষিত হবে। সুদূর UV অঞ্চলে এই সীমাগুলি হ্রাস পায় এবং Y 10 eV-এর উপরে ফোটন শক্তিতে 0.01 ইলেকট্রন/ফোটনে পৌঁছায়।
চিত্রটি একটি বিশুদ্ধ তামার পৃষ্ঠের জন্য ফটোএমিশন কোয়ান্টাম ফলনের বর্ণালী নির্ভরতা দেখায়:
ধাতব পৃষ্ঠের দূষণ ফোটোকারেন্টকে হ্রাস করে এবং লাল সীমাকে দীর্ঘতর তরঙ্গদৈর্ঘ্য অঞ্চলে স্থানান্তরিত করে; একই সময়ে, এই অবস্থার অধীনে দূর UV অঞ্চলের জন্য, Y বৃদ্ধি হতে পারে।
ফটোইলেক্ট্রন বিকিরণ ফটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইসগুলিতে প্রয়োগ খুঁজে পায় যা বিভিন্ন রেঞ্জের ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক সংকেতকে বৈদ্যুতিক স্রোত এবং ভোল্টেজে রূপান্তর করে। উদাহরণস্বরূপ, অদৃশ্য ইনফ্রারেড সংকেতগুলির একটি চিত্রকে একটি ডিভাইস ব্যবহার করে দৃশ্যমান ছবিতে রূপান্তর করা যেতে পারে যা ফটোইলেক্ট্রন নির্গমনের ঘটনার ভিত্তিতে কাজ করে। ফটোইলেক্ট্রন বিকিরণও কাজ করে ফটোসেলে, বিভিন্ন ইলেকট্রনিক-অপটিক্যাল কনভার্টারে, ফটো মাল্টিপ্লায়ারে, ফটোরেসিস্টর, ফটোডিওডে, ইলেক্ট্রন-বিম টিউবে ইত্যাদি।
আরো দেখুন:সৌর শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করার প্রক্রিয়া কীভাবে কাজ করে