Застосування фотоефекту в медицині
Роботу зроблено в 2002 році
Застосування фотоефекту в медицині - розділ Медицина, - 2002 рік - Фотоефект та його застосування у медицині Застосування Фотоефекту У Медиці. Електровакуумні Або Напівпровідникові Прі.
Застосування фотоефекту у медицині. Електровакуумні або напівпровідникові прилади, принцип роботи яких ґрунтується на фотоефекті, називають фотоелектронними. Розглянемо пристрій деяких із них. Найбільш поширеним фотоелектронним приладом є фотоелемент. Фотоелемент, що ґрунтується на зовнішньому фотоефекті, складається з джерела електронів — фотокатода К, на який потрапляє світло, та анода А. Уся система укладена у скляний балон, з якого відкачано повітря.
Фотокатод, що є фоточутливим шаром, може бути безпосередньо нанесений на частину внутрішньої поверхні балона. На малюнку дано схему включення фотокатода в ланцюг. Мал. 1. Для вакуумних фотоелементів робочим режимом є режим насичення, якому відповідають горизонтальні ділянки ВАХ, одержаних при різних значеннях світлового потоку (рис. 2). Мал. 2. Основний параметр фотоелемента - його чутливість, що виражається ставленням сили фотоструму до відповідного світлового потоку.
Ця величина у вакуумних фотоелементах досягає значення близько 100 мкА/лм. Для збільшення сили фотоструму застосовують також газонаповнені фотоелементи, в яких виникає несамостійний темний розряд в інертному газі, і вторинну електронну емісію - випромінювання електронів, що відбувається в результаті бомбардування поверхні металу пучком первинних електронів. Останнє знаходить застосування у фотоелектронних помножувачах (ФЕУ). Схему ФЕУ наведено на рис. 3. На фотокатод, що падають До фотони емітують електрони, які фокусуються на першому електроді (діноді)Е1. В результаті вторинної електронної емісії з цього диноду вилітає більше електронів, ніж падає на нього, тобто відбувається множення електронів. Розмножуючись на наступних динодах, електрони в результаті утворюють посилений у сотні тисяч разів струм порівняно з первинним фотострумом.
Мал. 3. ФЕУ застосовують головним чином для вимірювання малих променистих потоків, зокрема ними реєструють надслабку біолюмінесценцію, що важливо при деяких біофізичних дослідженнях.
На зовнішньому фотоефекті заснована робота електронно-оптичного перетворювача (ЕОП), призначеного для перетворення зображення з однієї області спектра в іншу, а також посилення яскравості зображень. Схема найпростішого ЕОП наведено на рис. 4. Світлове зображення об'єкта 1, проектоване на напівпрозорий фотокатод К, перетворюється на електронне зображення 2. Прискорені та сфокусовані електричним полем електродів Е електрони потрапляють на люмінесцентний екран Е. Тут електронне зображення завдяки катодолюмінесценції знову перетворюється на світлове 3. Рис. 4. У медицині ЕОП застосовують посилення яскравості рентгенівського зображення, це дозволяє значно зменшити дозу опромінення людини.
Якщо сигнал з ЕОП подати як розгортки на телевізійну систему, то екрані телевізора можна отримати «теплове» зображення предметів.
Частини тіла, що мають різні температури, розрізняються на екрані або кольором кольорового зображення, або світлом, якщо зображення чорно-біле. Така технічна система, яка називається тепловізором, використовується в термографії. Вентильні фотоелементи мають перевагу перед вакуумними, тому що працюють без джерела струму. Один із таких фотоелементів – мідно-закисний – представлений на схемі рис. 5. Мал. 5. Мідна платівка, що служить однимз електродів, що покривається тонким шаром закису міді Сu2О (напівпровідник). На закис міді наноситься прозорий шар металу (наприклад, золото Аu), який є другим електродом.
Якщо фотоелемент висвітлити через другий електрод, то між електродами виникне фото-е.д.с а при замиканні електродів, в електричному ланцюзі піде струм, що залежить від світлового потоку. Чутливість вентильних фотоелементів досягає кількох тисяч мікроамперів на люмен.
На основі високоефективних вентильних фотоелементів з к.п.д рівним 15% для сонячного випромінювання створюють спеціальні сонячні батареї для живлення бортової апаратури супутників та космічних кораблів. Залежність сили фотоструму від освітленості (світлового потоку) дозволяє використовувати фотоелементи як люксметри, що знаходить застосування у санітарно-гігієнічній практиці та при фотографуванні для визначення експозиції (в експонометрах). Деякі вентильні фотоелементи (сірчисто-талієвий, германієвий та ін) чутливі до інфрачервоного випромінювання, їх застосовують для виявлення нагрітих невидимих тіл, тобто як би розширюють можливості зору.
Інші фотоелементи (селенові) мають спектральну чутливість, близьку до людського ока, це відкриває можливості використання їх в автоматичних системах та приладах замість ока як об'єктивних приймачів видимого діапазону світла. На явище фотопровідності засноване явище фоторезистора.
Найпростіший фотоопір (рис. 6) являє собою тонкий шар напівпровідника 1 з металевими електродами 2; 3 - ізолятор. Фотоопори, як і фотоелементи, дозволяють визначати деякі світлові характеристики та використовуються в автоматичних системах та вимірювальній апаратурі. Мал. 6.