Михаил Ивановский - Покоренный электрон

В течение нескольких ночей астрономы исследовали небо в созвездии Стрельца и убедились, что позади темных облаков действительно расположено большое скопление ярких звезд. Если бы можно было убрать мешающие тучи пыли, мы видели бы в созвездии Стрельца яркое светящееся пятно овальной формы.

Дальнейшее усовершенствование электронных приборов для видения в инфракрасных лучах обещает дать еще больше сведений об этой, пока еще неизученной, области нашей Галактики, но даже то, что уже сделано, является замечательной победой новой отрасли астрономии, получившей название «астрономии невидимого».

Рис. 111 . Один и тот же участок неба, сфотографированный в обычных лучах (наверху) и на пластинках, чувствительных к красным лучам (внизу).

Электронные и фотографические «ночегляды» помогли установить, что кроме сверкающих звезд, какие мы видим на небе, в мировом пространстве есть много несветящихся небесных тел — «темных звезд». Наша Галактика, по- видимому, населена небесными телами гораздо гуще, чем мы думали прежде. Электронные приборы уже начали во многом помогать старым оптическим системам — телескопам, а в некоторых случаях даже заменять их.

Дальнейшие успехи электронных ночезрительных телескопов — дело недалекого будущего. Первый опыт постройки такого телескопа был сделан в Советском Союзе в марте 1936 года.

Электроника изучает и применяет фотоэлементы трех типов. О двух из них уже шла речь — это столетовские фотоэлементы, в которых используется внешний фотоэффект (электроны, выбитые светом, вылетают наружу — за пределы вещества фотокатода), и фотосопротивления, в которых используется внутренний фотоэффект (электроны, выбитые светом, остаются внутри вещества и уменьшают его сопротивление электрическому току).

Разработан еще третий вид светочувствительных приборов, называемых вентильными фотоэлементами или фотоэлементами с запирающим слоем. В них, как и в фотосопротивлениях, электроны, выбитые светом из оболочек атомов, не вылетают наружу, а остаются внутри вещества. Этим они похожи на фотосопротивления, но отличаются от них одной важной особенностью.

Фотосопротивления, как и столетовские фотоэлементы, работают только тогда, когда к ним присоединен источник тока (батарея). Свет, выбивая из вещества фотокатода электроны, тем самым облегчает прохождение тока через вакуум в столетовских фотоэлементах или через вещество в фотосопротивлениях.

Элементы с запирающим слоем не нуждаются в дополнительных источниках тока. Они сами служат источником тока. На них падает свет, и они дают ток. Эти фотоэлементы — генераторы тока, непосредственно преобразующие световую энергию в электрическую.

Для изготовления фотоэлементов с запирающим слоем первоначально применяли закись меди. Толстую пластинку красной меди прокаливали в электрической печи так, чтобы она покрылась массивным слоем закиси меди. Затем с одной стороны пластинки закись полностью счищали, а с другой — поверх слоя закиси наносили тончайшую прозрачную пленку какого-либо металла — той же красной меди или золота.

К изготовленному таким способом фотоэлементу присоединяли проводники — один к нижнему слою металла, а другой к верхнему, прозрачному слою.

Как только на поверхность прозрачного слоя падает свет, в фотоэлементе возникает электрический ток. Электроны, выбитые светом из молекул закиси меди, проскакивают в верхний прозрачный слой металла, а оттуда устремляются в проводник. Совершив путешествие по проводам, электроны возвращаются обратно в слой закиси меди, проникая в нее с теневой стороны и замыкая цепь. И вот в этом-то и скрыта странная особенность вентильных фотоэлементов.

Что заставляет электроны проделывать длинный кружной путь по проводам? Что мешает им вернуться в слой закиси тем самым путем, каким они вышли из нее, то есть просто перескочить из прозрачного слоя металла обратно в закись? Этот путь, казалась бы, наиболее короткий, но электроны почему-то путешествуют по проводам и возвращаются в слой закиси, так сказать, с «черного хода». Причина этого явления пока еще в точности не установлена.

По-видимому между тонким прозрачным слоем металла и закисью меди существует особый пограничный слой, обладающий свойствами клапана: выход свободен, а вход — воспрещен. Пограничный слой беспрепятственно выпускает электроны из закиси меди, но запирает для них обратный путь. Отсюда и возникло название фотоэлементов такого типа — фотоэлементы с запирающим слоем.

Чувствительность меднозакисных фотоэлементов оказалась небольшой. Изобретены иные, более выгодные конструкции фотоэлементов с запирающим слоем.

Например, на железную пластинку наносят слой селена и покрывают его тончайшим прозрачным слоем золота. Запирающий слой образуется между селеном и золотом. Чувствительность селеновых фотоэлементов вчетверо превышает чувствительность меднозакисных (рис. 112).

Рис. 112 . Внешний вид селенового фотоэлемента с запирающим слоем.

Однако и они преобразуют в электрическую энергию только сотые доли процента энергии световых лучей.

Один из исследователей фотоэлементов этого типа, Б. Т. Коломиец, в течение нескольких лет «путешествовал» по клеткам таблицы Менделеева. Он искал вещества, подобные селену, и, перебирая один за другим химические элементы и их соединения, испытывал их пригодность для изготовления более совершенных фотоэлементов.

В клеточке № 81, между ртутью и серым тяжелым свинцом, Коломиец нашел то, что искал. Серебристо-белый, мягкий и легкоплавкий таллий в соединении с серой и кислородом приобретает нужные свойства.

Коломиец проделал очень много интересных исследований таллия, значительно продвинувших вперед наши знания о фотоэлементах. Серно-таллиевый фотоэлемент оказался во много раз чувствительнее селенового.

Разработанный в Киеве, в Украинской Академии наук, серно-серебряный фотоэлемент с запирающим слоем, также оказался весьма совершенным. Он обладает чувствительностью почти в сто раз большей, чем меднозакисный, и очень чувствителен к инфракрасным лучам. Коэффициент полезного действия этого элемента равен почти двум процентам.

Вентильные фотоэлементы широко применяются в приборах для измерения силы света, — в электрических фотометрах, — приборах, позволяющих по отклонению стрелки гальванометра, измеряющего фототок, судить об освещенности. Фотометрами этого рода постоянно пользуются фотографы, кинооператоры, светотехники и астрономы. Лучшие в мире, наиболее чувствительные и точные, астрономические фотометры построены советским ученым В. Б. Никоновым.