Was ist der photoelektrische Effekt – Definition

Beim photoelektrischen Effekt unterliegt ein Photon einer Wechselwirkung mit einem in einem Atom gebundenen Elektron. Der photoelektrische Effekt dominiert bei niedrigen Energien von Gammastrahlen. Strahlendosimetrie

Photoelektrischer Effekt

  • Der photoelektrische Effekt dominiert bei niedrigen Energien von Gammastrahlen .
  • Der photoelektrische Effekt führt zur Emission von Photoelektronen aus Materie, wenn Licht ( Photonen ) auf sie scheint.
  • Die maximale Energie, die ein Elektron in einer Wechselwirkung empfangen kann, ist  .
  • Elektronen werden durch den photoelektrischen Effekt nur dann emittiert, wenn das Photon eine Schwellenenergie erreicht oder überschreitet .
  • Ein freies Elektron (z. B. aus einer Atomwolke) kann nicht die gesamte Energie des einfallenden Photons absorbieren. Dies ist ein Ergebnis der Notwendigkeit, sowohl Impuls als auch Energie zu sparen.
  • Der Querschnitt für die Emission von n = 1 (K-Schale) Photoelektronen ist höher als der von n = 2 (L-Schale) Photoelektronen. Dies ist ein Ergebnis der Notwendigkeit, Schwung und Energie zu sparen.

Definition des photoelektrischen Effekts

Beim photoelektrischen Effekt unterliegt ein Photon einer Wechselwirkung mit einem Elektron, das in einem Atom gebunden ist. Bei dieser Wechselwirkung verschwindet das einfallende Photon vollständig und ein energetisches Photoelektron wird vom Atom aus einer seiner gebundenen Schalen ausgestoßen . Die kinetische Energie des ausgestoßenen Photoelektron (E e ) ist gleich der einfallenden Photonenenergie (hν) abzüglich der Bindungsenergie des Photoelektron in seiner ursprünglichen Hülle (E b ).

e = hν-E b

Daher werden Photoelektronen nur dann durch den photoelektrischen Effekt emittiert, wenn das Photon eine Schwellenenergie – die Bindungsenergie des Elektrons – die Austrittsarbeit des Materials erreicht oder überschreitet . Bei Gammastrahlen mit Energien von mehr als Hunderten keV trägt das Photoelektron den größten Teil der einfallenden Photonenenergie ab – hν. Nach einer photoelektrischen Wechselwirkung entsteht ein ionisiertes Absorberatom mit einer Lücke in einer seiner gebundenen Schalen. Diese Lücke wird schnell durch ein Elektron aus einer Hülle mit geringerer Bindungsenergie (andere Schalen) oder durch Einfangen eines freien Elektrons aus dem Material gefüllt. Die Umlagerung von Elektronen aus anderen Schalen schafft eine weitere Lücke, die wiederum von einem Elektron aus einer noch niedrigeren Bindungsenergieschale gefüllt wird. Daher kann auch eine Kaskade charakteristischerer Röntgenstrahlen erzeugt werden. Die Wahrscheinlichkeit einer charakteristischen Röntgenemission nimmt mit abnehmender Ordnungszahl des Absorbers ab. Manchmal tritt die Emission eines Auger-Elektrons auf.

Photoelektrischer Effekt mit Photonen aus dem sichtbaren Spektrum auf Kaliumplatte - Schwellenenergie - 2eV
Photoelektrischer Effekt mit Photonen aus dem sichtbaren Spektrum auf Kaliumplatte – Schwellenenergie – 2eV
Gamma-Absorption durch ein Atom.  Quelle: laradioactivite.com/
Gamma-Absorption durch ein Atom.
Quelle: laradioactivite.com/

Querschnitte des photoelektrischen Effekts

Bei kleinen Werten der Gammastrahlenenergie dominiert der photoelektrische Effekt . Der Mechanismus wird auch für Materialien mit hoher Ordnungszahl Z verbessert. Es ist nicht einfach, einen analytischen Ausdruck für die Wahrscheinlichkeit der photoelektrischen Absorption von Gammastrahlen pro Atom über alle Bereiche von Gammastrahlenenergien abzuleiten. Die Wahrscheinlichkeit der photoelektrischen Absorption pro Masseneinheit ist ungefähr proportional zu:

τ (photoelektrisch) = Konstante x Z N / E 3.5

wobei Z die Ordnungszahl ist, variiert der Exponent n zwischen 4 und 5. E ist die Energie des einfallenden Photons. Die Proportionalität zu höheren Leistungen der Ordnungszahl Z ist der Hauptgrund für die Verwendung von Materialien mit hohem Z wie Blei oder abgereichertem Uran in Gammastrahlenschildern. Obwohl die Wahrscheinlichkeit der photoelektrischen Absorption von Gammaphotonen im Allgemeinen mit zunehmendem Photon abnimmt Energie gibt es scharfe Diskontinuitäten in der Querschnittskurve. Diese werden als „Absoptionskanten“ bezeichnet.und sie entsprechen den Bindungsenergien von Elektronen aus den gebundenen Schalen des Atoms. Für Photonen mit einer Energie knapp über dem Rand reicht die Photonenenergie gerade aus, um die photoelektrische Wechselwirkung mit Elektronen aus der gebundenen Schale, beispielsweise der K-Schale, einzugehen. Die Wahrscheinlichkeit einer solchen Wechselwirkung ist knapp über dieser Kante viel größer als die von Energiephotonen etwas unterhalb dieser Kante. Für Gammaphotonen unterhalb dieser Kante ist die Wechselwirkung mit Elektronen aus der K-Schale energetisch unmöglich und daher sinkt die Wahrscheinlichkeit abrupt. Diese Kanten treten auch bei Bindungsenergien von Elektronen aus anderen Schalen (L, M, N… ..) auf.

Querschnitt des photoelektrischen Effekts.Querschnitt des photoelektrischen Effekts.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.net oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.