Cellule fotoelettroniche

CELLULE FOTOELETTRONICHE

Sfruttano l'effetto fotoelettrico esterno, cioè l'emissione di elettroni da strati superficiali di un materiale sul quale vengano fatti incidere fasci luminosi di opportuna lunghezza d'onda. Sono sostanzialmente costituite da un'ampolla di vetro nella quale è fatto un vuoto spinto (c. a vuoto), oppure a gas nobile rarefatto (c. a gas), contenente due elettrodi, l'anodo, a potenziale più alto, e il catodo (detto fotocatodo), tra i quali è applicata una differenza di potenziale. Il fotocatodo è di un metallo sensibilizzato, ossia convenientemente trattato in modo da renderlo particolarmente sensibile a un dato campo di lunghezze d'onda della radiazione luminosa incidente. Tale trattamento consiste nel rivestirne la superficie con uno strato monoatomico di una sostanza elettricamente positiva rispetto al metallo sottostante, come il potassio rispetto all'oro o il cesio rispetto all'argento ossidato. In tali condizioni l'incidenza della radiazione luminosa determina l'emissione di elettroni (fotoelettroni), quindi si innesca una corrente, detta fotoelettronica, di intensità dipendente dalla differenza di potenziale applicata tra anodo e catodo e dal flusso luminoso incidente. La caratteristica di accelerazione è il diagramma della corrente, in funzione della tensione anodica, per un dato flusso luminoso incidente. Essa è praticamente costante per le c. a vuoto e crescente con legge non lineare per le c. a gas nobile. La caratteristica di illuminazione è, invece, il diagramma dell'intensità di corrente elettrica in funzione del flusso luminoso incidente sul fotocatodo, in regime di saturazione, ossia in assenza di carica spaziale intorno al catodo. I parametri caratteristici di una c. fotoelettronica sono: la sensibilità, definita come rapporto tra la variazione dell'intensità di corrente e la variazione del flusso luminoso; la prontezza, cioè l'attitudine dell'intensità di corrente anodica a seguire velocemente le variazioni di flusso luminoso; la risposta spettrale, cioè la variazione di sensibilità al variare della lunghezza d'onda della luce incidente, per un dato illuminamento e una data tensione anodica. Le c. fotoelettroniche sono particolarmente usate come relè, p. es. nei circuiti di allarme e di conteggio; come rivelatori di luce modulata in intensità, p. es. nella riproduzione del sonoro in cinematografia e nella riproduzione di originali nella duplicazione tipo Xerox; come esposimetri in fotometria, in colorimetria e in cinefotografia. La c. fotoelettronica a gas nobile è una classica c. fotoelettronica riempita di gas, facilmente ionizzabile, a bassa pressione. Gli elettroni, estratti per azione dei fotoni dallo strato fotosensibile, posto all'estremità della c., passando attraverso il gas generano ioni per urto. Quindi la corrente che attraversa la c. quando questa viene illuminata, è trasportata non solo dai fotoelettroni, come nelle normali c. fotoelettroniche, ma anche dagli ioni generati dal passaggio dei fotoelettroni nel gas. Con questo artificio si riescono a produrre delle c. in cui, a parità di illuminazione, la corrente è circa 10 volte maggiore di quella delle c. fotoelettroniche tradizionali. Queste c. sono particolarmente usate come rivelatori di luce di bassa intensità.