Девять цветов радуги
Шрифт:
Но и это еще далеко не предел. В настоящее время в лабораториях многих стран мира исследуются все новые и новые материалы с удивительными свойствами. Страницы специальных технических журналов все чаще занимают статьи и сообщения о новых опытах и новых экспериментальных фотосопротивлениях, оставляющих по своим качествам далеко позади уже используемые техникой фотосопротивления. Наиболее многообещающими являются фотосопротивления из германия, легированного [34] золотом, и из сурьмянистого индия. Оба эти материала позволяют создать чрезвычайно чувствительные приемники света с красной границей чувствительности на 7,5 и даже на 10 микронах. Стоит сказать, что волны длиной 10 микронов интенсивно излучают тела, температура которых равна всего лишь плюс 15 градусам.
34
Легирование — введение в расплавленные или твердые металлы некоторых химических элементов для получения сплава с требуемыми свойствами.
В фотосопротивлениях, так же как и в обычных фотоэлементах, при нагреве количество вредных термоэлектронов увеличивается. Поэтому фотосопротивления необходимо охлаждать. Но в данном случае требование охлаждения становится тем более настоятельным, чем более длинные волны должно воспринимать фотосопротивление. Так, если мы хотим создать прибор, который должен реагировать на волны длиной 10 микронов, фотосопротивление, оптика и вся конструкция прибора должны быть охлаждены до температуры значительно более низкой, чем плюс 15 градусов. В противном случае все они тоже будут излучать энергию примерно на таких же длинах волн и тем самым создавать паразитное излучение, которое может полностью замаскировать полезное. Мы знаем, что тепло, тепловая энергия всегда передается от более нагретого тела к более холодному. Инфракрасные лучи как раз и являются тепловыми лучами, переносящими на расстояние тепловую энергию. Поэтому, если фотосопротивление будет иметь температуру более высокую или равную температуре излучающего тела, уловить такое излучение фотосопротивление не сможет. Новые виды фотосопротивлений охлаждают до температуры минус 200 градусов и ниже.
Уже говорилось, что чувствительность фотосопротивлений очень высока. Но в диапазоне видимого света она все же значительно ниже, чем у глаза. Тем не менее во многих случаях фотосопротивления успешно заменяют глаз человека. Зарубежная пресса сообщает, что на вооружении армий многих стран мира состоят реактивные самонаводящиеся снаряды, а проще — ракеты, которые, увидев цель, самостоятельно, без каких-либо внешних управляющих команд настигают и поражают ее. В таких ракетах часто применяются оптические автоматы самонаведения, где роль глаза, указывающего направление на цель, выполняет фотосопротивление, а частично роль мозга — специальная электронная схема, в которую поступают сигналы с фотосопротивления.
Но не только в военной технике можно применять самонаводящиеся снаряды. Недавно в американском журнале был опубликован проект использования автоматических ракет для тушения лесных пожаров. Этот проект основывается на свойствах фотосопротивлений улавливать инфракрасные лучи, которые обильно излучает любое тело, нагретое до температуры возгорания. Такие автоматические самонаводящиеся ракеты будут помещаться на вышках, построенных в лесных массивах. При возникновении очага пожара ракеты, в поле зрения которых окажется этот очаг, автоматически запустятся и, долетев до места пожара, взорвутся, выпустив при этом большое количество веществ, подавляющих огонь.
Если учесть, что некоторые типы фотосопротивлений в состоянии уловить энергию от огонька сигареты, находящейся на расстоянии до 800 метров, такие ракеты будут неплохими пожарными. Думается, что в лесу, охраняемом такими бдительными сторожами, никто не осмелится курить.
Усилитель света
На основе внешнего фотоэффекта были созданы не только фотоэлемент и фотоумножитель, но и электронно-оптический преобразователь. Теперь нам известно, что, используя внутренний фотоэффект, ученые создали устройства, которые по своим свойствам мало отличаются от фотоэлемента и фотоумножителя. Но нельзя ли, основываясь на том же внутреннем фотоэффекте, создать устройство, сходное с электронно-оптическим преобразователем?
Всего лишь несколько лет назад ученые впервые смогли утвердительно ответить на этот вопрос, создав так называемый усилитель света. Иногда, чтобы подчеркнуть различие с преобразователем, который тоже является усилителем света, новое устройство называют твердым усилителем света, полупроводниковым усилителем света или даже светоусилительной панелью, если размеры экрана усилителя достаточно велики.
Световое усиление, получаемое в твердом усилителе, при использовании в качестве материала для светочувствительной поверхности сернистого кадмия может достигать пятисоткратного, а при использовании принципа каскадности — еще большей величины.
Поскольку основным элементом в твердых усилителях является светочувствительная поверхность, изготовленная из тех же материалов, что и в фотосопротивлениях, можно предположить, что преимущества и недостатки твердых усилителей света будут схожими с преимуществами и недостатками самих фотосопротивлений. И это предположение действительно правильно.
Твердые усилители проще в эксплуатации, более прочны, не требуют для своей работы очень высоких напряжений. Они позволяют получать изображения в более широком диапазоне световых волн. Некоторые типы преобразователей очень чувствительны к рентгеновским лучам. Применение светоусилительных панелей в рентгеноскопии намного сократит дозы вредного облучения пациента и врача. В то же время осмотр будет более легким, так как изображение получается значительно более ярким, чем на теперешних экранах, применяемых в рентгеновских установках. Другие типы твердых усилителей чувствительны к инфракрасным лучам, длины волн которых лежат за пределами чувствительности электронно-оптических преобразователей.
Один из важнейших недостатков фотосопротивлений — их инерционность. В современных твердых усилителях она особенно сказывается. Проявляется она таким же образом, как и инерционность глаза, — в виде последовательных образов (положительных и отрицательных, в зависимости от условий). В жизни последовательные образы редко мешают нам и мы даже не замечаем их. Но последовательные образы в твердых усилителях проявляются неизмеримо заметнее. Они бывают очень яркими и сохраняются в течение довольно долгого времени: объект может уже исчезнуть, а на экране твердого усилителя он по-прежнему будет виден. Поэтому твердые усилители пока используют только для наблюдения неизменных или очень медленно меняющихся изображений. Надо надеяться, что со временем этот недостаток полупроводниковых усилителей света будет устранен. Но удастся ли при этом сохранить столь высокую чувствительность, сказать пока еще трудно.
Фабрика электричества
До сих пор речь шла о таких фотоэлементах, которые пропускают через себя ток, проводят его под воздействием света, но только в том случае, если к ним подключен источник напряжения: батарея, выпрямитель и тому подобное. Сами по себе эти фотоэлементы не отдавали тока во внешнюю цепь при освещении светом любой интенсивности.
Но, оказывается, есть фотоэлементы и с иными свойствами. Под воздействием света они отдают во внешнюю цепь ток, пропорциональный падающему световому потоку, без помощи внешних источников электрической энергии. Фотоэлементы такого типа сами являются источниками электрической энергии. Они вырабатывают ее из лучей падающего света и таким образом являются преобразователями световой энергии в электрическую.
До недавнего времени такие фотоэлементы изготавливались только из селена. О них хорошо знают фотолюбители, потому что в электрических фотоэкспонометрах как раз и применяются селеновые фотоэлементы. Но они являются очень плохими преобразователями энергии, их коэффициент полезного действия крайне мал, и поэтому они непригодны для получения сравнительно больших количеств электрической энергии.
В последние годы ученые всего мира напряженно трудились над созданием высокоэффективных преобразователей энергии солнечного света. Такие преобразователи часто называют солнечными элементами. Для их изготовления используют новые материалы полупроводниковой техники. Особенно больших успехов в создании высокоэффективных солнечных батарей добились советские ученые, которыми руководил недавно скончавшийся выдающийся деятель науки академик А. Ф. Иоффе. Коэффициент полезного действия солнечных элементов уже достаточен для того, чтобы их можно было применять в качестве источников электрической энергии для питания различных электрических и электронных устройств на спутниках Земли и на межпланетных станциях.