Подавление фототока ФЭУ внешним ВЧ-полем
На примере подавления фототока исследуется механизм квантовой юлы. Результаты экспериментов показывают, что наличие высокочастотного поля приводит к достоверному уменьшению фототока. Причем, увеличение мощности внешнего поля ведет к пропорциональному уменьшению фототока. Эти результаты находятся в х...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108901 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Подавление фототока ФЭУ внешним ВЧ-полем / А.Н. Антонов, В.А. Буц, Е.А. Корнилов, А.Н. Щербина // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 4. — С. 100-102. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859670390789373952 |
|---|---|
| author | Антонов, А.Н. Буц, В.А. Корнилов, Е.А. Щербина, А.Н. |
| author_facet | Антонов, А.Н. Буц, В.А. Корнилов, Е.А. Щербина, А.Н. |
| citation_txt | Подавление фототока ФЭУ внешним ВЧ-полем / А.Н. Антонов, В.А. Буц, Е.А. Корнилов, А.Н. Щербина // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 4. — С. 100-102. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | На примере подавления фототока исследуется механизм квантовой юлы. Результаты экспериментов показывают, что наличие высокочастотного поля приводит к достоверному уменьшению фототока. Причем, увеличение мощности внешнего поля ведет к пропорциональному уменьшению фототока. Эти результаты находятся в хорошем качественном согласии с теоретическими оценками.
On an example of suppression of a photocurrent the mechanism quantum (top, yul, yule, yula) юлы is investigated. Results of experiments show, presence of a high-frequency field leads to authentic reduction of a photocurrent. And, the increase in capacity of an external field conducts to proportional reduction of a photocurrent. These results are in the good qualitative consent with theoretical estimations.
На прикладі придушення фотоструму досліджується механізм квантової дзиги. Результати експериментів показують, що наявність високочастотного поля приводить до достовірного зменшення фотоструму. Причому, збільшення потужності зовнішнього поля веде до пропорційного зменшення фотоструму. Ці результати знаходяться в хорошій якісній згоді з теоретичними оцінками.
|
| first_indexed | 2025-11-30T13:34:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 100
УДК 533.9
ПОДАВЛЕНИЕ ФОТОТОКА ФЭУ ВНЕШНИМ ВЧ-ПОЛЕМ
А.Н. Антонов, В.А. Буц, Е.А. Корнилов, А.Н. Щербина
Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”,
Харьков, Украина
E-mail: vbuts@kipt.kharkov.ua
На примере подавления фототока исследуется механизм квантовой юлы. Результаты экспериментов по-
казывают, что наличие высокочастотного поля приводит к достоверному уменьшению фототока. Причем,
увеличение мощности внешнего поля ведет к пропорциональному уменьшению фототока. Эти результаты
находятся в хорошем качественном согласии с теоретическими оценками.
ВВЕДЕНИЕ
В наших предыдущих теоретических исследова-
ниях [1-3] было показано, что внешние высокочас-
тотные поля могут стабилизировать состояния как
квантовых, так и классических систем. Могут ста-
билизироваться как основные, так и возбужденные
состояния. Причем, стабилизация наступает как при
случае воздействия на состояния, в которых нахо-
дится система, так и при воздействии на состояния,
в которые она должна перейти. Механизм стабили-
зации напоминает квантовый механизм Зенона. От-
личие заключается в том, что не используется про-
цедура измерений (как в эффекте Зенона). Вместо
этого предлагается использовать внешний (стабили-
зирующий) сигнал, который является резонансным
по отношению к переходам между одним из основ-
ных уровней и одному из близлежащих энергетиче-
ских уровней. Когда частота Раби между этими
близлежащими уровнями превосходит частоту Раби
между уровнями, переходы между которыми мы
хотим запретить, наступает стабилизация начально-
го состояния. Такой механизм стабилизации напо-
минает стабилизацию гироскопа. Поэтому такой
механизм был назван механизмом квантовой юлы.
Было показано также, что этот механизм имеет ме-
сто не только в квантовой механике, но и широко
представлен в классической физике. Используя этот
механизм, практически всегда можно найти условие
для подавления, например, той или иной плазмен-
ной неустойчивости. Кроме теоретических исследо-
ваний были проведены экспериментальные исследо-
вания по воздействию рентгеновского излучения на
изомеры гафния (178m2Hf) [4]. Во многих случаях
наблюдалось замедление распада гафния. Однако
эти эксперименты очень сложны. Поэтому набрать
нужную статистику достаточно трудно.
В настоящем докладе изложены результаты не-
которых других экспериментальных исследований
предлагаемого механизма стабилизации. Исследова-
лось влияние относительно сильного высокочастот-
ного поля на фототок фотоумножителя. Было обна-
ружено достоверное уменьшение фототока при воз-
действии на фотокатод высокочастотного поля. За-
висимость уменьшения фототока от мощности вы-
сокочастотного поля находится в хорошем качест-
венном согласии с теоретическими предсказаниями.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
В качестве теоретической модели выберем трех-
уровневую квантовую систему, на которую действу-
ет два сигнала (Рис.1). Частота одного сигнала на-
ходится в оптическом диапазоне (ω0). Кванты этого
сигнала могут переводить электроны фотокатода в
вакуум. Частота второго сигнала (ω1) соответствует
высокочастотному полю (2,77 ГГц). Этот сигнал
потенциально может переводить вакуумный элек-
трон с одного энергетического уровня на другой,
который отстоит от него на расстоянии 1ωh .
Рис.1. Схема энергетических уровней
Сигналы предполагаются таковыми, что может
быть использована теория возмущения. В этом слу-
чае гамильтониан системы представляется в виде:
0 1
ˆ ˆ ˆ ( ).H H H t= + (1)
Второе слагаемое в правой части описывает воз-
мущение. Волновая функция системы (1) подчиня-
ется уравнению Шредингера, решение которого бу-
дем искать в виде ряда по собственным функциям
невозмущенной задачи:
( ) ( ) exp( )n n n
n
t A t i tψ ϕ ω= ⋅ ⋅∑ , (2)
где /n nEω = h ;
0
ˆ .n
n n ni H E
t
ϕ
ϕ ϕ
∂
= = ⋅
∂
h
Подставим (2) в уравнение Шредингера и обыч-
ным образом получим систему связанных уравнений
для нахождения комплексных амплитуд An:
( )n n m m
m
i A U t A⋅ = ⋅∑&h , (3)
где 1
ˆ ( ) exp[ ( ) / ] .n m m n n mU H t i t E E dqϕ ϕ∗= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅∫ h
В нашем случае возмущение можно представить
в виде: 1 0 0 1 1
ˆ ˆ ˆ( ) exp( ) exp( ).H t U i t U i tω ω= ⋅ + ⋅ Тогда
матричные элементы взаимодействия приобретут
следующее выражение:
exp{ [( ) / ]}n m n m n mU V i t E E= ⋅ ⋅ − Ωh ,
( ) ˆ ,k
n m n k mV U dqϕ ϕ∗= ⋅ ⋅∫ { },0 1ω ωΩ = . (4)
Рассмотрим динамику трехуровневой системы
( 0 , 1 , 2 ). Будем считать, что частота внешнего
возмущения и собственные значения энергий этих
уровней удовлетворяют соотношениям:
1, 0m n= = , 0 1 0E Eω = −h ; 2, 0m n= = ,
0 2 0( ) E Eω δ+ = −h 0δ ω<< , 1 2 1E Eω = −h , 1~δ ω . (5)
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 101
Эти соотношения указывают на тот факт, что
частота ω0 внешнего возмущения является резо-
нансной для переходов между нулевым и первым
уровнями, а частота ω1 является резонансной для
переходов между первым и вторым уровнями. Ис-
пользуя эти соотношения в системе (3), можно огра-
ничиться тремя уравнениями:
0 01 1 02 2 exp( )i A V A V A i tδ⋅ ⋅ = + ⋅ ⋅ ⋅&h ;
1 10 0 12 2i A V A V A⋅ ⋅ = +&h ;
2 21 1 20 0 exp( )i A V A V A i tδ⋅ ⋅ = + ⋅ − ⋅ ⋅&h . (6)
Система уравнений (6) является той системой,
которую мы будем анализировать.
Рассмотрим, прежде всего, случай, когда рас-
стройка достаточно большая и членами в системе
уравнений (6), содержащими расстройку, можно
пренебречь. Кроме того, будем считать, что матрич-
ные элементы прямых и обратных переходов равны
между собой ( 12 21V V= , 10 01V V= ). Будем считать так-
же, что матричные элементы переходов между пер-
вым и вторым уровнями значительно больше, чем
матричные элементы переходов между нулевым и
первым уровнями ( 12 10/ 1V V μ≡ >> ). Введя безразмер-
ное время 10 /V tτ = ⋅ h систему уравнений (6) пере-
пишем в виде
0 1iA A=& , 1 0 2iA A Aμ= +& , 2 1iA Aμ=& . (7)
Система (7) имеет интеграл
2
2
0
1i
i
A const
=
= =∑ . (8)
Каждое слагаемое в сумме (8) представляет со-
бой вероятность найти рассматриваемую систему на
соответствующем энергетическом уровне.
Пусть в начальный момент времени (t = 0) рас-
сматриваемая квантовая система находится на нуле-
вом, невозбужденном уровне. Тогда решениями
системы (7) будут функции:
( )1 sinA B t= ⋅ Ω ⋅ ; ( )( )0 1 1 cosBA t
i
= + − Ω⋅
⋅Ω
;
( )( )2 1 cosBA t
i
μ⋅
= − Ω⋅
⋅Ω
. (9)
Здесь 2 21 μΩ = + ; комплексная постоянная B мо-
жет быть определена с использованием интеграла (8).
Подставляя решения в интеграл (8), мы находим:
0RB = , 1 /IB = − Ω .
Здесь мы использовали следующие обозначения:
R IB B iB= + .
Таким образом, решение системы приобретает вид:
( )1 siniA t= − ⋅ Ω ⋅
Ω
; ( )( )0 2
11 1 cosA t= − − Ω⋅
Ω
;
( )( )2 2 1 cosA tμ
= − − Ω⋅
Ω
. (10)
Из решения (10) следует, что чем больше будет
параметр μ, тем меньше будет вероятность, что сис-
тема из невозбужденного стационарного состояния
перейдет в возбужденное состояние. Следует не-
сколько слов сказать о параметре μ. Физически
квадрат этого параметра определяет отношение чис-
ла квантов низкочастотного возмущения, которое
ответственно за переходы между первым и вторым
уровнями, к числу квантов высокочастотного воз-
мущения, которое определяет переходы между пер-
вым и нулевым уровнями. Решение (10) позволяет
нам найти функциональную зависимость вероятно-
стей нахождения квантовой системы на соответст-
вующих энергетических уровнях, как функцию
мощности оптического и высокочастотного излуче-
ний. Например, если поток оптического излучения
зафиксирован, то из (10) легко показать, что вели-
чина вероятности перехода на возбужденный уро-
вень (первый уровень), а соответственно и величина
фототока будут обратно пропорциональны мощно-
сти высокочастотного излучения. Причем, чем
меньше поток оптического излучения, тем более
существенным будет подавление.
2. ЭКСПЕРИМЕНТ
Схема экспериментальной установки представ-
лена на Рис.2. Экспериментальная установка пред-
ставляла собой ФЭУ-36, фотокатод которого поме-
щался на маленькое отверстие, сделанное в широкой
стенке прямоугольного волновода. Диаметр отвер-
стия в волноводе был равен 23 мм. Диаметр фотока-
тода равен 35 мм. Отверстие волновода было ориен-
тировано по центру фотокатода.
Рис.2. Схема экспериментальной установки:
1 – магнетронный генератор СВЧ (2,77 ГГц);
2 – ферритовый вентиль; 3 – аттенюатор;
4 – направленный ответвитель; 5 – детектор;
6 – осциллограф; 7 – фотоэлектронный умножитель
(ФЭУ-36); 8 – подстроечный поршень; 9 –отверстие
в волноводе; 10 – источник света;
11 – стандартный волновод (72×34 мм)
В волноводе возбуждалось мощное электро-
магнитное поле. Источником этого поля был
магнетрон. Мощность магнетрона менялась от 20 до
80 кВт, частота 2,77 ГГц, длительность импульса
~ 1,5 мкс. Предполагалось, что такое поле будет
влиять на фотоэффект.
Рис.3. Измеренное распределение поля, как функция
расстояния от оси волновода
Действительно, в поле такой интенсивности ко-
личество высокочастотных квантов значительно
больше, чем оптических квантов. Поэтому параметр
μ будет велик. При этом вероятность остаться кван-
товой системе в невозбужденном состоянии (отсутст-
вие фототока) будет описываться квадратом модуля
функции А0. Выражение для этой функции приведено
в формуле (10). Видно, что квадрат модуля этой
функции будет отличаться от единицы только на ве-
личину ∼1/μ 2. Таким образом, при заданном потоке
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 102
оптического излучения количество фотоэлектронов
будет обратно пропорциональным мощности высо-
кочастотного излучения. Как мы увидим ниже, такая
зависимость наблюдается в эксперименте.
Отверстие в волноводе мало по сравнению с
длиной волны ( 10λ ≈ см), поэтому напряженность
поля за пределами волновода быстро спадает
(Рис.3). Поэтому оно, в основном, действует на фо-
токатод. Кроме того, видно, что градиент напряжен-
ности поля таков, что вылетевшие из фотокатода
электроны будут в этом поле ускоряться и выталки-
ваться по направлению к аноду. Кроме ускорения
фотоэлектроны будут совершать осцилляторные
движения. Размах этих осцилляций не превосходит
одного миллиметра. Учитывая тот факт, что фото-
электроны рождены в маленькой центральной об-
ласти фотокатода, такое движение не сможет вы-
бросить фотоэлектроны из активной области. Таким
образом, обычная электродинамика фотоэлектронов
в поле такого высокочастотного поля должна при-
водить к увеличению фототока. В эксперименте же
устойчиво, во всех случаях, уверено наблюдалось
уменьшение фототока (Рис.4).
Такое уменьшение может быть объяснено рас-
сматриваемым нами механизмом квантовой юлы.
Мы не знаем других механизмов, которые в этих
условиях приводили бы к наблюдаемому уменьше-
нию фототока. Зависимость величины фототока в
эксперименте оказывается обратно пропорциональ-
ной мощности высокочастотного излучения. Это
находится в хорошем качественном согласии с тео-
ретическими оценками.
Рис.4. Зависимость величины фототока
от мощности импульса СВЧ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, полученные экспериментальные
результаты говорят о том, что действительно внеш-
нее высокочастотное поле может серьезно умень-
шать вероятность выхода фотоэлектронов. Следует
отметить, что чем меньше поток оптического излу-
чения, тем более заметным является процесс подав-
ления фотоэффекта.
Несколько слов следует сказать об использован-
ной нами выше теоретической модели фотоэффекта.
Мы ее существенно упростили. В частности, отказа-
лись от учета непрерывного спектра для электронов
вне твердого тела. Такое упрощение нам позволило
получить простые аналитические формулы, которые
дают простые функциональные зависимости влия-
ния эффекта квантовой юлы на стабилизацию кван-
товых состояний. Однако нужно сказать, что глав-
ная особенность механизма квантовой юлы может
быть сформулирована очень просто. Пусть у нас
имеется квантовая или классическая система, и эта
система такова, что она переходит из начального
состояния в другое конечное состояние. Такой пере-
ход характеризуется характерным временем τtr −
временем перехода. Если мы хотим застабилизиро-
вать исходное состояние, то мы должны «завязать»
либо исходное состояние, либо конечное состояние
с третьим состоянием. Причем, связь должна быть
такой, чтобы время перехода, обусловленное этой
связью, было значительно меньшим, чем τtr. Эффек-
тивность этого принципа квантовой юлы была про-
верена нами на многочисленных теоретических мо-
делях. Была показана возможность стабилизации
распадных процессов в плазме, возможность подав-
ления различных пучковых неустойчивостей, в ча-
стности, плазменно-пучковой неустойчивости.
Авторы выражают благодарность В.Г. Свичен-
скому и М.Г. Соколову за техническую поддержку
выполненной работы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. V.A. Buts. Stabilization of the excited states // Во-
просы атомной науки и техники. Серия «Ядер-
но-физические исследования» 2010, №3 (67),
с.90-93.
2. V.A. Buts. The mechanism of suppression of quan-
tum transitions (quantum whirligig) // Вопросы
атомной науки и техники. Серия «Плазменная
электроника и новые методы ускорения». 2010,
№4 (68), с. 259-263.
3. В.А. Буц. Модификация квантового эффекта Зе-
нона – квантовая юла // Электромагнитные волны
и электронные системы. 2010, №1, т.15, с.58-65.
4. А.Н. Довбня, С.С. Кандыбей, В.И. Кирищук,
Ю.Н. Ранюк, В.М. Ажажа, К.В. Ковтун,
М.П. Старолат. Триггеринг долгоживущего изо-
мера 178m2HF при облучении электронами с энер-
гией 50 кэВ // Вісник ХНУ ім. В.Н. Каразіна.
Серія фізична «Ядра, частинки, поля», №880,
2009, в.4 (44), с.56-62.
Статья поступила в редакцию 14.10.2011 г.
SUPPRESSION OF THE PHOTOMULTIPLIER CURRENT EXTERNAL RF FIELD
A.N. Antonov, V.А. Buts, E.A. Kornilov, A.N. Cherbina
On an example of suppression of a photocurrent the mechanism quantum (top, yul, yule, yula) юлы is investigated. Results of
experiments show, presence of a high-frequency field leads to authentic reduction of a photocurrent. And, the increase in capacity
of an external field conducts to proportional reduction of a photocurrent. These results are in the good qualitative consent with
theoretical estimations.
ПРИДУШЕННЯ ФОТОСТРУМУ ФЕП ЗОВНІШНІМ ВЧ-ПОЛЕМ
О.М. Антонов, В.О. Буц, Є.О. Корнілов А.М. Щербина
На прикладі придушення фотоструму досліджується механізм квантової дзиги. Результати експериментів показують,
що наявність високочастотного поля приводить до достовірного зменшення фотоструму. Причому, збільшення потуж-
ності зовнішнього поля веде до пропорційного зменшення фотоструму. Ці результати знаходяться в хорошій якісній
згоді з теоретичними оцінками.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108901 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T13:34:14Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Антонов, А.Н. Буц, В.А. Корнилов, Е.А. Щербина, А.Н. 2016-11-16T20:55:05Z 2016-11-16T20:55:05Z 2012 Подавление фототока ФЭУ внешним ВЧ-полем / А.Н. Антонов, В.А. Буц, Е.А. Корнилов, А.Н. Щербина // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 4. — С. 100-102. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108901 533.9 На примере подавления фототока исследуется механизм квантовой юлы. Результаты экспериментов показывают, что наличие высокочастотного поля приводит к достоверному уменьшению фототока. Причем, увеличение мощности внешнего поля ведет к пропорциональному уменьшению фототока. Эти результаты находятся в хорошем качественном согласии с теоретическими оценками. On an example of suppression of a photocurrent the mechanism quantum (top, yul, yule, yula) юлы is investigated. Results of experiments show, presence of a high-frequency field leads to authentic reduction of a photocurrent. And, the increase in capacity of an external field conducts to proportional reduction of a photocurrent. These results are in the good qualitative consent with theoretical estimations. На прикладі придушення фотоструму досліджується механізм квантової дзиги. Результати експериментів показують, що наявність високочастотного поля приводить до достовірного зменшення фотоструму. Причому, збільшення потужності зовнішнього поля веде до пропорційного зменшення фотоструму. Ці результати знаходяться в хорошій якісній згоді з теоретичними оцінками. Авторы выражают благодарность В.Г. Свиченскому и М.Г. Соколову за техническую поддержку выполненной работы. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Динамика пучков Подавление фототока ФЭУ внешним ВЧ-полем Suppression of the photomultiplier current external RF field Придушення фотоструму ФЕП зовнішнім ВЧ-полем Article published earlier |
| spellingShingle | Подавление фототока ФЭУ внешним ВЧ-полем Антонов, А.Н. Буц, В.А. Корнилов, Е.А. Щербина, А.Н. Динамика пучков |
| title | Подавление фототока ФЭУ внешним ВЧ-полем |
| title_alt | Suppression of the photomultiplier current external RF field Придушення фотоструму ФЕП зовнішнім ВЧ-полем |
| title_full | Подавление фототока ФЭУ внешним ВЧ-полем |
| title_fullStr | Подавление фототока ФЭУ внешним ВЧ-полем |
| title_full_unstemmed | Подавление фототока ФЭУ внешним ВЧ-полем |
| title_short | Подавление фототока ФЭУ внешним ВЧ-полем |
| title_sort | подавление фототока фэу внешним вч-полем |
| topic | Динамика пучков |
| topic_facet | Динамика пучков |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108901 |
| work_keys_str_mv | AT antonovan podavleniefototokaféuvnešnimvčpolem AT bucva podavleniefototokaféuvnešnimvčpolem AT kornilovea podavleniefototokaféuvnešnimvčpolem AT ŝerbinaan podavleniefototokaféuvnešnimvčpolem AT antonovan suppressionofthephotomultipliercurrentexternalrffield AT bucva suppressionofthephotomultipliercurrentexternalrffield AT kornilovea suppressionofthephotomultipliercurrentexternalrffield AT ŝerbinaan suppressionofthephotomultipliercurrentexternalrffield AT antonovan pridušennâfotostrumufepzovníšnímvčpolem AT bucva pridušennâfotostrumufepzovníšnímvčpolem AT kornilovea pridušennâfotostrumufepzovníšnímvčpolem AT ŝerbinaan pridušennâfotostrumufepzovníšnímvčpolem |