La Cinématographie française (Jan - Apr 1937)

CXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX3 CÎNÉltfl FR R/\PHIE SE EXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXT1 1,59.10— ». 3.56.1018 = 0,566 A. En fait on n'a pas jusqu'à présent dépassé notablement le 1/500 de celte sensibilité, ainsi que le monIrent à titre d'exemples les courbes représentées en fig. 2. Ces courbes, ainsi que celles de la fig. ï sont valables pour des cellules modernes, telles que celles qui sont décrites plus loin dans ce même article. Pour les métaux, les courants photoélectriques sont encore bien moindres. 1500 2000 2500 3000 3500 «100 4500 5000 5500 6000 6500*10 ' 2 IB 16 1.4 12 II W 09 Ot 07 0,65 06 055 05 0.45/, 20621 Kig 2 ..Courbe de sensibilité spectrale" Courant photoélectrique en fonction de la fréquence de la lumière incidente pour le deux même i \ pes de cellules photoélectriques, que dans h, [ig. I. Sous l'éclairement dû à une lampe à incandescence, la courbe 1 de la figure correspond à un courant spécifique de 80 |j.A/ lumen. Même les courants réalisables pratiquement à cette sensibilité peuvent être encore utilisables (voir par exemple le calcul estimatif dans l'article. « Une installation de protection par rayons infra-rouges »). Il est donc de la plus grande importance, en vue des applications techniques, d'accroître à l'extrême le rendement des cellules photoélectriques. La courbe qui exprime la sensibilité en fonction de la fréquence de la lumière incidente, s'appelle la courbe de sensibilité spectrale. La fig. 2 nous donne de pareilles courbes pour les mêmes cathodes photoélectriques que celles de la fig. 1. En ordonnée figure le courant photoélectrique divisé par l'énergie incidente en mA/watt. En abscisse on a porté la longueur d'onde en microns et la fréquence, au bas du graphique. Au haut de celui-ci figure l'échelle des « électrons-volts » indiquant les tensions en volts, qui correspondent d'après la relation e V = h V, aux fréquences. On peut dire que la longueur d'onde critique se situe pour les deux cathodes, vers 1,5 >>. (1 jj. = 10* A), la fréquence vaut donc 2.1014 vibrations par sec. et correspond à 0,83 électron-volt. De la même manière peuton avec chacune des trois échelles, exprimer la sensibilité maximum pour les deux cathodes. Evolution technique Dans toutes les applications de l'effet photoélectrique, il s'agit d'obtenir un courant aussi élevé que possible pour une source lumineuse déterminée. Celle-ci pratiquement est toujours constituée par une lampe à incandescence, dont la plus grande partie de l'énergie est rayonnée sous forme de rayonnement infra-rouge. On voit d'après le tableau I, que seuls les métaux alcalins, le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium et le césium ont leur longueur d'onde critique dans le domaine visible du spectre, et ue cette longueur d'onde est reculée le plus vers le rouge pour le césium. Toutes, elles sont insensibles dans Pinfra-rouge. La sensibilité maximum se situe pour le potassium 50 A, pour le rubidium à 4800 A et pour le césium à 5400 A. Même avec l'emploi d'une cellule au césium, il n'y a parmi les radiations émises par une lampe à incandescence, que 3 à 4 % de l'énergie lumineuse, de fréquence suffisamment élevée pour donner naissance à l'émission photoélectrique. Comme on le voit dans ce tableau, les autres métaux sont encore moins utilisables. Elster et Geitel trouvèrent qu'en soumettant le potassium déposé sur la paroi d'un ballon, à une décharge électrique dans l'hydrogène, on obtient une couche sensible à la lumière, et dont la longueur d'onde critique est reculée vers le rouge de quelques milliers d'Angstrôms par rapport à la couche non traitée. On appelle ces cellules « hydrurées ». Comme la longueur d'onde critique du césium et du rubidium est plus grande que celle du potassium, on devrait s'attendre à ce que ces métaux, à l'état hydruré, donnent un résultat encore plus favorable. Toutefois à la température ordinaire, la stabilité des cathodes hydrorurées de rubidium et de césium est insuffisante pour qu'elles soient utilisables. L'évolution des cellules modernes photoélectriques est allée dans une autre voie. Langmuir et Kingdon avaient trouvé que l'émission électronique d'un filament incandescent en tungstène par exemple croissait considérablement ruiand on le revêt d'une couche d'un métal électropositif (alcalino-terreux : Baryum; alcalin : Potassium, Rubidium ou Césium). Si l'on chauffe dans le vide un fil de tungstène par exemp'e, sur lequel on a déposé une mince couche de césium, le filament émet deià, à 300" C, des électrons u'on peut diriger vers une anode sous l'effet d'une différence de potentiel. Si l'on augmente graduellement la température du filament, cette émission s'accentue, atteint un maximum et commence à diminuer audelà de 700" C environ. A partir de ce moment le césium commence à s'évaporer du filament. Le fait que le césium reste attaché au filament jusqu'à des températures aussi élevées démontre que ses atomes sont liés au tungstène par des forces considérables. On admet nrue ces atomes sont ionisas et qu'ils ont cédé un électron au tungstène sous-jacent. Les atomes de césium ionisés forment une couche superficielle chargée positivement et abaissent par là le seuil de potentiel V., pour l'extraction des électrons. Ceci ressort directement de la fig. 3. L'électron arrive, dès qu'il a traversé la dernière couche d'atomes de tungstène, dans un champ accélérateur, qui en favorise la sortie. Cet abaissement du travail de sortie trouvé d'abord pour l'émission électronique des cathodes incandescentes, existe également pour l'effet photoélectrique. Si le tungstène est couvert d'une couche d'ions négatifs, par adso'mtion d'atomes d'oxygène par exemple, l'inverse a lieu, l'extraction des électrons est rendue plus difficile, le seuil de potentiel V0 monte. Ives et d'autres chercheurs trouvèrent, que des couches superficielles de métaux électropositifs sont particulièrement bien utilisables au point de vue photoélectrique et que la longueur d'onde critique se trouve très loin vers l'infra-rouge. Koller décret le svstème ar«ent-coucbe monoatomique d'oxygène couche monoatomique de césium pour lequel l'émission photoélec'rique a lieu dans l'infra-rouge plus reculé encore. De Boer et Teves ont encore suivi une autre voie sur la base des considérations suivantes : Afin d'obtenir un courant photoélectrique intense il est désirable : 1 ) d'abaisser autant que possible le potentiel d'extraction, 2) d'accroître le rendement, c'est-à-dire le pourcentage des quanta de lumière absorbés, qui participent réellement à l'émission photoélectrique. I"ig. 3. Inllucnce de atonies de césium ad-orbés. sur le travail d'extraction dan* le ras du tungstène. Les atonies de césium liés à celui-ci cèdent leur électrons au tungstène. Ceci entraîne la constitution d'une double couche électrique. Les électrons extraits du tungstène -ont sous l'action d'un champ accélérateur d'une différence de potentiel 1 ,. et qui réduit 1 '„. La sortie rie électrons e-t facilitée de ce (ail. Le premier desideratum conduit, ainsi que nous l'avons démontré, à l'utilisation de métaux fortement électropositifs. Les métaux, du point de vue du 2°, sont toutefois moins indiqués, car les électrons à l'intérieur d'un métal sont extrêmement mobiles, et il s'ensuit que la plus grande part de l'énergie lumineuse y est convertie en chaleur. L'effet photoélectrique dans les isolants a un rendement bien supérieur. Lors de l'absorption d'énergie lumineuse par des atonies libres (dans un gaz, par exemple) chaque quantum de lumière supérieur ou égal à l'énergie d'ionisation, libère un électron. Des recherches furent entreprises par de Boer et Teves dans le but d'influencer en ce sens l'effet photoélectrique sur les surfaces, et notamment en faisant absorber du césium sur des couches de sels déposées par évaporisation. On a utilisé d'abord dans ce but des couches de fluorure de baryum, évaporées dans le vide et présentant de ce fait une structure lamellaire à grande surface (100 fois plus grande environ qu'à structure compacte), et qui présente de nombreux endroits à pouvoir absorbant considérable. Le mécanisme de l'émission photoélectrique est totalement différent dans ce cas-ci, de celui qu'on rencontre pour le métaux. L'atome alcalin absorbé à la surface saline, se comporte vis-à-vis d'un quantum de lumière comme un atome libre à l'état gazeux, dont l'énergie d'ionisation a été modifiée par l'absorption. Un quantum lumineux est à même d'ioniser cet atome, ce qui permet à un électron de partir dans l'espace vide. Comme pour les gaz, on pourrait ici encore parler de photo-ionisation. Lorsque la photo-ionisation d'un atome absorbé a eu lieu, et qu'un électron a été expulsé comme photo-électron, il reste un ion métallique chargé positivement. Celuici doit être neutralisé avant de pouvoir à nouveau prendre part à l'émission. Ce n'est pas de la couche saline que peut provenir l'électron nécessaire à cette neutralisation, car ceci n'aurait d'autre résultat qu'un simple déplacement de charges. L'électron doit être enlevé à la couche métallique sous-jacente qui sert de support à la