Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 18. 1 maj 1956 - Elenergi direkt ur radioaktiv strålning, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
424
•TEKNISK TIDSKRIFT
Fig. 3.
Kontaktpotential-element; R yttre
impedans.
man i praktiken nästan kan uppnå, bestäms apparatens
effektivitet av termoelementets verkningsgrad. Då denna
växer med temperaturdifferensen mellan elementets båda
fogar, blir verkningsgraden i allmänhet låg vid liten effekt.
Man har provat ett termoelement med polonium 210 som
strålningskälla, varvid man för 54 och 146 C erhöll 0,1
resp. 0,2 °/o av värmet som elenergi. Största uppnådda
effekt var 1,8 resp. 9,4 mW. Med solstrålning har man fått
1,0 "/o verkningsgrad, men det har beräknats att man med
reflektorer eller linser kan uppnå ca 5 %>.
Kontaktpotentialmetoden kan tillämpas med båda
huvudtyperna av strålning (Tekn. T. 1952 s. 307). En gas, t.ex.
argon under 5 kp/cm2 tryck, är innesluten mellan två
elektroder av olika metaller (fig. 3). Strålning av ett
godtyckligt slag med så stor energi att den kan jonisera gasen,
ger positiva joner genom avspjälkning av elektroner. De
laddade partiklarna påverkas av det elektriska fält, som
uppstår på grund av potentialdifferensen i kontaktytan
mellan de två olika metallerna i den yttre strömkretsen.
De positiva jonerna strömmar därför åt ett håll och
elektronerna i motsatt riktning. Härigenom uppstår en elström
som kan utnyttjas i en yttre krets.
Apparaten har särskilt liten verkningsgrad,
huvudsakligen därför att gasen har liten absorptionskoefficient för
strålningen och jonisationsenergin är stor, ca 30 eV,
medan motsvarande energi för halvledare är bara ca 1 eV.
Man kan emellertid öka verkningsgraden något genom att
använda strålning med relativt liten energi eller gas under
tryck.
Halvledarmetoden, som också kan utnyttjas med båda
huvudtyperna av strålning, har på senaste tid ägnats
särskilt stort intresse (Tekn. T. 1954 s. 515), då den synes
mest lovande av de tänkbara metoderna. Vid den utnyttjas
det inre elektriska fältet i en halvledares p-n-spärrskikt
på i princip samma sätt som fältet mellan
kontaktpoten-tialelementets elektroder. Lämpliga halvledare är kisel och
germanium.
Båda dessa element hör till periodiska systemets 4:e
grupp och har liksom kol fyra valenselektroner, vilka
bildar kovalenta bindningar (elektronparsbindningar). De
har samma kristallform som diamant vilken är en
isolator. Till skillnad från metalliska ledare har en ren
halvledare i sitt grundtillstånd inga fritt rörliga elektroner
och borde därför vara en isolator. Valenselektronerna är
dock inte starkare bundna än att en viss bråkdel av dem
lösgörs genom värmerörelsen, varvid materialet blir mer
eller mindre ledande. En ren halvledares konduktivitet
växer därför med dess temperatur.
Den energi, som en elektron måste uppnå för att komma
loss från en kovalent bindning och bli, fritt rörlig, dvs. för
att passera från valensbandet till ledningsbandet,
motsvarar jonisationsenergin vid kontaktpotentialelementet. Den
brukar i teorin för halvledare kallas valenselektronens
energigap. Dess storlek beror givetvis på kovalensens
stabilitet och växer med avtagande atomradie (fig. 4).
Den termiska energin vid rumstemperatur är i genomsnitt
0,025 eV. En del av elektronerna får väsentligt större
energi, men dessas relativa antal avtar mycket snabbt med
växande energivärde. Diamant, vars valenselektroner har
ca 6 eV energigap, är därför en god isolator så länge
enbart termisk energi tillförs. Låter man däremot y-strålar
träffa diamant, blir den tillförda energin tillräcklig för att
lyfta elektroner till ledningsbandet. Diamant kan därför
användas som detektor för y-strålning (Tekn. T. 1948
s. 576).
I kisel- och germaniumkristaller, där valenselektronernas
energigap är bara 1,12 resp. 0,73 eV, räcker redan den
termiska energin vid rumstemperatur för att höja enstaka
elektroner till ledningsbandet, varigenom kristallerna får
en permanent grundledningsförmåga. Kisel och
germanium är därför typiska halvledare. De kan emellertid få
ett tillskott i konduktivitet genom närvaro av föroreningar
eller strukturfel i kristallgittret. Energigapen vid dessa
störningar är alltid mindre än i modergittret och i
kisel-och germaniumkristaller ofta av samma storleksordning
som den termiska energin.
För man sålunda i en kisel- eller germaniumkristall in
en atom av ett element med fem valenselektroner, går bara
fyra av dessa åt till de kovalenta bindningarna, dvs. ingår
i valensbandet. Den femte elektronen frigörs lätt och lyfts
till ledningsbandet. En kristall, innehållande spår av ett
element med fem valenselektroner, dvs. N, P, As eller Sb,
sägs vara n-ledande, eftersom en elström huvudsakligen
består i transport av elektroner i ledningsbandet.
Inför man i stället spår av ett element med tre
valenselektroner, dvs. B, Al, Ga eller In, kan var och en av dess
atomer ge bara tre kovalensbindningar. Det kommer
därför att fattas en elektron i den fjärde bindningen på vissa
ställen i kristallgittret, dvs. en ledig plats eller ett "hål"
för en elektron uppstår vid varje trevärd atom.
Vid rumstemperatur fylls dessa hål lätt av närbelägna
elektroner varvid dessa efterlämnar nya hål. Därför är
hålen, som kan betraktas som positiva enhetsladdningar,
rörliga. Materialet sägs i detta fall vara p-ledande varmed
menas att en elström huvudsakligen består i transport av
såsom positiva laddningar betecknade hål i valensbandet.
Rörliga elektroner och hål kallas laddningsbärare.
För att erhålla en n- eller p-halvledare inför man alltså
bestämda störningar i kristallgittret, men sådana kan
också uppstå genom gitterfel eller orsakas av icke medvetet
tillsatta ämnen, föroreningar. Om överskottselektroner får
tillfälle att fylla hål i kristallgittret, försvinner
motsvarande antal laddningsbärare. Då den önskade effekten därför
minskas, om hål uppstår i en n-ledare eller rörliga
elektroner införs i en p-ledare, måste man sträva efter att göra
halvledarkristallerna så perfekta och så rena som möjligt
(Tekn. T. 1955 s. 957).
En halvledarkristall kan bestå av en n-ledande del i kon-
Fig. 4. Atomradie och energigap för C (diamant), Si, Ge
och oc-Sn, vilka alla har samma kristallgitter; kurvan
extra-polerad till motsvarande hypotetiska värde för Pb.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
