 A végablakos 58CV cső. 58CV cső belső felépítése
|
|
A fotoeffektus
Hallwachs 1888-ban azt tapasztalta, hogy a negatív töltésű horgonylemez elveszti töltését, ha ultraibolya fénnyel megvilágítjuk. Miután J.J. Thomson 1897-ben felfedezte az elektront, P. Lénárd kimutatta, hogy a horganylemezből a megvilágítás hatására elektronok lépnek ki. A fém felületéből elektronkilépésnek ezt a fajtáját fényelektromos jelenségnek vagy fotóeffektusnak nevezik. A fotóeffektus jelensége az alapja a fotocella működésének. A fotocella evakuált csőben elhelyezett fotókatódból és eléhelyezett fémhuzalból, mint anódból áll. Ha a katódra és az anódra polaritás helyes feszültséget kapcsolunk az áramkörbe helyezett műszer áramot jelez, mert a fény hatására kilépő elektronok az anód felé haladnak. Ha az elektródákra megfelelő ellenteret kapcsolunk, akkor elérhető, hogy a műszer éppen ne jelezzen áramot, és az így lefékezett elektronokra fennáll: ½movmax2=eUf. (mo: az elektron nyugalmi tömege, vmax: a legnagyobb kinetikus energiájú elektron sebessége, e az elektron töltésének nagysága, Uf a fékező feszültség).
A fényelektromos jelenség kvantitív törvényszerűségei nem voltak értelmezhetők a hullámelmélet alapján, mert a kilépő elektronok maximális sebessége csak a fény frekvenciájától függ, és nem függ a fény intenzitásától. Az adott fémre jellemző küszöbfrekvenciánál kisebb frekvenciájú fény nem vált ki fotóeffektust. A kilépő elektronok száma függ a megvilágítás intenzitásától. Azaz adott frekvencián a fotóáram a fényerőséggel arányos. Az elektronok kilépése pillanatszerűen megindul a megfelelő frekvenciájú fény esetén, bármilyen gyenge a fényintenzitása.
A hullámelmélettel nem magyarázható tapasztalati tényeket Einstein értelmezte 1905-ben. Ez alapján a megvilágított fém valamelyik elektronjával mindig egész energiaadag, úgynevezett foton lép kölcsönhatásba: A fény tehát energia adagokban terjed. A foton energiája kizárólag a sugárzás frekvenciájától függ: W=hv. Planck kvantumhipotézise alapján az elektromágneses energia kvantumokban lép ki a sugárzó testből, Einstein szerint továbbra is kvantumos marad. A fényelektromos jelenség az elektromágneses sugárzás kvantáltságát bizonyítja, vagyis azt, hogy egy monokromatikus sugárzás hv energiakvantum egész számú többszöröseiként fordul elő.
A fotókatódos csövek kifejlesztésének alapjául a fotókatód kifejlesztése adta a lendületet, amelyet 1929-ben Koller és Campbell fedezett fel. Ez az Ezüst-Oxigén-Cézium (Ag-O-Cs) alapanyagú volt, amelyet később S1 fotókatódnak neveztek. A fejlesztés 1930-ban vesz lendületet, amikor (Augusztus 4.-én) L.A. Kubetsky feltalálta a foto-elektronsokszorozót. Aki az 1902-ben Austin és Starke által tapasztalt szekunder elektron emissziót használta fel. (Egyébként a szekunder emissziót felhasználó erősítő csövek 1919-től készültek.) 1935-ben Iams és Salzberg (RCA) bejelentik az egy elektródás (dinódás) multiplikátor csövet. Ezt akkor extra érzékenységű fotocellának tekintették, és számos helyen alkalmazták, többek között a hangos film hangjának reprodukálására is. 1936-ban azután Zworykin, Morton és Miller tovább fejleszti szintén elsősorban hangos film felhasználásra szánva. Bay Zoltán 1937-38-ban az addig csak elektronikus erősítésre használt elektronsokszorozót alkalmassá tette egyedi fény- és gammafotonok, elektronok és alfa-részecskék detektálására is.
A vákuum-fotocellák 90CV cső belső felépítése Egy korszerű, miniatűr fotocella elvi felépítése az ábrán látható. A fémhuzalból készített anódja viszonylag nagy kiterjedésű, 2-3 cm 2 felületű fotókatód előtt helyezkedik el. A fotókatód ma már rendszerint nem külön elektróda, hanem az üvegfal belső oldalára lecsapatott ezüstrétegre párologtatják fel a fotókatódot alkotó alkálifém, vagy alkálifém-oxid réteget néhány µm vastagságban. A fotókatódok anyaguktól függően különböző színű fényre más-más spektrális érzékenységűek. A fotocellák általában kék és vörös fényre érzékenyek. A táblázatban néhány fontosabb fotókatód tulajdonságai láthatóak.
| Jelölés | Anyag | lm/W | λmax
[nm] | | Jelölés | Anyag | lm/W | λmax
[nm] |
| S-1 | Ag-O-Cs | 93,9 | 800 | | S-13 | Cs-Sb | 795 | 440 |
| S-3 | Ag-O-Rb | 286 | 420 | | S-14 | Ge | | |
| S-4 | Cs-Sb | 977 | 400 | | S-15 | Cds | | |
| S-5 | Cs-Sb | 1252 | 340 | | S-16 | CdSe | | |
| S-6 | Na | | | | S-17 | Cs-Sb | 664 | 490 |
| S-7 | Cs-Rb-O-Ag | | | | S-18 | Sb2S3 | | |
| S-8 | Cs-Bi | 755 | 365 | | S-19 | Cs-Sb | | |
| S-9 | Cs-Sb | 683 | 480 | | S-20 | Sb-K-Na-Cs | 428 | 420 |
| S-10 | Ag-Bi-O-Cs | 508 | 450 | | S-21 | Cs-Sb | 779 | 440 |
| S-11 | Cs-Sb | 804 | 440 | | S-23 | Rb-Te | | |
| S-12 | Cds | | | | S-24 | Na2KSb | | |
A fotocella működését a fotocella feszültség-áramkarakterisztikája jellemzi, melyben az egyes karakterisztika vonalak paraméterei a megvilágítás erőssége. A karakterisztika jellege a pentódák karakterisztikájához hasonló. Ha a tápfeszültség meghaladja a 30...50V-ot, a megvilágítás és az áram közötti kapcsolat lineáris. A fotocella érzékenysége, az egységnyi megvilágítás-változás hatására létrejövő áramváltozás az S=∆I/∆F. Szokásos típusoknál 10-50 µA/lm. A vákuum-fotocellák határfrekvenciáját csak az elektróda-távolságok és kapacitások korlátozzák, így 100MHz-ig is alkalmazhatóak.
Ha a fotocellára ellenálláson keresztül egyenfeszültséget kapcsolunk, az ismert módon munka egyenest szerkeszthetünk. A karakterisztika könyökpontja felett a megvilágítás és az áram között lineáris kapcsolat van. A könyökpont alatt az áram a megvilágítástól függetlenné válik. A fotocella munka ellenállásán F megvilágítás hatására a feszültség esés U=sRF. Például: 20µA/lm érzékenységű fotocella 2,5MΩ-os munka ellenállásán 10µlm megvilágításra 0,5mV feszültségváltozás lép fel, mely már a gyakorlati észlelhetőség határán van.
Gáztöltésű fotocellák.
A fotocellák érzékenysége nemesgáztöltéssel fokozható. Az 1 Torr nyomás alatti gáztöltésű fotocella katódjából kilépő elektront az anód villamos erőtere gyorsítja. Bizonyos távolság befutása után az elektron ütközik egy gázmolekulával és ionizálja azt. A gázmolekula pozitív ionra és negatív elektronra hasad szét. A két elektron tovább halad az anód felé, és bizonyos távolság befutása után ismét ütközik. Mindkét elektron ionizál egy-egy újabb gázmolekulát és a továbbiakban már négy elektron halad az anód felé. Így, a lavina hatás révén N számú ütközés hatására 2N elektron érkezik az anódra. A fotókatódból fény hatására kilépő elektronok ionizálják a gázatomokat, ezáltal egyrészt több elektron jut el az anódra, mint amennyi a katódból kilépett, tehát egy erősítés jellegű folyamat játszódik le, másrészt pedig a pozitív ionok semlegesítik a negatív tértöltéseket. Mindkét hatás következtében nő a fotocella érzékenysége. A gáztöltésű fotocellák karakterisztikája 30...40V-nál kisebb anódfeszültség esetén lényegesen nem tér el a vákuum-fotocella karakterisztikájától, mivel ilyen kis feszültségnél még az elektronok nem tudnak olyan mértékben felgyorsulni, hogy ütközéskor ionizációt hozzanak létre. Az ezt meghaladó anódfeszültségek esetén erősítés lép fel, azonban 60...100V-nál nagyobb anódfeszültségnél a fotocella begyújt, a fotocellában állandó gázkisülés jön létre és fénnyel már nem vezérelhető. Az áram nagymértékben függ a feszültségtől, ezért a kényesebb kapcsolásokhoz az anódfeszültséget stabilizálni kell, mert változása jelentős mérési hibát okozhat. A gáz ionok nagy tömegük miatt az anódfeszültség hatására lassabban gyorsulnak fel, mint az elektronok, továbbá az ionizáció kialakulásához és megszűnéséhez 50...200µs idő szükséges, ezért a gáztöltésű fotocella nem tudja tehetetlenségmentesen követni a fény ingadozásait. Váltakozó fénnyel vezérelt gáztöltésű fotocella esetén ezért az áram késni fog a fény változásaihoz képest, és a frekvencia növelésével az érzékenység lecsökken. Határfrekvenciája ezért kb. 5kHz. A gáztöltésű fotocellák érzékenysége 100...200µA/lm, szemben a vákuum fotocellák 10...50µA/lm érzékenységével.
UV-fotocellák, UV-detektorok Az ultraibolya tartományban érzékeny fotocellák alkalmasak a tüzelőberendezések lángjából sugárzott UV-fény érzékelésére. A cső felépítése viszonylag egyszerű. Az UV-sugárzást áteresztő üvegballonba két molibdén fotókatód van beforrasztva, maga a ballon pedig 100 Torr nyomású He-H2 gázeleggyel van megtöltve. UV-sugárzás hatására a fotókatód elektronokat emittál, ami - viszonylag nagy feszültség esetén - a csőben gázkisülést okoz. UV-sugárzás nélkül a gázkisülés nem jön létre, illetve megszűnik. Az érzékenységi tartománya 190...270nm hullámhossz közé esik. A cső működéséhez 250...500V közötti váltakozófeszültség szükséges és megvilágításnál 4...6mA áram folyik a csövön. Az üzemelésnél - mivel a cső elektródái szimmetrikus felépítésűek, vagyis egyaránt lehetnek katódok vagy anódok - váltakozó árammal is működtethető.
Tungsram fotocellák adatai:
| Típus. | Töltet | katód | Méret
∅mm | Méret
h.mm | felület
cm2 | érz.
nm | tápfesz.
[V] | Érz.
[µA/lm] | Sötétáram
[µA] | Kap.
[pF] | Megj. | kép |
| 022 | A | Cs2 | 12 | 28 | 1,2 | 750 r | 100±20 | 115 | 0,05 | 1 | | 1 1. fotocella alak |
| 023 | V | Cs2 | 12 | 28 | 1,2 | 750 r | 100...200 | 20 | 0,05 | 1 | | 1 1. fotocella alak |
| 121 | A | Cs2 | 12 | 43 | 2,5 | 750 r | 100±20 | 150 | 0,05 | 1,5 | ~CE90 | 2 2. fotocella alak |
| 122 | A | Cs2 | 12 | 43 | 2,5 | 750 r | 100±20 | 115 | 0,1 | 1,5 | ~CE90 | 2 2. fotocella alak |
| 211 | A | Cs1 | 19 | 52 | 4 | 850 ir | 100±10 | 150 | 0,05 | 2 | | 3 3. fotocella alak |
| 221 | A | Cs2 | 19 | 52 | 4 | 750 r | 100±10 | 150 | 0,05 | 2 | | 3 3. fotocella alak |
| 222 | A | Cs2 | 19 | 52 | 4 | 750 r | 100±20 | 135 | 0,1 | 2 | | 3 3. fotocella alak |
| 223 | V | Cs2 | 19 | 52 | 4 | 750 r | 100...200 | 20 | 0,05 | 2 | | 3 3. fotocella alak |
| 223/7 | V | Cs2 | 19 | 53 | 4,5 | 750 r | 100..200 | 20 | 0,05 | 2 | ~90CV | 4 4. fotocella alak |
| F223 | V | Cs2 | 20 | 44 | 2 | 750 r | 100..200 | 20 | 0,05 | 2 | CE25V
~58CV | 5 5. fotocella alak |
| 321 | A | Cs2 | 22 | 54 | 3,5 | 750 r | 100±10 | 150 | 0,05 | 2 | | 6 6. fotocella alak |
| 411 | A | Cs1 | 23 | 59 | 6 | 850 ir | 100±10 | 150 | 0,05 | 3 | | 7 7. fotocella alak |
| 421 | A | Cs2 | 23 | 59 | 6 | 750 r | 100±10 | 150 | 0,05 | 3 | | 7 7. fotocella alak |
| 422 | A | Cs2 | 23 | 59 | 6 | 750 r | 100±10 | 135 | 0,05 | 3 | | 7 7. fotocella alak |
| 423 | V | Cs2 | 23 | 59 | 6 | 750 r | 100...200 | 20 | 0,05 | 3 | | 7 7. fotocella alak |
| 914 | A | Cs1 | 28 | 85 | 9 | 850 ir | 100±10 | 135 | 0,05 | 3,4 | 3533,
3541 | 8 8. fotocella alak |
| 917 | A | Cs1 | 19 | 52 | 4 | 850 ir | 100±10 | 150 | 0,05 | 2 | 927, ≠RCA927!
3546PW | 9 9. fotocella alak |
| 922 | A | Cs1 | 19 | 53 | 4 | 750 r | 100±20 | 135 | 0,05 | 2 | ~CE25 | 3 3. fotocella alak |
| 923 | A | Cs2 | 28 | 90,5 | 10 | 750 r | 100±10 | 150 | 0,05 | 3,4 | 868, 923, CE25
3534, 3554 | 10 10. fotocella alak |
| 924 | A | Cs2 | 28 | 85 | 9 | 750 r | 100±20 | 135 | 0,05 | 3,4 | ≠RCA924!
3533, 3541 | 8 8. fotocella alak |
| 925 | V | Cs2 | 28 | 51,5 | 5 | 750 r | 100...200 | 20 | 0,05 | 3,4 | 925, ~CE30V | 11 11. fotocella alak |
| 926 | A | Cs2 | 19 | 52 | 4 | 750 r | 100±10 | 135 | 0,05 | 2 | ≠RCA926!
3530, 3546 | 12 12. fotocella alak |
| 927 | A | Cs2 | 19 | 52 | 4 | 750 r | 100±10 | 150 | 0,05 | 2 | 927 | 9 9. fotocella alak |
| 930 | A | Cs2 | 30 | 63,5 | 6 | 750 r | 100±20 | 135 | 0,05 | 3,4 | 930
~CE30 | 11 11. fotocella alak |
| 2210 | A | Cs2 | 19 | 52 | 4 | 750 r | 100±10 | 150 | 0,05 | 2 | ~90CG | 14 14. fotocella alak |
| 2230 | V | Cs2 | 19 | 52 | 4 | 750 r | 100...200 | 20 | 0,05 | 2 | 3545 | 12 12. fotocella alak |
| 90AG | A | Sb | 19 | 48 | 4 | 500 b | 100±20 | 130 | 0,1 | 1 | 90 AG | 13 12. fotocella alak |
| 90AV | V | Sb | 19 | 48 | 4 | 500 b | 100 | 30 | 0,05 | 1 | 90 AV | 13 13. fotocella alak |
| 90CG | A | Cs2 | 19 | 48 | 3,5 | 750 r | 100±20 | 135 | 0,1 | 1 | 90 CG | 13 13. fotocella alak |
| 90CV | V | Cs2 | 19 | 48 | 3,5 | 750 r | 100 | 20 | 0,05 | 1 | 90 CV | 13 13. fotocella alak |
A - Argon, V - Vákuum, r - vörös, ir - infravörös, b - kék Képátalakító és Képerősítő csövek Ezeket a csöveket többnyire úgynevezett éjjellátó berendezésekben, távcsövekben alkalmazzák, illetve röntgenképek erősítésére is. Az elektronforrás egy speciális anyaggal bevont fotókatód, amiből fény hatására elektronok lépnek ki. A kilépő elektronokat azután meglehetősen magas (10KV-os nagyságrendű) feszültséggel gyorsítva az oszcilloszkóp csöveknél is megismert floureszensz festékkel bevont ernyőbe csapódnak és ott felvillanást okozva alakul ki a kép. A működéséből adódóan a kapott kép a fotókatódra érkező képnek fordítottja vagy is fejjel lefelé áll. Ezt a többnyire az előtétként úgy is, alkalmazott lencséknek köszönhetően végül is megfelelő irányú és kiértékelhető képként jelenik meg. Gondolom különösebben, nem kell ecsetelni a katonai felhasználását. A leírt működés a szakirodalomban a 0. generációs csövekre vonatkozik.  Ezek a csövek nem voltak különösen érzékenyek ahhoz, hogy megfelelő képet adjanak rendszerint valamilyen sugárforrásra is szükségük volt. A fotókatódjuknak megfelelően infra, vagy ultraibolya fénytartományban sugárzó forrás szolgáltatta a fényt úgy, hogy az ne essen a látható tartományba hiszen akkor elveszti előnyét az ellenséggel szemben. Még emlékszem a VT-55A típusú harckocsi vontatóm tornyára szerelt infravörös sugárvetőre, ami igen durva fényforrással volt ellátva (24V/400W ha jól emlékszem). Nappali fényre igen érzékenyek voltak, csak a megfelelő védősapkával -amelyen volt egy pici lyuk- lehetett használni. A főhadnagyom a védősapka eltávolítását testi fenyítés kilátásba helyezésével próbálta elkerülni, ez ugyanis a képerősítő cső tartós megvakulását eredményezheti. Az ilyen csövek érzékenységének fokozására több ilyen erősítő csövet építenek egymás után. Jól példázza ezt a galériában található U-32M (У-32М)Képátalakító és képerősítő csövek; az érzékenység növelésére több egységet építenek egymás utánn, amit jól példáz az orosz (U-32M (У-32М)) éjjellátócső cső.
 A mikrocsatornás képátalakítőcső működése A jelenlegi éjjel látó csövek már MCP-t (Micro Chanel Plate) alkalmaznak, amivel érzékenységük több százszorosa a 0. generációs csövekéhez képest. A jól kiértékelhető képhez már nincs szükségük semmilyen külső fényforrásra. Ezt a már említett MCP segítségével érik el, amely egy kb. 10 µm belső átmérőjű csövecskékből álló lapka. A csövecskék belseje fotonsokszorozóként működik, így a fotókatódból érkező elektronok többszöröse éri el az ernyőt. Az újabb generációs csövekben már két MCP-t használnak, ezzel tovább fokozva az erősítést és tovább növelve a cső érzékenységét.
Foto-elektronsokszorozók, multiplierek.
A foto-elektronsokszorozóban is, hasonlóan a fotocelláknál látottakhoz, fotókatódot világítunk meg, és a fotókatód közelében elhelyezett pozitív feszültségű fémelektród - az úgynevezett dinóda - az elektront felgyorsítja. A felgyorsított elektron beleütközik az első dinódába, amely rendszerint Ag-Mg-OCs bevonatú (vagy Mg-Ag, Cu-Be ötvözetű). Ennek a bevonatnak szekunder emissziós tényezője jóval nagyobb egynél. Így egy-egy elektron a beütközéskor 4-5 szekunder elektront vált ki. A keletkező szekunder elektronok a cső belsejében megfelelőképpen kialakuló villamos erőtérben a második dinóda felé fognak repülni, majd abba ütköznek és ismét szekunder emissziót, váltanak ki. A második dinódából most már hatványozottan több elektron fog a harmadik dinóda felé haladni és így tovább az utolsó dinódához, az anódhoz már minden egyes, a fotókatódból kiinduló elektron hatására több millió elektron érkezik meg.
A jelenség következtében a foto-elektronsokszorozó már igen gyenge fény hatására is számottevő anódáram produkálására képes. Érzékenysége 700A/lm értéket is meghaladhatja. Ekkor az érzékenysége már néhány foton érzékelését is lehetővé teszi. Mivel az egyes dinódák között 100-150V feszültségkülönbségnek kell lennie, a foto-elektronsokszorozó tápáramkörében 1KV nagyságrendű feszültség szükséges, amelynek stabilitása jelentősen befolyásolja a kiértékelés pontosságát. Ahhoz, hogy az erősítés relatív eltérése 1% alatt maradjon, a tápfeszültséget 0,1% pontossággal kell stabilizálni. Az n fokozatú cső G erősítése: G=Ipr.n=In/Ipr.=σn; ahol n a fokozatok száma; In az n-edik fokozat árama; Ipr. a primer elektronáram; σ a szekunder emissziós tényező.
Míg az első foto-elektronsokszorozókat elsősorban a mozifilmek hangjának reprodukálására használták, többek között Bay Zoltán munkásságának köszönhetően ma széles felhasználási területei vannak, úgy mint gammasugárzás mérése és egyéb szcintillátor alapú műszerekben, spektroszkópokban. Határfrekvenciájuk 10MHz körüli érték, leggyakrabban vörös és kék fényre érzékeny katóddal hozzák forgalomba, bár újabban az S-20 trialkáli katód, nagy érzékenysége miatt gyakoribb.
A fotókatód felvihető a bemeneti ablak belső felületére, amikor is félig fényáteresztő képességű kell legyen. A másik megoldás szerint a fotókatód a cső belsejében elhelyezett fémlemezre van felgőzölve. A cső bemeneti ablakának fényáteresztő tulajdonságai hatással vannak a cső tulajdonságaira is, ezért a látható tartományban érzékeny csövekhez boroszilikát üveget, míg az ultraibolya-tartományban kvarcüveget vagy zafírt alkalmaznak.
Az elektronsokszorozóban alkalmazott katódok jellemzői a következők:
- fényérzékenység: a katód fotóelektromos áramának és fényáramának a hányadosa, A/lm-ben kifejezve: Nk=Ik/φ, ahol Ik a sötétárammal korrigált katódáram; φ a 2856K színhőmérsékletű volfrámszálas izzólámpa fényárama;
- sugárérzékenység: a katód fotóáramának és a sugárzásnak teljesítményének a hányadosa, A/W-ban kifejezve;
- abszolút spektrális érzékenység: az állandó monokromatikus fény iránt tanúsított sugárérzékenység;
- kvantumhatásfok: az emittált fotóelektronok és a beeső fotonok aránya, amelyet egy adott hullámhosszon %-ban fejeznek ki. A kvantumhatásfok tehát a katód emisszióképességére jellemző adat, a következő egyenletből határozható meg: QE= Nkr.·(1,24/λ)·100 [%]; ahol Nkr. a katód sugárzásérzékenysége mA/W-ban, λ hullámhosszon, amelyet nm-ben adnak meg.
A fotómultiplier megvilágítás nélkül is szolgáltat csekély áramot, ezt nevezik sötétáramnak. A sötétáram méréssel meghatározható értéke a minimálisan detektálható megvilágítási szintet jelenti. A sötétáram egyik legfőbb összetevője a termikus emisszió, mivel a katód nem csak fény, hanem hő hatására is emittál elektronokat. A konkrét mérési eredményeket korrigálni kell a sötétárammal, ekkor kapjuk meg a fény által keltett fotóáram értékét. A sötétáram csökkentése lehetséges mágneses erőtérrel vagy a környezeti hőmérséklet csökkentésével.[3]
Történelmi áttekintés.
 Bay Zoltán (szül. 1900. júl. 24 Gyulavári (Békés m.) - megh. 1992. okt. 4. Washington) Elemi iskoláit a szülőfalujában végezte, majd Debrecenbe került, ahol a Református Kollégiumban folytatta tanulmányait. Itt ismerkedett meg a XX. század nagy irodalmi egyéniségeivel, mint Illyés Gyulával, Németh Lászlóval, Zilahy Lajossal, Szabó Lőrinccel és Gulyás Pállal is. Bayra nagy hatással volt a művészet és sokáig nem tudott dönteni, hogy a természet- vagy a társadalomtudományokat válassza-e élethivatásul. Amikor megismerkedett Eötvös Loránd fizikus munkásságával döntött a fizika mellett. A gimnázium után Budapestre került, a Pázmány Péter Tudományegyetemen szerzett diplomát. Egyetemi tanulmányainak befejezése után az Elméleti Fizika Intézetbe került oktatóként. 1926-ban a legmagasabb kitűntetéssel szerezte meg a doktori fokozatát fizikából. Disszertációja az átlátszó közegek magnetooptikájának molekuláris elméletéről szólt, mellyel Bay csatlakozott a fizika új fejlődési irányához, az Atomfizikához.
Bay tanulmányai befejezése után 4 évet töltött Berlinben. A német főváros ebben az időben érte fénykorát, ugyanis nem kisebb fizikusok dolgoztak itt, mint Planck, Einstein, Schrödinger, Laue. Itt tartózkodása alatt kutatómunkát folytatott a Phzsikalisch-Technische Reichsanhaltsban, ahol a hidrogénmolekula folytonos színképén alapuló, új, nagyenergiájú ultraibolya fényforrást fejlesztett ki.
1927-30 között a berlini egyetem Fizikai-Kémiai Intézetében dolgozott Bodenstein mellett. Itt végzett kísérletével bizonyította be először spektroszkópiai úton, hogy az aktív nitrogéngáz szabad nitrogénatomokat tartalmaz. Az eredmények elismeréseként Bayt kinevezték a szegedi egyetem Elméleti Fizika Tanszékének oktatójává. Oktatói tevékenységén kívül a nagyfeszültségű gázkisülésekkel foglalkozott.
De nem csak oktatott, kísérletezett, hanem Laue berlini vitaüléseinek mintájára rendszeres fórumokat szervezett az elméleti és kísérleti fizika aktuális problémáiról.
A gázkisülések vizsgálata után az elemi részecskék számlálása felé fordult figyelme.
Bay míg Szegeden tevékenykedett barátságot kötött Riesz Frigyessel, Haar Alfreddal, s nem utolsó sorban Szentgyörgyi Alberttel.
1936-ban a kutatómunkát Budapesten a Tungsram Laboratóriumban és a Budapesti Műszaki Egyetemen folytatta. E labornak a többivel ellentétben rendkívüli előnyei voltak. Az anyagiakra nem lehetett panasz, se a jól képzett gárdára.
Számos szabadalmat jelentett be a labor vezetőjeként:- nagyfeszültségű gázcsövek
- fénycsövek és elektroncsövek kifejlesztése
- elektrolumineszcenciára vonatkozó szabadalom
- rádió-vevőkészülékek áramköreinek kifejlesztése
- deciméteres rádióhullámú technika
1938-ban megszervezte a BME-n az Atomfizika tanszéket a Tungsram támogatásával.
De emellett folytatta kísérletsorozatát, melynek eredménye:- elektronsokszorozás elvén alapuló részecskeszámláló
- első radarkapcsolat létrehozása a Holddal
1946 és 48 között tudományos munkásságának elismeréséül megválasztották a Magyar Tudományos Akadémia Matematikai és Természettudományi Osztálya elnökének.
A csillagászat iránt mindig is érdeklődött, s mindig kellemes emléket jelentett számára mikor visszaemlékezett arra, hogy 10 évesen láthatta a Halley-üstököst. Egyetemi évei alatt távcsövet épített, megfigyelhette a Jupiter holdjait, megismerte a csillagképeket és a Hold tájait. Így nem is csoda, hogy mikor megismerte a mikrohullámú radartechnikát, rögtön az ötlött a fejébe, e technikával ki lehet jutni az űrből és el lehet érni a Holdat. Kidolgozott egy elvi megoldást, amitől nem tért el a nehézségek ellenére sem, s végül 1946.02.06-án kijelenthették, "megradarozták" a Holdat. Habár már egy hónappal előtte az Egyesült Államokban hasonló eredményre jutottak, de ez nem csökkenti Bay és társai érdemeit, elvégre ők a háborús időkben, az amerikaiakénál nehezebb körülmények között végezték kísérleteiket, s szűkösebb anyagi keret állt rendelkezésükre is. A radarcsillagászat történetírói Bayt e tudományág szülőatyjának tartják és nevezik.
1948-ban elfogadta a George Washington Egyetem meghívását és az ottani egyetemen a kísérleti fizika professzora lett. Hamarosan a gyorskoincidencia-kísérletekkel kezdett foglalkozni. Emellett Szentgyörgyi Albert mellett biofizikai problémákkal is foglalkozott.
Bay Zoltán egyesült államokbeli kutatói tevékenységének legfontosabb mérföldköve kétségkívül a Nemzeti Szabványügyi Hivatal volt, ahol a fizikatudományok más területein folytatta tanulmányait. 1955-től 1972-ig dolgozott itt. Mikor a lézer bevonult a kísérleti fizikába, ő is érdeklődéssel fordult feléje. A fénysebesség mérésének új lehetőségét látta ezen eszközben. S ez lett a méréstan új mérföldköve is. Publikációiban kitartóan harcolt a fénysebességen alapuló egységes idő-hosszúság standard bevezetéséért. Bay maga is megjegyezte, hogy eddigi pályafutása során soha nem ütközött ekkora ellenállásba, mint a standardizálási rendszer.
A 70-es években sorra érik a kitüntetések a világ nagy egyetemein. A Magyar Tudományos Akadémia és az Eötvös Loránd Fizikai Társulat is tiszteletbeli taggá nyilvánította. 1981 májusában tartotta székfoglalóit, melyek a radarcsillagászatról, a speciális relativitáselméletről és a fénysebesség állandóságáról szólt.
Bay már 1965 óta harcolt az új mértékegységrendszer bevezetéséért, s 1983-ban végre be is következett ez. A Súlyok és Mértékegységek Nemzetközi Konferenciája Párizsban tartotta 17.-ik ülését, ahol elfogadták az egységes rendszert és megállapították: A méter a fény által a vákuumban a másodperc 1/229792456-od része alatt megtett út hossza.
1990-ben, 90. születésnapján Gyula város tiszteletbeli polgárává választották, s átvehette a Magyar Köztársaság Rubintokkal Ékesített Zászlórendjét. 1992. Október 4-én Washingtonban hunyt el. Végakarata szerint hamvait hazaszállították és szülőföldjén, Gyulaváriban temették el 1993.április 10-én.
1996. szeptember 9.-én került sor Bay Zoltán szobrának avatására. Munkásságáról megemlékezett Nagy Károly, a Magyar Tudományos Akadémia Fizikai Tudományok Osztályának elnöke, Csapody Miklós a Tungsram Rt. alelnök igazgatója és Mészáros Rezső, a József Attila Tudományegyetem rektora. Szobra megtekinthető Szegeden, a Panteonban (Dóm tér) sok más híres magyar kutató szobrával egyetemben.[6,7]
|
Képfelvevőcsövek, kameracsövekAz elektronikus kamerákban is a fotó effektuson alapuló, úgynevezett képfelvevő csöveket alkalmaznak. Ezek a csövek azonban katód sugárral működnek és ennek megfelelően a katódjuk nem hideg. Működésük sokkalta inkább az elektronsugárcsövekéhez hasonlatos, azzal a különbséggel, hogy itt nem képet rajzoltatnak az ernyőre, hanem a lencséből az ernyőre vetülő képet képpontonként az elektronsugár segítségével alakítják elektromos jellé.
 Az első ilyen képfelvevő cső az ikonoszkóp volt, célszerű a működését az ábra alapján, azon megvizsgálni. Tehát a felvenni kívánt kép a lencsén keresztül fókuszálódik és vetül a képfelvevőcső belsejében található úgynevezett jellemezre. A jellemez egy fotó elektromos tulajdonságokkal, rendelkező anyaggal bevont lemez, amely fény hatására megváltoztatja tulajdonságait. Régebben ellenállás és kapacitás kombinációjaként fogták fel, ahol a megvilágítás ellenállás-változást okoz. A parányi kapacitások töltése így az ellenállás nagyságának függvénye. A jeláram nem más, mint ezeknek a kapacitásoknak a kisütő árama. Újabban az egészet, mint félvezetőt fogják fel, és azt mondják, hogy a megvilágítás következtében ott elektromos térerőség jön létre, amely az elektron-lyuk párok elektronjait az áttetsző jellemez felé, a lyukakat pedig a fotóvezető réteg hátoldala felé áramoltatja. Ez képpontonként arányos a megvilágítás erősségével. Ezeket a képpontokat semlegesíti a letapogató elektronsugár. A semlegesítés közben áram folyik a jellemezen, és ez nem más mint a jeláram. Ez a jeláram okoz feszültség esést a munkaellenálláson. Mint ahogyan a képen is jól látszik az elektronsugarat mágneses eltérítéssel kényszerítik pásztázásra. A későbbi csöveknél a fókuszálást is mágneses úton valósítják meg.
Mint ismeretes az első képfelvevő csövet 1923 körül egy amerikai feltaláló építi meg a neve: Philo Tayler Farnsworth. Farnsworth csöve az Image Dissector cső. Ez a cső igen érzéketlen volt így csak diafilm és film átírására használták érdekessége, hogy hidegkatódos cső volt. A hatalmas megvilágítási igénye miatt gyorsan kiszorult a TV távközlésből. A televíziózás számára is használható képfelvevő csővel először az amerikai RCA állt elő (RCA1848) ami az Ikonoszkóp volt, amely Tihanyi Kálmán 1926-ban szabadalmaztatott rádiószkóp találmányára épült. Az ikonoszkóp következő generációja az Emitron vagy szuper ikonoszkóp volt. Ez az 1936-ban Lubszinsky és Rodda által kifejlesztett cső 10-szer érzékenyebb volt az addigi ikonoszkópnál. 1938-ban Harley Ambrose Iams and Alberts Rose (RCA) kifejleszti az orthikont (Image Orthicon - RCA 5820Az RCA 5820 ). Ez a cső az ikonoszkóp és az Image Dissector házasságából jön létre, mégpedig olyan módon, hogy egy sokszorozót használ a cső érzékenységének megnövelésére. Ezt a csövet használták fel az első televíziós adás beindulásakor. A későbbiekben ezt is tovább fejlesztették, amiből is, a szuper orthikon lett. Az orthikon család azonban meglehetősen drága volt még a professzionális felhasználás számára is, ezért 1950-ben megjelenik a vidikon, és mindenütt teret hódít, ahol nem volt szükség az orthikon tudására. A vidikon és társainak diadal menete a '70-es évek elejéig töretlen, amikor is megjelennek a félvezető alapú (CCD-s) képfelvevők. Az első színes kép felvételére is ajánlott képfelvevőcső az Image Orthicon családjából került ki 1954-ben (RCA 6474). Az RCA vidikonjának számos vetélytársa akadt, amelyek nevei teljesen változatosak és általában a fotó réteg anyagában térnek el. A Vidicon fotó rétege Sb 2S 3, míg a Plumbikon (Philips) PbO (PbO-S) anyagot használ, vagy a Saticon (Hitachi, Thomson, Sony) SeAsTe, valamint Newicon - X-Con (Teltron,Matsushita) ZnSe-ZnC. Léteztek még ezeken kívül is Premicon (Thomson), Trinicon (Sony) - speciális függőleges csíkú színszűrőt használt -, Chalnicon (Hamamatsu), Pasecon (CdSe) és a Resisthron (Heimann) is.
Történelmi áttekintés.
 Tihanyi Kálmán (szül. 1897. Üzbég - megh. 1947. feb. 26. ) 1913-ban befejezi Pozsonyi Elektrotechnikai Szakiskoláját, és ekkor adja be első szabadalmi kérelmét találmányára a Zsebkészülék a fényképészeti lemezek fénynél való kezelhetőségére. Egy évvel később egy bécsi cég vásárolta meg másik találmányát mely az utcai lámpák központi drótnélküli kapcsolását tartalmazta. 1915-ben érettségizett Vácott. 1916-ban önkéntesként vonul be a hadseregbe. Itt két találmányát is megvalósulás követi. Feljegyzései szerint a televíziózás 1917-től katonáskodása idejétől foglalkoztatta. A megoldásra 1924-ben jön rá, és ekkor Pestre költözik. A Magyar Királyi József Egyetem hallgatója. 1925-ben terjedelmes cikkben teszi közzé nyolchónapos kísérletezésének eredményeit, melyben leírja, hogy ezen eredmények segítségével elérhető az 1/400 000 000 másodpercnyi változások követése is. 1926-ban nyújtja be első a televízióra vonatkozó bejegyzését Radioskóp címmel. 1927-ben hozzá kezd a megvalósításhoz. 1928 június 11.-én illetve 1928 július 10.-én Magyarországon és Németországban szabadalmaztatja és egy évvel, később ezekkel az elsőbbségekkel jelenti be találmányát Angliában, Franciaországban és Amerikában. 1928 júniusában érkezik meg Berlinbe, ahol több céggel is felveszi a kapcsolatot. Tárgyalásba kezd a Telefunken, Siemens, Telefonfabriken és a Loewe igazgatóságával és vezető szakembereivel. Ebben az időben a nagy cégek laboratóriumaiban mindenütt a mechanikus képátvitellel foglalkoznak. A Telefunken és a Siemens-el is biztatónak indulnak a tárgyalások de, mindkét cég végül is a mechanikus képátvitel mellet dönt. A jó viszony azonban 1929 végéig még Berlinbe tartja. A Loewe céggel televíziós-képcsövéről tárgyalnak, amelyet később meg is vásárolnak és ki is fejlesztik. Mind eközben saját laboratóriumában két öccsének segédletével elkészíti első kísérleti képfelvevőcsövét. Szintén ebben az évben alakul ki benne televíziójának katonai alkalmazásának lehetősége is, amelynek prototípusára szerződést köt az angol Légügyi Minisztériummal. Ennek hatására Londonba költözik, ahol két évig marad, majd 1931 végén Genovába költözik - az angol kísérletek, és fejlesztés fenntartása mellett megkezdi a készülék haditengerészeti kidolgozását. Az RCA 1930 közepén kereste meg, szinte rögtön, azután ahogy az amerikai katonai attasé jelentkezett nála a különleges új kamera/légitorpedó iránt érdeklődve. Az RCA-val megkezdett tárgyalások 1931-re bontakoznak ki, miután felfedett előttük néhány titkot találmányából. Ekkor már tud a találmányai alapján megkezdett kísérletekről is, amit az RCA újonnan szervezett laboratóriumában folytatott Zworykin vezetésével. Zworykin ennek hatására november 13.-án szabadalmaztatja kameráját "Iconoscope" néven jó lehet az amerikai szabadalmi hivatal több lényeges pontot, megtagad tőle hivatkozva Tihanyi 1929-es szabadalmára. 1934 végén szerződést köt az RCA-val. 1936 tavaszán visszaköltözik Berlinbe. Ikonoszkópjának a Telefunken által készített prototípusa a Berlini Olimpiát közvetítő három kamera közül messze a legjobb minőségű. 1937-ben értesül arról, hogy érdemei elismerésében valami nincs rendben. Szeptemberben szabadalmaztatott új képcsövét -valószínűleg már emiatt- nem amerikai cégnek ajánlja fel, amit a Fernshe AG hamarosan meg is vásárol. Mire rájön, hogy érdemeinek csak jogi úton szerezhet érvényt a háború közbe szól. 1940-ben haza költözik az akkor már kidolgozott akusztikai sugárvető terveivel, ennek megvalósítására 1941 végére laboratóriumot állítanak fel. Munkatársait a munkaszolgálatosok közül választja. 1943 második felére a helyzet egyre feszültebbé válik. 1944 április 5.-én Őt és munkatársait letartóztatják. Szabadulása után visszatér napi 16-17 órás munkához és az ellenálló bajtársaihoz. 1947 telén elszenvedi első szívrohamát, melyet még túlél, de az 1947 február 26.-án bekövetkező következő szívroham már elragadja az élők sorából.[5]
|
Hogy legyen fogalmunk egy ilyen eszköz paramétereiről az alábbiakban,
a PCT254PCT254 Tungsram Vidikon -es Tungsram gyártmányú vidikon adatai: | Fűtő feszültség: | 6,3V | | Fűtőáram: | 0,3A |
g1 zárófeszültség: | -30 … -125V | | g2 feszültség: | 300V | | g3, anód feszültség: | 300V | | jellemez fesz.: | 0 – 125V | | Kioltó feszültség a g1-en: | -40Vpp | | Kioltófeszültség a katódon: | 15Vpp | | Jeláram ha a megvilágítás 30 lux a fényérzékenyrétegen: | 0,15 … 0,25µA | | Fókuszáló mágnestér erőssége a tekercs középpontjában: | 35 – 40G. |
Vidikon fejlesztés és gyártás Magyarországon.
A vidikon gyártás hazánkban már az 50-évek végén felmerült. A viszonylag nagy bonyolultságú és csúcstechnológiát igénylő feladat megoldására azonban csak külső segítséggel lehetett számítani. Csodálatos, hogy ebben az embargóval is sújtott időszakban, egy világhírű vidikon gyártó céggel sikerült kapcsolatot teremteni licenc és know-how átadására. Az történ ugyanis, hogy Dr. W Heimann professzor hazánkba járt vadászni és mivel tulajdonosa volt a róla elnevezett wiesbadeni vidikongyárnak, érdekeink közössé váltak.
A tárgyalások 1960. augusztus 4-én kezdődtek, melynek eredményeként megszületett az együttműködési szerződés. A gyártás előkészítését a TKI szakembereivel az ME-osztály mérnökei végezték. Az új üzem vezetését a fotocellagyártás szakértője Viktor Hédire bízták.
Az üzem a Tungsram közelében lévő Irányi Dániel utcában épült fel. Ebben a részlegben üzemelt párhuzamosan a GM-csőgyártás is. A vidikon gyártáshoz nagytisztaságú szobákat kellett felépíteni és minden tekintetben magas szintű technológiát kellett megvalósítani.
A termelés 1961-ben elindult. A gyártott PCT254 vidikon minősége megfelelt az elvárásoknak. A stúdióminőség ellenére is túlfedezte a hazai igényeket. 1965-ig nem sikerült elérni a kereslet emelését, így a gyártást a szakemberek és a hazai ipar kárára még ebben az évben le is kellett állítani. Az ismeretek birtokában a TKI szakemberei élen Barla Endrével és munkatársaival a PCT254 körszerűbb változatát is elkészítették, de sikeresen kifejlesztették az akkor titkosan kezelt IT02 sötétbennlátáshoz használható úgynevezett nuctovisort is.
A Heimann cég, később ismét felkereste a Tungsram-ot és 1976-ban 40000 db-os vidikon gyártást kívánt közösen létesíteni hazánkban. Ugyanebben az időben kereste meg a Tungsram-ot a Medikor is röntgen-képerősítőcső hazai gyártása végett. Számos tanulmány és beadvány készült eredménytelenül, mert amit egyszer abbahagytunk már nem lehetett többé feltámasztani. [12 a szerző engedéjével közölve]
Máshol azonban a képfelvevőcsövek fejlesztése nem állt le napjainkban sem, mert számos orvosi, ipari alkalmazás illetve űrkutatási feladat képfelvevőcsöves megoldásokat használ, ahová nem tudott eddig betörni a félvezető.
| | |
