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光电效应起主导作用。光电效应是射线在生物体中失去能量的一种方式。当射线进入生物体, 并与生物体原子的内层电子相互作用, 将其全部能量转移给一个电子, 使这个电子以一定的速度从原子的壳层中脱出, 而光子本身消失, 脱出原子叫 做光电子。
在诊断中产生的光电效应, 它能使照片影像质量好, 其原因是① 不产生散射线, 减少照片的灰雾② 可增强组织的对比度。由于人体的一些组织比其它组织能吸收更外的X射线, 这样才产生了射线影像的对比度。显然, 邻近组织吸收X射线的差别愈大, 其对比度愈高。而光电效应的几率与原子序数的三次方成正比, 所以光电效应能扩大不同元素所构成组织间吸收射线的差别。例如骨骼和其它组织, 在时, 由于发生光电效应, 骨骼吸收的X射线约倍于软组织。为了进一步利用光电效应, 放射学家常注入高E物质或是无毒性的、能产生合适的对比度、有适当的粘度、并且有合适的持久性的造影剂到身体不同的部位。有机碘常被注入血液以显示动脉有时将含碘油雾喷入肺脏以显示气管放射科医生让病人口服钡化合物去查看胃肠道的上部和钡灌肠去观察消化系统的另一端从照片的质量看, 光电效应是很有好处的, 但从被检者接受的X射线剂量来看, 光电效应又是很有害的。因为被检者从光电效应中接受的射线能量太多, 每一个入射光子的能量通过光电作用全部被人体吸收了。为了保护病人, 尽量减少或避免辐射对人体的伤害, 就应设法减少光电效应的发生。因为光电效应的发生几率与光子能量的三次方成反比, 利用这个特性我们在实际工作中可采用高千伏高能量照像技术, 以减少光电效应的发生几率, 从而保护被检者。但能量不能无体止的增加, 因随射浅能量的炭高, 射线透过生物体的比率增加。如呆采用高能射线光电效应的发生几率减少, 则放射科医生只能依靠康普顿散射来增加对比度, 射线的用处将大为减少。因为康普顿效应仅取决于生物体的密度, 骨骼的密度约两倍于软组织, 采用高能射线在底片上仍能看见骨骼, 但衬比度低。总之, 在诊断放射学中要根据生物体的不同部位, 选择不同能量的射线, 以及不同高原子序数的生物体, 来合理的控制和利用光电效应的发生。
3. 3. 4在军事中的应用
如今利用光电效应制作的各种作战仪器已广泛于军事之中，具有如下几种： 1、 红外夜视仪(热像仪)
通过光电导材料,热像仪中的红外光可变成可见光,即将红外图像转化为可见光图像,以便作战人员观察夜间战场情况。这一过程分为两步进行:首先是使用对红外辐射敏感的红外光电导探测器,把红外辐射信号变成电信号,该信号的大小正比于红外辐射的强度;其次是通过电视显像系统将电信号显示于电视屏幕上。
热像仪是当代夜视技术发展的最高水平,广泛应用于各类红外观察仪、红外热瞄
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器、坦克上的潜望仪器、带光测距机、火控系统与跟踪系统之中,具有隐蔽性好、抗干扰性强、分辨率高、全天候性等优点。
2、导弹系统中的制导装置和反导弹系统中的预警装置
红外光电导摄像管是红外制导导弹的眼睛。许多军事目标(飞机、坦克、军舰等) 都装有大率发动机,其动力部分是强大的红外辐射源,可形成红外制导导弹的目标控制信号。当信号被导弹接受后,经处理去驱动导弹的控制系统,在红外光电导摄像管的协助下,不断矫正导弹的飞行方向,逼近目标并加以摧毁。
用导弹拦截导弹,关键在于传感器准确及时地探测、跟踪目标。由对红外光响应速度快、灵敏度高、有较高响应率的光电导材料制成的红外光电导探测器,可安装在预警飞机或预警卫星上,能准确及时地探测、跟踪敌方导弹尾焰的红外辐射,是反导弹系统预警装置中的重要组成部分。
红外光电导制导、探测技术具有不易受干扰、定位准确率高、结构简单、成本低、可探测超低空目标等优点,但受气象条件的影响比较大,往往要和雷达配合,以便取长补短。目前,许多地空导弹是雷达—红外双模制导导弹。
有趣的是,光电导效应同样应用于隐身技术。通过光电导探测器来测量背景的红外辐射情况,然后抑制目标的红外辐射,或改变目标的热形状,从而达到目标和背景的红外辐射不可区分的隐身效果。
3. 3. 5其他应用
在教育教学方面,光电导摄像管可广泛地应用于学校教育教学的监督和管理评价工作之中。电导材料应用于扫描仪、复印机、投影仪,给学校的教学和人们日常的学习和交流带来方便。
在科学研究方面,利用红外光电导,可以遥感物体表面温度、无损探伤、气象遥感、地学遥感等。总之,光电导传感和遥感技术对于自动控制、机电一体化十分重要,在核技术、航天技术、能源技术和自动化技术等工作领域发挥着巨大的作用。
3.4光电效应应用前景与展望
1）外光电效应
如今外光电效应的应用主要体现在光电倍增管。而近些年得到广泛应用的MCP-PMT，金属封装PMT，多通道PMT代表了光电倍增管的最新研究进展[10]。它的特点包括以下几个方面。（1）高量子效率，高灵敏度，高响应速度，探测波长向红外延伸。
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某些型号PMT光谱响应范围可延伸置1200nm。（2）采用金属封装，多通道结构，提高有效光电面积。已有的平板型PMT，其有效光电面积可达89％。（3）采用平板化、多阳极技术，可以小型化，具有二维高分辨率。已有的10×10道阳极， ?44的MCP-PMT 厚度仅有14.8mm。（4）努力降低暗电流和自身噪声，减少放射性物质。暗电流最小可达0.5nA，自身噪声可减置5个暗计数/cm2sec。（5）将电子管真空技术与半导体技术，微细加工技术，电子轨道技术和周边电路技术相结合。HPD(Hybrid Photo Detector)就是一种结合了电子管真空技术与半导体技术的复合器件。光电转换后的电子经过电场加速,直接照射在CCD或APD上,引起“电子入射倍增效应”。（6）使用简单化，价格降低。
2）光伏效应
光伏效应的应用最有前景的莫过于光伏特电池。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势,成为关注重点。因而对于光电池来说还有较大的成长空间。照射在地球上的太阳能非常巨大,大约40分钟照射在地球上的太阳能,便足以供全球人类一年的能量消费。而从太阳能获得电力,可以通过光伏特电池进行光电变换来实现。但要使太阳能发电真正达到实用水平,一是要提高太阳能光电变换效率并降低成本; 二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。相信随着科学家对光伏特电池的进一步深入研究，太阳能的光电变换效率将会提高，成本会降低，进而光伏电池的实用水平大大的得到提高。
3）光电导效应
光电导效应的应用主要体现在光电导材料的应用，而探测、传感技术的发展离不开高性能的光电器件材料。在今后一段时内,响应速度更快、响应效率更好、灵敏度更高、响应频率更宽的高性能光电导材料,将是光电导技术研究的主要发展方向。展望未来,在光电子技术的革命中,光电导材料会在光学、集成光电子学和分子电子学领域发挥重大作用。
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结论
通过对光电效应的探讨，了解到光与电转化的本质过程，由于光具有波粒二象性的（即波动性和粒子性），本质上无法从经典物理角度进行解释，爱因斯坦的光量子假说给予该现象以完整解释，并在数学上给出了光电方程予以描述。从量子层面看光电效应，实际上是光量子与电子相互作用，进行能量的转换，发生物质状态的改变。根据光的产生机制可以知道，光子是具有特定频率(即能量)的不连续的微粒，在与电子发生作用时仅有处于某特定频率以上这一部分的光才会产生光电效应。因此当前光电效应存在的主要问题是效率问题，如何提高光电效应的转化效率是我们今后所面临的一个极其重要而又紧迫的研究课题。
光电效应的发现和研究有力的推动了社会的发展，利用外光电效应制作的光电倍增管是将弱光信号转变成电信号不可或缺的传感器，广泛使用在众多高新探测技术中，如各种光谱仪，光子相关仪，光子计数器，红外探测仪，表面分析仪等场合。基于光电导效应原理的光敏电阻广泛应用于自动控制、光电跟踪、照相机的自动曝光、导弹制导、光报警装置、人体病变探测、红外通信等工作中。利用光伏特效应原理制作的光伏电池为人类将清洁的太阳能转化成电能提供了理想的途径，使得人们能够更加广泛的利用太阳能，总的来说光电效应已广泛应用到众多领域当中。
在光电效应的应用领域中，除了对已有的电子器件进行不断的改进提高外，主要的研究内容在光伏电池方面和光电导材料方面。光伏电池使太阳能转化成电能成为可能，但是如何实现更有效的转化仍然是人类研究的课题。另外探测、传感技术的发展离不开高性能的光电器件材料。在今后一段时间内,响应速度更快、响应效率更好、灵敏度更高、响应频率更宽的高性能光电导材料,将是光电导技术研究的主要发展方向。人类已经进入信息时代,半导体和微电子技术无疑是信息社会的核心技术之一。展望未来 ,在光电子技术的革命中,光电导材料会在光学、集成光电子学和分子电子学领域发挥重大作用。在语言和图像的识别中,在复杂情况下作出判断的人工智能以及神经网络和模拟人脑等方面的发展中,半导体微电子技术和光电子技术仍将是未来科学技术革命的主要内容,作为一种性能不断优化的基础元器件,光电导材料将会作出巨大的贡献。
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参考文献
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[10] 李炜．光电倍增管（PMT）研究进展及应用——记2004年北京HAMAMATSU
技术交流会.
http://bmp.xjtu.edu.cn/zljs/12.doc
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