O‘zbekiston respublikasi o‘zbekiston oliy ta’lim, fan va innovatsiyalar vazirligi farg‘ona davlat universireti fizika-texnika fakul’teti

2-Bob. O‘ta yupqa gaz razryadi yacheykasidagi elektrofizik jarayonlar.


2.1. Gaz razryadli yacheykada o‘tayotgan fizik jarayonlar.
Gaz razryadli yacheykadan o‘tadigan tokning xosil bo‘lish mexanizmi, platina bilan legirlangan kremniy elektrodiga ega gaz razryadli yacheykadagi fotoelektrik effekt va infraqizil diapazon uchun oltingugurt bilan legirlangan kremniy yarimo‘tkazgich elektrodga ega yuqori sezgirlikni taminlaydigan yarimo‘tkazgichli fotografik ionizasion kamerani yaratish prinsiplariga bag‘ishlangan tadqiqotlar natijalari keltirilgan. Chet el va mamlakatimizda chop etilgan materiallar taxlili shuni ko‘rsatadiki, shu vaqtgacha gaz razryadi yacheykasida elektr tokining xosil bo‘lishi va o‘tishining fizik mohiyati ochilmagan, shu bilan birga fotografik kameraning termoelektr sovutgich temperaturada ishlab, infraqizil nur fotografiyasini ta’minlaydigan analogi yaratilmagan. Ushbu bobda keltirilgan tadqiqot natijalari yuqoridagi muammoni qisman xal etadi. Oxirgi vaqtlarda yarimo‘tkazgichli yassi elektrodga ega gaz razryadli yacheyka, fotoelektronika sohasining qayd etiladigan optik va infraqizil nurlarida hamda to‘lqin uzunlikning uzoq infraqizil sohasida ob’yektlar issiqlik maydonining tasvirini xosil qilish borasida o‘zining keng tadbiqiga ega bo‘lmoqda. Yarimo‘tkazgichli fotografik ionizasion kameraning gaz razryadli yacheykasi qalinligini kamayib borishida, elektr tokining fazoviy barqarorligi, gaz bosimining kichik diapazoni bo‘ylab kuchlanish tushuvining yo‘l qo‘yilgan qiymatlarida sezilarli kengaydi. 1 Torr bosim va 273 K temperatura sharoitida elektronlarning erkin chopish yo‘li, atom va molekulalar bilan 10^-15 -10^-16 sm² ko‘ndalang kesimli yuzada elastik to‘qnashuv bo‘lganda 2800-280 mikrometrga teng bo‘ladi, ionlar uchun esa bu ko‘rsatgich yanada kichik. O‘ta yupqa qalinlikka ega gaz ryazryadli yacheykada elektronlarning harakati davomida zarbiy ionizasiya ehtimolligi ortadi, zaryadlarning oraliqdagi uzatilishi esa effektivroq bo‘ladi. Boshqa tomondan tabbiy yondoshish mumkinki, kuchli elektr maydonida gazdagi tokning xosil bo‘lishida asosiy rolni fotoelektroddan bo‘ladigan avtoelektron emissiya o‘ynaydi. Bunda zaryad tashuvchilarning girdobli ko‘payishini taminlab beradigan boshlang‘ich zaryadlar konsentrasiyasi ortib boradi. Yupqa gaz oralig‘idagi elektr teshilish mexanizmini va zarbiy ionizasiya bartaraf etiladigan, boshqacha aytganda, yetarli darajadagi yuqori vakuum bo‘lganda, avtoelektron emissiyaning rolini aniqlash uchun ionizasion tizimning gaz razryadli yacheykasida tajriba o‘tkazildi. Ushbu maqsadda GaAs fotoelektrodli yacheyka 10^-5 Torr bosimgacha gazi so‘rib olingan, polistiroldan yasalgan miniatyur kameraga joylandi va VAX o‘rganildi. Yarimo‘tkazgichli fotoelektrod yoritilganda grafikning qiyaligi (o‘rganilgan parametrlar chegarasida) o‘zgarmay qoldi, ammmo tok qiymati yoritilganlikka bog‘liq xolda ortib bordi, ya’ni avtoelektron emissiya tokiyarimo‘tkazgichning qarshiligiga bog‘liq bo‘lib, uni yoritilganlik orqali boshqarish mumkin. Avtoemissiya tokining zichligi ancha yuqori. U = 1 kV kuchlanish va fotoelektrod bilan shisha plastinka (sirti SnO₂ bilan qoplangan) oralig‘i 10 mkm bo‘lganda avtoelektron emissiya toki 2,5×10^-7 A/sm² qiymatga ega bo‘ldi. Razryadli oraliqning aylanadan iborat qirg‘oqlari keltirib chiqaradigan «chegaraviy effekt» maxsus o‘rganildi. Bu maqsadda, o‘tayotgan tok maydon yuzasini chegaralaydigan dielektrik qatlamdagi tirqish r radiusining emissiya tokiga bog‘liqligi o‘rganildi. Ushbu tajribadan kutish mumkin ediki, xar qanday sababda tok tirqish sirti (perimetri) bo‘ylab o‘tayotgan bo‘lsa, tirqish diametri orttirilganda tok qiymati tirqish radiusiga chiziqli bog‘lanishda ortgan bo‘lar (chegaraviy effekt) edi. Agar tok bir tekisda tirqish yuzasi bo‘ylab oqayotgan bo‘lsa, tok qiymati radius kvadratiga bog‘liq bo‘ladi. Tajriba natijasi 11-rasmda lg(lg(r)) masshtab bilan keltirilgan, ko‘rinib turibdiki, kuchlanishning ikkita har xil qiymati uchun olingan grafikning qiyaligi kvadrat bog‘liqlik qonuniga mos keladi. Bu natija razryad tokining tirqishni ko‘ndalang kesim yuzasi bo‘ylab oqishini va chegaraviy effektning mutloq yo‘qligini ko‘rsatadi.
Ushbu va boshqa olingan natijalarga tayanib, termoelektrik sovutgich temperaturasidan suyuq geliy temperaturasigacha intervalda ishlay oladigan yarimo‘tkazgichli fotografik ionizasion kamerani yaratishga muvaffaq bo‘lindi. Ushbu yarimo‘tkazgichli fotografik ionizasion kameraning tashqi ko‘rinishi 12-rasmda, uning konstruksiyaviy tuzilishi esa 13-rasmda keltirilgan. Rasmda quyidagi belgilashlar amalga oshirilgan: 1 – yarimo‘tkazgichli fotoqabulqilgich, 2 – gaz razryadli tirqish, 3 – tok o‘tkazadigan shaffof elektrod, 4 – voloknali optik element, 5 – gaz to‘ldiriladigan kamera, 6 – gaz to‘ldiriladigan kameraning kirish darchasi, 7 – gaz to‘ldiriladigan kameraning chiqish darchasi, 8 – gaz so‘rib olinadigan va gaz qamaydigan kran, 9 – Dyuar idish, 10 – ichi bo‘sh sovutgich, 11 – ichi bo‘sh sovutgichning vakuumli qoplamasi, 12 – Dyuar idishning vakummli qismi, 13 – Dyuar idishdan gaz so‘rib oladigan kran, 14 – vakuumli qoplamaning kirish darchasi, 15 – vakuumli qoplamaning qopqog‘i.
Yaratilan yarimo‘tkazgichli fotografik ionizasion kamera boshqa shu sinfga mansub qurilmalarga qaraganda yuqori sezgirlikni ta’minlab berdi. Misol uchun, ushbu kameraga joylashtirilgan platina bilan legirlangan kremniy fotoqabulqilgichi 85÷95 K temperatura diapazonida kuchaytirish bo‘lmagan xolatda S = 1/(J·t) = (0,4-0,5)·10⁷ sm²/Dj sezgirlikni, elektro-optik o‘zgartirgichli (EOO‘) kuchaytirgich bo‘lganda esa (0,4-0,5)·10⁹ sm²/Dj sezgirlikni infraqizil nur λ = 1.2÷4.2 mkm diapazoni sohasida ta’minlab berdi, o ltingugurt bilan legirlangan kremniy fotoqabulqilgichi esa 65÷75 K temperatura diapazonida kuchaytirish bo‘lmagan xolatda S = 1/(J·t) = 5·10⁸ sm²/Dj sezgirlikni infraqizil nur λ = 2.4÷6.9 mkm diapazoni sohasida ta’minlab berdi. Yaratilgan yangi kamerada (ris. 12) tokning temperaturaga bog‘liqligi o‘rganildi, 14-rasmda ko‘rsatilgan temperatura diapazonida platina bilan legirlangan kremniyda va 15-rasmda ko‘rsatilgan temperatura diapazonida oltingugurt bilan legirlangan kremniyda avtoelektron emissiya t ufayli sodir bo‘ladigan fotoelektrik gisterezis hodisasi va unga bog‘liq bo‘lgan yangi fotografik effekt kuzatildi. Shunday qilib, gaz oralig‘ining elektr teshilishini ta’minlab beradigan avtoelektron emissiyaning roli oshkor etildi. Tajribadan ma’lum bo‘lmoqdaki, fotoelektrik gisterezis avtoelektron emissiya tufayli sodir bo‘ladi, bundagi elektr toki esa fotoqabulqilgichga tushadigan yorug‘lik jadalligiga bog‘liq.
Quyida ob’yektlardan qaytgan va o‘tgan nurlarda ularning nuqsonlarini elektr ko‘rish uchun gaz razryadli yacheykani qo‘llab, olib borilgan tadqiqotlar natijalari keltirilgan.
Zamonaviy mikroskopda ko‘rish usuli o‘ta yuqori darajadagi mukammallikka va molekulalar o‘lchamidagi moddalar tuzilishini o‘rganishgacha bo‘lgan muamolarni xal qila oladi. Fanlar va uning amaliyotda ancha katta o‘lchamli ob’yektlarga tegishli muammolarda, ya’ni optikadan rengengacha va korpuskulyar diapazonlarda mikroskopiya usuli shunchalik rivojlanganki, hozirgi davrda zamonaviy mikroskopiya usuli yecha olmaydigan biror bir muammoni tassavur qilib bo‘lmaydi. L ekin, umumiy xarakterdagi bitta masalani ajratish mumkinki, bu yerda fundamental cheklanish bor bo‘lib, ya’ni har qanday mikroskopning difraksion ajratish chegarasi bo‘lganligi uchun mikroskopiya usulidan foydalanib bo‘lmaydi. Yaxshi ma’lumki, tadqiq etilayotgan ob’yektning chiziqli o‘lchamlari mikroskopda qo‘llanilayotgan nurning to‘lqin uzunligidan katta bo‘lishi lozim. Bunday cheklanish elektromagnit va boshqa radiasion nurlar uchun ham o‘rinli. Bizningcha, ob’yektga ta’sir etayotgan elektromagnit to‘lqin tasvirni xosil qilish uchun instrument bo‘la olmaydi. Boshqacha aytganda, optik diapazondagi elektromagnit to‘lqin kuzatiladigan ob’yekt moddasi bilan o‘zaro ta’sirlashish funksiyasiga ega bo‘lib, tasvirni shakillantirish uchun yaramaydi. Tabiiy ravishda tasvirni shakillantirish funksiyasini boshqa ta’sir etadigan faktorga berishni amalga oshirish kerak. Shunday qilib, kerakli yangi tizim quyidagi umumiy sxema bo‘ylab borishi kerak: qisqa to‘lqin diapazonida ta’sir etuvchi maydon – o‘zgartirgich – ob’yekt tasviri. Ushbu bobda olib boriladigan ishning maqsadi, quyi chastotali elektromagnit to‘lqin ob’yekt tasvirini xosil qilib berishidir. Bunda shunday talab, ya’ni shunday fazoviy ajratish satxi kerakki, ob’yekt qismlarining chiziqli o‘lchamlaridan ancha kichik bo‘lgan qayd etiladigan tizim o‘lchami bo‘lishi shart, tabiiyki u ta’sir etadigan elektr maydon to‘lqin uzunligidan ancha kichik bo‘ladi. Ushbu tadqiqot ishida asosiy variant sifatida o‘rganiladigan ob’yektning gaz razryadi yacheykasining plazmasi bilan tutashtirilishi tanlangan. Chiqishda qayd etiladigan ionizasiyalangan nur chaqnashi bo‘lib, uning spektral diapazoni 0.4 mkm (havo)dan 0.6 mkm (geliy, neon)gacha bo‘ladi, ya’ni kerakli ajratishni ta’minlaydigan mikrometr ulushlarida bo‘ladi. Bu sodda usul bo‘lib, ua materiallarning nuqsonlarini va ular sirtidagi g‘adir-budirliklarni, dielektrik singdiruvchanlik farqi asosida aniqlab beradi. 16-rasmda elektrik ko‘rish uchun mo‘ljallangan qurilma sxemasi keltirilgan. O‘rganiladigan namuna (5) i zolyasiyalovchi ikkita qatlam orasiga joylashtirilgan, ulardan biri 10-30 mkm qalinlikdagi slyuda plastinka (7), ikkinchisi esa fotoplenka (2), emulsiyali qatlam (3) gaz razryadli tirqishga tutashadi, tirqishning qalinligini 10-50 mkmli slyudadan tayyorlangan chegaralovchi xalqa (4) ta’minlaydi. 16-rasmdagi konfigurasiyada, o‘rganiladigan ob’yekt «plazma kontakti» ichida, ya’ni ikkala tomonida ham gaz razryadi bo‘ladi. Tabiyki, bunday usulni ishonch bilan kontaktsiz deb atash mumkin. Ammo, u zamonaviy talablarga javob bermaydi. Birinchidan, tasvirni kuchaytirib bera olmaydi, ikkinchidan, kompyuterda qayta taxrirlash imkoniyatiga ega emas.
Ushbu kamchiliklarni bartaraf qilish hamda nuqsonlar va bir jinsli bo‘lmagan qismlarni tasvirini xosil qilish, shu bilan birga, amaliyotga qo‘llash maqsadida o‘rganiladigan namuna joylashtirilgan gaz razryadli yacheykaga dasturiy ta’minlanadigan «Vidiooka» rusumidagi AMJEON PRO UZB qurilmasi elektron-optik o‘zgartirgich orqali biriktirildi. Bu qurilmada elektrik tasvir na faqat kuchaytiriladi, shu bilan birga kompyuterda ham saqlab qolinadi. 17-rasmda ushbu qurilmaning prinsipial sxemasi keltirilgan. 18-rasmda esa gaz razryadli yacheyka asosidagi elektrik ko‘rinishi yuzaga chiqarilgan ob’yektning surati keltirilgan. Elektrik ko‘rinish usuli, bizningcha, nuqsonlar va bir jinsli bo‘lmagan namuna qismlarini hamda suyuq va kristal moddalar sirtlarining tasvirini bo‘laklamasdan xosil qilishda kelajagi porloq usul bo‘la oladi.

1 O‘zbekiston Respublikasi Prezidentining 2017 yil 7 fevraldagi PF-4947-son «O‘zbekiston Respublikasini yanada rivojlantirish bo‘yicha harakatlar strategiyasi to‘g‘risida” gi Farmoni.