高精度に仕事関数を測定できる物理実験教材の実現と学校現場での活用実践

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高校や大学で利用できる光電効果実験教材の開発を目的に、我々が独自に提案している中空陰極ランプを用いた仕事関数測定法の実用化を狙っている。R4年度は今までにこの方法で実施例のないカリウム（K）を対象として仕事関数の測定を試みた。特に、従来までの我々の研究手法とは異なり、市販のランプ、すなわちバッファガス（Ne）が封入されたランプを用いて、放電した状態での測定を行った。市販の製品を使用して仕事関数を測定できることが示されれば、我々の仕事関数測定法の汎用性を主張でき、技術的メリットを強くアピールできる。実験ではハロゲンランプからの出力光をバンドパスフィルターに通して単色化し、ランプ陰極へ照射した。ランプに印加する電圧は100Vから600Vまで、100V刻みで変えた。印加電圧100Vでは放電しないが、バッファガスがランプに封入されているので200V以上では放電した状態であった。単色光の波長を420nmから650nmまで変化させ、光の照射によって生じたランプ電極間のインピーダンス変化をロックイン増幅器で検出した。実験の結果、すべての印加電圧でKの仕事関数は1.71eVを超えることはなかった。光電子分光法で測定されたKの仕事関数は2.29eVと報告されていて、20%程度小さな値となった。しかし、この実験で得られた光電効果信号強度の波長依存性は、量子効率を勘案したモデルとよく一致していた。今後、この不一致の原因について実験方法の妥当性も含めて物理的な考察を深める必要がある。