Fotomultiplikator

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk
Oppbygging av et fotomultiplikator-rør som er koplet til en scintillator
Fotomultiplikator med scintillator på inngangen
Dynoder inni et fotomultiplikator-rør

En fotomultiplikator er et svært lysfølsomt lufttomt elektronrør som brukes til registrering av svake lyssignaler. Lyssignalet omgjøres til en elektronstrøm av en fotoelektrisk plate ved inngangsåpningen, som kalles en fotokatode. Elektronstrømmen blir så forsterket i en etterfølgende kaskade av et antall såkalte dynoder, ved hjelp av en fysikalsk effekt som kalles sekundæremisjon. Elektronene som treffer en dynode slår løs flere elektroner enn antall elektroner som treffer. Heri ligger den forsterkende effekten, som i praksis ligger rundt 3 til 10 x per dynodepar. Denne forsterkningen har svært svak egenstøy og det er derfor mulig å forsterke et signal 100 millioner ganger og å detektere enkelt-fotoner. Der er ingen termisk støy (Johnson noise), men noe «shot noise».

Fotomultiplikatoren er et av de rørene som ikke helt kan erstattes med halvlederteknologi. De brukes til nuklear- og partikkelfysikk, i astronomien og til medisinsk diagnostikk, såvel som til trommelscanning av bilder.

Betegnelsen multiplikator henviser til at elektronstrømmen fra dynode til dynode multipliseres med forsterkningsfaktoren mellom hvert par. Med ti dynodestrekninger som hver har fire gangs forsterkning (dette er typiske verdier) blir hele forsterkningen lik rundt 410 = 1.050.000 ganger. Hver etterfølgende dynode blir tilført omtrent 90 til 100 V mere enn den forrige for å oppnå denne forsterkningen. Elektronene som forlater en dynode har forholdsvis lav hastighet, som økes ved akselerasjon mot neste dynode, som altså har en høyere spenning.

For å optimalisere følsomheten blir dynodene belagt med belegg som har lav arbeidsfunksjon; det vil si at de lett gir fra seg elektroner. Berylliumoksyd BeO og manganoksyd MgO er populære. Navnet dynode kommer av at hver av dem er både katrode og anode; en av dem er katode for neste trinn, som da er anode. Det siste elementet kalles derfor anode og ikke dynode. Anoden er utgangselektroden og signalet avgis der som en elektrisk strøm.

Den fotoelektriske platen ved inngangen er et krystall som omvandler lyskvanter til en elektronstrøm. Denne strømmen tiltrekkes av den første dynoden etter en fokusering. Stoffet som krystallet består av bestemmer hvilke bølgelengder røret kan se. I 1936 kom Cesium-antimon krystallet (Cs3Sb) som viste seg å være ganske sensitivt.

Svært ofte er en interessert i å måle eller observere stråling ved helt andre bølgelengder enn lys, og også ioniserende stråler. Til det bruk settes en scintillator foran lysinngangen. Scintillatoren omformer innkommende stråling til lys med en bølgelengde som passer til den fotoelektriske platen.

Fotomultiplikatoren ble utviklet på 1930-tallet som en del av jakten på å realisere drømmen om fjernsyn. Det var særlig det amerikanske firmaet RCA som utviklet den som produkt og solgte den.