Фотоэлектронный умножитель

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ, трубка Кубецкого^[1]) — электровакуумный прибор, в котором поток электронов, излучаемый фотокатодом под действием оптического излучения (фототок), усиливается в умножительной системе (вторично-электронный умножитель) в результате вторичной электронной эмиссии; ток в цепи анода (коллектора вторичных электронов) значительно превышает первоначальный фототок (обычно в 10⁵ раз и выше). Фактически является комбинацией вакуумного фотоэлемента и вторичного электронного умножителя (как правило многоступенчатого). Впервые был предложен и разработан советским изобретателем Л. А. Кубецким в 1930—1934 гг.^[1]

Конструкция

Схема ФЭУ с присоединённым сцинтиллятором

Фотоэлектронный умножитель состоит из входной (катодной) камеры (образуется поверхностями фотокатода, фокусирующих электродов, первого динода), умножительной динодной системы, анода и дополнительных электродов. Все элементы размещаются в вакуумном корпусе (баллоне), чаще всего баллон снаружи покрывается непрозрачной чёрной краской для защиты от возможной нежелательной засветки, а для защиты от внешнего магнитного поля, ФЭУ иногда экранируется пермаллоевым зкраном.

Наиболее распространены ФЭУ, в которых усиление потока электронов осуществляется при помощи нескольких специальных электродов изогнутой формы — «динодов», обладающих коэффициентом вторичной эмиссии больше 1. Для фокусировки и ускорения электронов на анод и диноды подаётся высокое напряжение (600—3000 В). Иногда также применяется магнитная фокусировка, либо фокусировка в скрещенных электрическом и магнитном полях.

Существуют фотоэлектронные умножители с полупроводниковыми умножающими элементами (гибридные), принцип действия которых основан на явлении ионизации атомов полупроводника при его бомбардировке электронами.

В зависимости от конструкции динодной системы ФЭУ разделяются на:

системы на дискретных динодах с электростатической фокусировкой электронных пучков (наиболее часто используемые диноды коробчатые, ковшеобразной и тороидальной формы),
системы на дискретных динодах сквозного типа (динодами являются сетки, жалюзи, плёнки),
системы на распределённых динодах (пластинчатые, щелевые и трубчатые).

Основные параметры ФЭУ

Световая анодная чувствительность (отношение анодного фототока к вызывающему его световому потоку при номинальных потенциалах электродов), составляет 1—10⁴ А/лм
Спектральная чувствительность (равная спектральной чувствительности фотокатода, умноженной на коэффициент усиления умножительной системы, лежащий обычно в пределах 10³—10⁸) (до 10¹¹)^[2];
Темновой ток (ток в анодной цепи в отсутствие светового потока), как правило, не превышает 10⁻⁹—10⁻¹⁰ А.

Применение

Фотометрия
Спектрометрия
сцинтилляционные счётчики;
Световая микроскопия
Ядерная физика — в установках для изучения кратковременных процессов (временные ФЭУ);
Оптика, телевидение, лазерная техника.
Хемилюминесценция.
Физика элементарных частиц — для регистрации нейтрино (Проекты "Полтергейст", AMANDA).

См. также

Приборы ночного видения
Фотокатод
Внешний фотоэффект
Вторичная электронная эмиссия
Вторично-электронный умножитель
Лавинный фотодиод - твердотельный функциональный аналог фотоэлектронного умножителя

Примечания

↑ ¹ ² С. В. Савченко. Фотоэлектрический эффект и его технические применения. — М., 1956. — С. 69. — 116 с.
↑ Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол. Д. М. Алексеев, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик и др. — М.: Сов. энциклопедия, 1983. — 982 с. — 100 000 экз.

Литература

Жигарев А. А., Шамаева Г. Т. Электронно-лучевые и фотоэлектронные приборы: Учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — 463 с., ил.
Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол. Д. М. Алексеев, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик и др. — М.: Сов. энциклопедия, 1983. — 982 с. — 100 000 экз.
Техника и практика спектроскопии / А. Н. Зайдель,. Г. В. Островская, Ю. И. Островский. М.: Наука; ГИФМЛ, 1972. 375 с.