Was ist ein Elektronenvervielfacher?
Ein Elektronenvervielfacher ist eine Vorrichtung, die die Elektronenemissionsrate eines Elektronenstroms erhöht. Es bombardiert ein emittierendes Material mit einem Elektronenstrom, wodurch das Material Elektronen emittiert. Jedes Elektron, das auf das emittierende Material auftrifft, kann bis zu drei Elektronen emittieren und so die Emissionsrate des Elektronenstroms multiplizieren.
Das Emissionsmaterial ist typischerweise eine Metallplatte, und ein Elektronenvervielfacher enthält gewöhnlich eine Reihe dieser Platten. Das Anlegen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Platten bewirkt, dass die von der ersten Platte emittierten Elektronen zur zweiten Platte springen, wodurch mehr Elektronen von der zweiten Platte emittiert werden. Dieser Prozess setzt sich über die gesamte Serie von Platten fort und führt zur Emission von viel mehr Elektronen als im ursprünglichen Elektronenstrom. Eine Anode sammelt dann die vom Elektronenvervielfacher erzeugten Elektronen.
Der Kaskadeneffekt von Elektronen erfordert, dass die Elektronen mit ausreichender Energie auf das emittierende Material auftreffen, um eine Sekundäremission zu induzieren. Diese Anforderung ermöglicht es einem Elektronenvervielfacher, als Ionendetektor zu fungieren. Ein Photonenstrom kann auch die Emission von Photonen verursachen, wie im Fall einer Photovervielfacherröhre. Diese Vorrichtung trennt jede Emissionsfläche durch eine Reihe von Anoden, die als Dynoden bekannt sind. Eine Reihe von Widerständen trennt die Dynoden voneinander, so dass das elektrische Potential zwischen aufeinanderfolgenden Dynoden typischerweise +100 Volt bis +200 Volt beträgt.
Diese Struktur erfordert, dass das Elektrodenmaterial einen hohen elektrischen Widerstand aufweist, um die Spannungsteilungsfunktion mit der Sekundäremissionsfunktion zu verbinden. Ein Elektronenvervielfacher hat typischerweise die Form eines Trichters und ist aus Glas aufgebaut. Der Glastrichter hat eine dünne Beschichtung aus einer Substanz mit einer eingeschränkten Fähigkeit zum Leiten von Elektrizität, die als Halbleiter bezeichnet wird.
Der Elektronenvervielfacher empfängt am breiten Ende des Trichters eine hohe negative Spannung und am schmalen Ende des Trichters eine niedrige positive Spannung. Diese Konfiguration von Spannungen bewirkt, dass der Trichter Elektronen von seiner Oberfläche emittiert, die sich dann vom breiten Ende zum schmalen Ende des Trichters bewegen. Die Elektronen bewegen sich eine kurze Strecke, bevor sie auf die Oberfläche des Trichters treffen, wodurch mehr Elektronen emittiert werden.
Eine Anode am schmalen Ende des Trichters sammelt die Elektronen. Diese Anordnung ist speziell als Einkanal-Elektronenvervielfacher bekannt. Eine Mikrokanalplatte ist ein komplexerer Typ eines Elektronenvervielfachers, der eine zweidimensionale Anordnung von Einkanal-Elektronenvervielfachern verwendet.