¿Qué es un tubo fotomultiplicador?
Un tubo de fotomultiplicador utiliza dos principios científicos para amplificar el efecto de un solo fotón incidente. Se realizan en muchas configuraciones diferentes de materiales sensibles a la luz y ángulos de luz incidentes para lograr una alta ganancia y una respuesta de baja ruido en su rango de trabajo de frecuencias ultravioleta, visible e infrarroja cercana. Originalmente desarrollado como una cámara de televisión más receptiva, los tubos de fotomultiplicadores ahora se encuentran en muchas aplicaciones.
Con la invención de semiconductores, los tubos de vacío se han eliminado en gran medida de la industria electrónica, con la excepción del tubo fotomultiplicador. En este dispositivo, un solo fotón pasa a través de una ventana o placa facial e impacta un fotocatodo, un electrodo hecho de un material fotoeléctrico. Este material absorbe la energía del fotón de luz a frecuencias específicas y emite electrones en un resultado llamado efecto fotoeléctrico.
Los efectos de estos electrones emitidos se amplifican mediante el uso del principio de SECEmisión Ondary. Los electrones emitidos desde el fotocatodos se centran en la primera de una serie de placas multiplicadoras de electrones llamadas dinodas. En cada dinodo, los electrones entrantes causan que se emitan electrones adicionales. Se produce un efecto en cascada, y el fotón incidente ha sido amplificado o detectado. Por lo tanto, la base del nombre "fotomultiplicador", la señal muy pequeña de un solo fotón se fortalece hasta el punto en que es fácilmente detectable por el flujo de corriente del tubo fotomultiplicador.
Las respuestas espectrales del tubo fotomultiplicador se deben principalmente a dos elementos de diseño. El tipo de ventana determina lo que los fotones pueden pasar al dispositivo. El material de fotocatodos determina la respuesta al fotón. Otras variaciones en el diseño incluyen ventanas montadas en el extremo de tubo o ventanas laterales donde la secuencia de fotones se rebota en el fotocatodo. Como la ganancia o la amplificación esLimitado por el proceso de emisión secundaria y no aumenta con un mayor voltaje de aceleración, se desarrollaron fotomultiplicadores en etapas múltiples.
La respuesta de fotocatodos depende de la frecuencia de fotones incidentes, no del número de fotones recibidos. Si aumenta el número de fotones, la corriente eléctrica generada aumenta, pero la frecuencia de los electrones emitidos es constante para cualquier combinación de fotocatodos de ventana, un resultado que Albert Einstein usó como evidencia de la naturaleza de las partículas de la luz.
La ganancia de un tubo fotomultiplicador varía hasta 100 millones de veces. Esta propiedad, junto con el bajo ruido o la señal injustificada, hace que estos tubos de vacío sean indispensables para detectar un número muy pequeño de fotones. Esta capacidad de detección es útil en astronomía, visión nocturna, imágenes médicas y otros usos. Las versiones de semiconductores están en uso, pero el fotomultiplicador de tubo de vacío es más adecuado para la detección de fotones de luz que no se coliman, lo que significa la luz RLos AY no viajan caminos paralelos entre sí.
Photomultipliers se desarrollaron por primera vez como cámaras de televisión, lo que permitió que la transmisión de televisión fuera más allá de las tomas de estudio con luces brillantes a configuraciones más naturales o informes en el sitio. Si bien han sido reemplazados por dispositivos acoplados a carga (CCD) en esa aplicación, los tubos fotomultiplicadores aún se especifican ampliamente. Gran parte del trabajo de desarrollo en el tubo de fotomultiplicador fue realizado por RCA en instalaciones en los Estados Unidos y la antigua Unión Soviética en la segunda mitad del siglo XX. En las primeras décadas del siglo XXI, la mayoría de los tubos fotomultiplicadores del mundo son fabricados por una empresa japonesa, Hamamatsu Photonics.