Che cos'è un moltiplicatore di elettroni?

Un moltiplicatore di elettroni è un dispositivo che aumenta la velocità di emissione di un flusso di elettroni. Bombarda un materiale emissivo con un flusso di elettroni, facendo sì che il materiale emetta elettroni. Ogni elettrone che colpisce il materiale emissivo può far sì che emetta fino a tre elettroni, moltiplicando così la velocità di emissione del flusso di elettroni.

Il materiale emissivo in genere è una piastra metallica e un moltiplicatore di elettroni di solito contiene una serie di queste piastre. L'applicazione di una differenza di potenziale elettrico tra piastre successive farà saltare gli elettroni emessi dalla prima piastra alla seconda piastra, causando l'emissione di più elettroni dalla seconda piastra. Questo processo continua attraverso l'intera serie di piastre, con conseguente emissione di molti più elettroni rispetto al flusso di elettroni iniziale. Un anodo quindi raccoglie gli elettroni prodotti dal moltiplicatore di elettroni.

L'effetto a cascata degli elettroni richiede che gli elettroni colpiscano il materiale emissivo con energia sufficiente per indurre un'emissione secondaria. Questo requisito consente a un moltiplicatore di elettroni di funzionare come rivelatore di ioni. Un flusso di fotoni può anche causare l'emissione di fotoni, come nel caso di un tubo fotomoltiplicatore. Questo dispositivo separa ciascuna superficie emissiva da una serie di anodi noti come dinodi. Una serie di resistori separa i dinodi tra loro, in modo tale che il potenziale elettrico tra i successivi dinodi sia tipicamente da +100 volt a +200 volt.

Questa struttura richiede che il materiale dell'elettrodo abbia un'alta resistenza elettrica per unire la funzione di divisione della tensione con la funzione di emissione secondaria. Un moltiplicatore di elettroni ha in genere la forma di un imbuto ed è costruito in vetro. L'imbuto di vetro ha un sottile rivestimento di alcune sostanze con una capacità limitata di condurre l'elettricità, noto come semiconduttore.

Il moltiplicatore di elettroni riceve un'alta tensione negativa all'estremità larga dell'imbuto e una bassa tensione positiva all'estremità stretta dell'imbuto. Questa configurazione di tensioni fa sì che l'imbuto emetta elettroni dalla sua superficie, che poi si spostano dall'estremità larga all'estremità stretta dell'imbuto. Gli elettroni viaggiano a breve distanza prima di colpire la superficie dell'imbuto, provocando l'emissione di più elettroni.

Un anodo all'estremità stretta dell'imbuto raccoglie gli elettroni. Questa disposizione è conosciuta specificamente come un moltiplicatore di elettroni a canale singolo. Una piastra a microcanali è un tipo più complesso di moltiplicatore di elettroni che utilizza un array bidimensionale di moltiplicatori di elettroni a canale singolo.