O que é um tubo fotomultiplicador?

Um tubo fotomultiplicador usa dois princípios científicos para amplificar o efeito de um único fóton incidente. Eles são feitos em muitas configurações diferentes de materiais sensíveis à luz e ângulos de luz incidentes para obter um alto ganho e uma baixa resposta ao ruído em sua gama de trabalho de frequências ultravioleta, visível e de infravermelho próximo. Originalmente desenvolvido como uma câmera de televisão mais responsiva, os tubos fotomultiplieiros agora são encontrados em muitas aplicações.

Com a invenção dos semicondutores, os tubos de vácuo foram amplamente eliminados da indústria de eletrônicos, com exceção do tubo fotomultiplicador. Neste dispositivo, um único fóton passa por uma janela ou placa da face e afeta um fotocatodo, um eletrodo feito de um material fotoelétrico. Este material absorve a energia do fóton leve em frequências específicas e emite elétrons em um resultado chamado efeito fotoelétrico.

Os efeitos desses elétrons emitidos são amplificados pelo uso do princípio do segundoemissão de ondary. Os elétrons emitidos pelo fotocatode estão focados na primeira de uma série de placas multiplicadoras de elétrons chamadas dinodos. Em cada dynode, os elétrons recebidos fazem com que os elétrons adicionais sejam emitidos. Um efeito em cascata ocorre e o fóton incidente foi amplificado ou detectado. Portanto, a base para o nome "fotomultiplier", o sinal muito pequeno de um único fóton é fortalecido até o ponto em que é facilmente detectável pelo fluxo de corrente do tubo fotomultiplicador.

As respostas espectrais do tubo fotomultiplicador devem -se principalmente a dois elementos de design. O tipo de janela determina quais fótons podem passar para o dispositivo. O material do fotocatodo determina a resposta ao fóton. Outras variações no design incluem janelas montadas na extremidade do tubo ou janelas laterais, onde o fluxo de fótons é saltado do fotocatode. Como o ganho ou amplificação éLimitado pelo processo de emissão secundária e não aumenta com o aumento da tensão de aceleração, foram desenvolvidos fotomultiplicadores de vários estágios.

A resposta do fotocatodo depende da frequência de fótons incidentes, não do número de fótons recebidos. Se o número de fótons aumentar, a corrente elétrica gerada aumenta, mas a frequência dos elétrons emitidos é constante para qualquer combinação de fotocatode de janela, resultado que Albert Einstein usou como evidência da natureza partícula da luz.

O ganho de um tubo de fotomultiplieiro varia até 100 milhões de vezes. Essa propriedade, juntamente com o baixo ruído ou sinal injustificado, torna esses tubos de vácuo indispensáveis ​​na detecção de um número muito pequeno de fótons. Essa capacidade de detecção é útil em astronomia, visão noturna, imagem médica e outros usos. As versões semicondutores estão em uso, mas o fotomultiplicador de tubo a vácuo é mais adequado para a detecção de fótons leves que não são colimados, o que significa que a luz ROs AYs não estão viajando de caminhos paralelos entre si.

Os fotomultiplicadores foram desenvolvidos pela primeira vez como câmeras de televisão, que permitiram à transmissão da televisão ir além das fotos de estúdio com luzes brilhantes para configurações mais naturais ou relatórios no local. Embora tenham sido substituídos por dispositivos acoplados a carga (CCDs) nessa aplicação, os tubos fotomultiplicadores ainda são amplamente especificados. Grande parte do trabalho de desenvolvimento no tubo fotomultiplicador foi realizado pela RCA em instalações nos Estados Unidos e na antiga União Soviética na segunda metade do século XX. Nas décadas de abertura do século XXI, a maioria dos tubos fotomultiplicados do mundo é fabricada por uma empresa japonesa, Hamamatsu Photonics.