Tubo fotomultiplicador
Los tubos fotomultiplicadores ( fotomultiplicadores o PMT para abreviar), miembros de la clase de tubos de vacío y, más específicamente , fototubos de vacío , son detectores de luz extremadamente sensibles en los rangos ultravioleta , visible e infrarrojo cercano del espectro electromagnético . Estos detectores multiplican la corriente producida por la luz incidente hasta 100 millones de veces o 10 8 (es decir, 160 dB ), [1] en múltiples etapas de dínodo , lo que permite (por ejemplo) detectar fotones individuales cuando el incidenteel flujo de luz es bajo.
La combinación de alta ganancia , bajo ruido , respuesta de alta frecuencia o, de manera equivalente, respuesta ultrarrápida y gran área de colección ha mantenido a los fotomultiplicadores en un lugar esencial en la espectroscopia de bajo nivel de luz , microscopia confocal , espectroscopia Raman, espectroscopia de fluorescencia, espectroscopia nuclear y de partículas . física , astronomía , diagnósticos médicos que incluyen análisis de sangre , imágenes médicas , escaneo de películas cinematográficas ( telecine ), interferencias de radar y escáneres de imágenes de alta gama conocidos comoescáneres de tambor . Los elementos de la tecnología de fotomultiplicadores, cuando se integran de manera diferente, son la base de los dispositivos de visión nocturna . La investigación que analiza la dispersión de la luz , como el estudio de los polímeros en solución, suele utilizar un láser y un PMT para recopilar los datos de la luz dispersada.
Los dispositivos semiconductores , en particular los fotomultiplicadores de silicio y los fotodiodos de avalancha , son alternativas a los fotomultiplicadores clásicos; sin embargo, los fotomultiplicadores son especialmente adecuados para aplicaciones que requieren una detección de luz de alta sensibilidad y bajo nivel de ruido que está imperfectamente colimada .
Los fotomultiplicadores generalmente se construyen con una carcasa de vidrio al vacío (que usa un sello de vidrio a metal extremadamente hermético y duradero como otros tubos de vacío ), que contiene un fotocátodo , varios dinodos y un ánodo . Los fotones incidentes inciden en el material del fotocátodo , que suele ser una fina capa conductora depositada en vapor en el interior de la ventana de entrada del dispositivo. Los electrones son expulsados de la superficie como consecuencia del efecto fotoeléctrico . Estos electrones son dirigidos por el electrodo de enfoque hacia el multiplicador de electrones., donde los electrones se multiplican por el proceso de emisión secundaria .
El multiplicador de electrones consta de una serie de electrodos llamados dínodos . Cada dínodo se mantiene a un potencial más positivo, de ≈100 voltios, que el anterior. Un electrón primario sale del fotocátodo con la energía del fotón entrante, o alrededor de 3 eV para los fotones "azules", menos la función de trabajo.del fotocátodo. Un pequeño grupo de electrones primarios es creado por la llegada de un grupo de fotones iniciales. (En la Fig. 1, el número de electrones primarios en el grupo inicial es proporcional a la energía del rayo gamma de alta energía incidente). Los electrones primarios se mueven hacia el primer dínodo porque son acelerados por el campo eléctrico. Cada uno llega con una energía cinética de ≈100 eV impartida por la diferencia de potencial. Al golpear el primer dínodo, se emiten más electrones de baja energía y estos electrones, a su vez, se aceleran hacia el segundo dínodo. La geometría de la cadena de dínodos es tal que se produce una cascada con un número exponencialmente creciente de electrones producidos en cada etapa. Por ejemplo, si en cada etapa se produce un promedio de 5 nuevos electrones por cada electrón entrante, y si hay 12 etapas de dínodo,12 ≈ 10 8 electrones. Esta última etapa se denomina ánodo . Esta gran cantidad de electrones que llegan al ánodo da como resultado un pulso de corriente agudo que es fácilmente detectable, por ejemplo, en un osciloscopio, lo que indica la llegada de los fotones al fotocátodo ≈50 nanosegundos antes.
