Elektronový multiplikátor - Electron multiplier

Kontrastní rozdíly mezi diskrétními a spojitými elektronovými multiplikátory.

An elektronový multiplikátor je struktura vakuové trubice, která znásobuje dopadající náboje.[1] V procesu zvaném sekundární emise, jediný elektron může při bombardování sekundárně emisním materiálem vyvolat emise zhruba 1 až 3 elektrony. Pokud elektrický potenciál Pokud je mezi touto kovovou deskou a ještě další aplikována, emitované elektrony se zrychlí na další kovovou desku a indukují sekundární emise ještě více elektronů. To lze opakovat několikrát, což má za následek velkou spršku elektronů, které jsou všechny shromážděny kovovou anodou, přičemž všechny byly spuštěny pouze jednou.

Dějiny

V roce 1930 navrhl ruský fyzik Leonid Aleksandrovitch Kubetsky zařízení, které v jedné trubici využívalo fotokatody kombinované s dynodami nebo emitory sekundárních elektronů k odstranění sekundárních elektronů zvýšením elektrického potenciálu zařízením. Elektronový multiplikátor může použít celkem libovolný počet dynod, které používají koeficient σ a vytvořily zisk σn kde n je počet emitentů. [2]

Diskrétní elektronový multiplikátor

Diskrétní dynoda

Emise sekundárních elektronů začíná, když jeden elektron narazí na dynodu uvnitř vakuové komory a vysune elektrony, které kaskádují na více dynod a opakuje proces znovu. Dynody jsou nastaveny tak, že pokaždé, když elektron narazí na další, bude mít nárůst asi o 100 elektronvoltů větší než poslední dynoda. Mezi výhody tohoto použití patří doba odezvy v pikosekundách, vysoká citlivost a elektronový zisk asi 108 elektrony. [3]

Násobič elektronů s kontinuální dynodou

Kontinuální dynoda

Systém kontinuální dynody používá trychtýřovou trychtýř ze skla potaženého tenkou vrstvou polovodičových materiálů. Elektrody mají rostoucí odpor umožňující sekundární emise. Kontinuální dynody používají záporné vysoké napětí na širším konci a jde na pozitivní blízké zemi na úzkém konci. První zařízení tohoto druhu se nazývalo Channel Electron Multiplier (CEM). CEM vyžadovaly 2-4 kilovolty, aby dosáhly zisku 106 elektrony.

MicrochannelplateWithBreakdown

Mikrokanálová deska

Další geometrie multiplikátoru elektronů s kontinuální dynodou se nazývá mikrokanálová deska (MCP).[4][5] Lze jej považovat za 2rozměrné paralelní pole velmi malých multiplikátorů elektronů s kontinuální dynodou, sestavené společně a napájené paralelně. Každý mikrokanál je obecně rovnoběžný, ne zúžený nebo podobný trychtýři. MCP jsou vyrobeny z olovnatého skla a mají odpor 109 Ω mezi každou elektrodou. Každý kanál má průměr 10-100 μm. Zisk elektronů pro jednu mikrokanálovou desku může být kolem 104-107 elektrony. [6]

Aplikace

v hmotnostní spektrometrie elektronové multiplikátory se často používají jako detektor iontů, které byly odděleny nějakým způsobem hmotnostním analyzátorem. Mohou být typu s kontinuální dynodou a mohou mít tvar nálevky se zakřiveným rohem nebo mohou mít diskrétní dynody jako v fotonásobič. Kontinuální multiplikátory dynodových elektronů se také používají v misích NASA a jsou spojeny s hmotnostním spektrometrem pro plynovou chromatografii (GC-MS ), který umožňuje vědcům určit množství a typy plynů přítomných na Titanu, největším Saturnově měsíci. [7]

Mikrokanálové destičky se také používají v brýlích pro noční vidění. Jakmile elektrony zasáhnou miliony kanálů, uvolní tisíce sekundárních elektronů. Tyto elektrony poté narazí na fosforovou obrazovku, kde jsou zesíleny a převedeny zpět na světlo. Výsledný obraz vzoruje originál a umožňuje lepší vidění ve tmě, zatímco pro napájení MCP používá pouze malou baterii. [8]

Viz také

Reference

  1. ^ Allen, James S. (1947), „Vylepšený elektronový multiplikátor počitadel částic“, Recenze vědeckých přístrojů, 18 (10): 739–749, Bibcode:1947RScI ... 18..739A, doi:10.1063/1.1740838.
  2. ^ Lubsandorzhiev, B.K. (vyd.). K historii vynálezu fotonásobiče (PDF). CERN. Ústav pro jaderný výzkum RAS: CERN.
  3. ^ Tao, S., Chan, H. a van der Graaf, H. (2016). Sekundární elektronové emisní materiály pro přenosové synody v nových fotonásobičích: přehled. Materiály, 9 (12), 1017. https://doi.org/10.3390/ma9121017
  4. ^ Burroughs, E. G. (1969), "Efektivita sběru kontinuálních dynodových elektronových více polí", Recenze vědeckých přístrojů, 40 (1): 35–37, Bibcode:1969RScI ... 40 ... 35B, doi:10.1063/1.1683743
  5. ^ Ladislas Wiza, J (1979), „Microchannel plate detectors“, Jaderné přístroje a metody, 162 (1–3): 587–601, Bibcode:1979NucIM.162..587L, CiteSeerX  10.1.1.119.933, doi:10.1016 / 0029-554X (79) 90734-1.
  6. ^ Wiza, Joeseph (1979). Nuclear Instruments and Methods, sv. 162. 587–601.
  7. ^ Mahaffy, Paule. „Mass Spectrometer: Detector“. NASA.
  8. ^ Montoro, Harry. „Intenzifikace obrazu: technologie nočního vidění“. Fotonika.

externí odkazy