Фотоелектронний помножувач

Схема фотопомножувача

Фотоелектронний помножувач (ФЕП) - пристрій, призначений для підсилення слабкого світлового сигналу й перетворення його в електричний. Фотопомножувачі викорстовуються в сцинтиляційних лічильниках.

Фотоелектронний помножувач складається із фотокатоду, з якого при поглинанні кванта світла завдяки фотоефекту вибиваються електрони та кількох додаткових електродів, з яких вибиті й прискорені електрони вибивають нові вторинні електрони завдяки вторинній електронній емісії.

Фотопомножувач був винайдений у 1930 радянським вченим Л. А. Кубецьким. Сучасні ФЕП – це високоякісні одноканальні приймачі випромінювання в ультрафіолетовому, видимому, і ближньому інфрачервоному діапазонах спектра (120 – 1200 нм). Світлочутливою поверхнею фото помножувача є фотокатод. Якщо електричним полем зібрати електрони, які вилетіли з фотокатода, ми отримаємо фотоелемент. Подібні фотоелементи використовувались в астрономії до ФЕП. На фотоелементі був побудований перший радянський фотоелектричний фотометр (1930). Технічний ФЕП являє собою скляну циліндричну колбу, в якій створений вакуум. Щоб виготовити напівпрозорий фотокатод, на внутрішню поверхню переднього торця цієї колби, спочатку наноситься тонка підкладка з металу (як правило з хрому). А потім на неї наноситься речовина, яка добре виділяє електрони під дією світла. Такими речовинами є метали та їхні оксиди, з обов’язковими домішками лужних металів: цезію, рубідію, калію, натрію. При попаданні світла на тонку прозору плівку в цих лужних металів створюється найкраща умова для вивільнення фотоелектронів.

Спектральний квантовий вихід k(λ)

k(λ) = число вибитих електронів / число фотонів в даному інтервалі частот.

Спектральна чутливість ФЕП

Найменшу чутливість у видимій області має срібно-киснево-цезієвий катод S–1 (за ДСТУ С1). В нього є дві особливості по-перше, історично це перший фотокатод який використовувався у ФЕП. По-друге, хоча у цього фотокатода невисока чутливість у видимій області, зона його спектральної чутливості простягається до 11000 – 12000 Ǻ, тобто він продовжує працювати у ближній інфрачервоній області. Коли у Джонсона ще не було чутливих фотокатодів в області 7000 – 8000 Ǻ, він виконував виміри в червоній області спектра саме за допомогою катода типу S–1. Тому смуга R, створювана за допомогою світофільтра КС–14 та ФЕП–79, сильно відрізняється від такої ж смуги в Джонсона перш за все тим, що остання значно ширша і на п’ятипроцентному рівні чутливості простягається від 5400 Ǻ до 8900 Ǻ.

При створенні системи UBV Джонсон використовував фотопомножувачем марки 1Р21. Це фотопомножувач з катодом типа S–11 (за ДСТУ–С6). Це - сурм'яно-цезієвий катод. В області 4000 Ǻ. він має в 20 разів більший квантовий вихід, в порівняні з катодом типу S-1. До 6500 Ǻ Чутливість того катода спадає практично до нуля.

Фотокатод типу S–20 (за ДСТУ–С11), називається мультилужним. В його склад входить Sb(Na₂K), з адсорбованим шаром цезію на поверхні. Ці катоди найбільше використовуються в зоряній астрономії. В будь-якого фотокатода, до якого підключена напруга, виникає фотострум, навіть за відсутності освітлення. Це явище має назву термоелектронної емісії. Воно викликане тепловим рухом електронів. Фотострум, викликаний цим рухом, називається темновим струмом. В срібно-киснево-цезієвих катодах типу S-1, при кімнатній температурі, термоемісія дуже велика: кожну секунду вилітають десятки тисяч термоелектронів. На таком фоні неможливо виміряти частку фотостуму, викликаного світлом зорі. Зменшити темновий струм можна шляхом охолодження фотокатода. Часто використовується охолодження твердою вуглекислотою до температури –70 °C. Фотокатоди типів S-11 і S-20 мають при кімнатній температурі, термоемісію на 3–4 порядки меншу, тому охолодження не використовується. В наш час великою популярністю користуються фотопомножувачі японської фірми Hamamatsu. До цього в нашій державі найчастніше використовувався фотопомножувач ФЕП—79.

Див. також

• Спектрофотометр