Приборы для усиления малых токов. Фотоумножители. Устройство и работа сцинтилляционного счетчика.

Фотоумножители тонкого слоя (сиротский бутерброд)

Фотоэлектронный умножитель– это электровакуумный прибор для преобразования слабых световых сигналов в электрические, основанный на фотоэлектронной и вторичных эмиссиях. Прибор состоит из фотокатода, коллектора электронов(анода) и нескольких (15 до 20) эмиттеров вторичной эмиссии (динодов). Напряжение на каждом диноде относительно фотокатода на 50-100 В выше,чем у предыдущего.

Принцип действия электронного умножителя заключается в том, что слабый электронный ток, испускаемый фотокатода,направляется на первый эмиттер; возникающее на нем вторичные электроны ускоряются по направление следующему- где процесс повторяется. Если коэффициент ВЭ каждого эмиттера,превышает единицу, то на каждом каскаде происходит усиление электронного пучка в () раз, а при n каскадах общий коэффициент усиления () определяется из равенства:
Для распространения типов эмиттеров коэффициент ВЭ равен 4-10 => при10-20 каскадах общий коэффициент усиления может достигать 10⁹-10¹¹. Отдельные фотоэлектроны создают на выходе фотоумножитель импульсы тока большой амплитуды. Последовательность размножения электронов -все рождённые электроны последовательно, с каждого предыдущего эмиттера приходятся каждый последующий эмиттер без потерь, а коэффициент ВЭ для всех эмиттеров одинаковый. при лишения к таким условиям обеспечивают тождественностью технологической обработки при изготовлении эмиттеров и придания им различной формы.

Наиболее распространены 2 конфигурации:

1)тип жалюзи(рис.3.20а)

2)ковшеобразный формы(рис.3.20.б)

Применение ФУ:

В современной электровакуумной технике: спектроскоии, ядерная физика.

 

Прибором для регистрации являтся сцинтилляционный счетчик , представляющий собой комбинацию фотоэлектронного умножителя с люминофором(рис.3.21).

Принцип рботы: заключается в том, что быстрая частица , проходя через кристалл люминофора, инизирует томы и молекулы и возбуждает их. Возврщение после возбуждения в основное состояние сопровождается испускаем фотонов (световой вспышкой. Световая вспышка регистрируется фотокатодом умножителя, который находится в оптическом контакте с кристаллом. Фотоны, попадая на катод фотоэлектронногоумножителя, выбивают электроны , в результате чего на его коллекторе возникает электрический импульс, который далее регистрируется и усиливается.

Кратковременная вспышка позволяет вести регистрацию частиц при очень высокой скорости счета. Если пробег частиц укладывается в кристалле, то величин световой вспышки в широком интервале энергии оказываются монотонной и приблизительно линейно возрастающей функцией энергии. Это момент позволяет использовать подобное устройства не только как счетчик, но и как сцинтилляционные спектрометры.

Интенсивность свечения после прохождения частиц изменяется во времени экспоненциально:

 

- начальная интенсивность, -время высвечивания, определяемое временем жизни на возбужденных ровнях. Для большинство сцинтилляторов 10^-9 – 10^-5 с. Чем меньше величина , тем более быстродействующим будет сцинтилляционный счетчик.