Фотоэлектронный умножитель

Фотоэлектронный умножитель, сокращённо ФЭУ — детектор излучения, представляющий собой электровакуумный прибор, в котором световой поток, от инфракрасного до ультрафиолетового спектра, преобразуется в поток электронов с дальнейшим его усилением.

Световые характеристики ФЭУ близки к линейным. Выходной сигнал легко регистрируется и поддаётся измерению. ФЭУ регистрирует как предельно слабые, так и интенсивные потоки излучения: от единиц до 1012 фотонов в секунду при высоких частотах модуляции. Широкий диапазон измерений делает этот прибор распространённым, а в ряде случаев и незаменимым фотодетектором. В полупроводниковой электронике ещё не созданы приборы, способные заменить ФЭУ.

Конструктивно ФЭУ состоит из элементов, указанных на приведённой выше схеме.

Фотокатод выполняется из соединений полупроводниковых материалов с невысокой проводимостью — таких, как арсенид галлия GaAs, антимонид цезия Cs3Sb и др. — нанесённых на внутреннюю поверхность стеклянной колбы прибора. Фотокатод бывает полупрозрачным — работающим «на просвет», либо плотным — работающим «на отражение».

Фокусирующая система состоит из группы электродов, имеющих определённые размеры и форму. Они обеспечивают фокусировку электронов, испускаемых фотокатодом, и направление их на первый динод. Фокусирующая система бывает электростатической, магнитной и их комбинацией.

Динодная система фотоэлектронного умножителя включает в себя до 15-20 электродов с высоким коэффициентом вторичной эмиссии. Они работают одновременно анодом, притягивая электроны с предыдущего элемента, и катодом — испуская их на последующий элемент. Отсюда и «объединяющее» название — динод.  Материалом для рабочего слоя динодов служат окиси бериллия — ВеО, или магния — MgO.

Анод ФЭУ является «замыкающим» электродом схемы, с которого сигнал снимается для дальнейшей обработки. Он изготавливается из тугоплавкого металла — никель, молибден и др. Через него протекает суммарный ток всех остальных электродов прибора.

Электропитание ФЭУ осуществляется через резистивный делитель напряжения. На каждом электроде, начиная с первого динода, напряжение на 50-100 V выше, чем на предыдущем.

Принцип работы ФЭУ следующий. Фотон светового потока выбивает из фотокатода в вакууме «первичный» электрон, получающий ускорение в электрическом поле, созданном разностью потенциалов между электродами. Этот электрон притягивается к первому диноду, которому отдаёт свою энергию. При этом в материале самого́ динода возбуждается уже несколько электронов, которые ускоряются и притягиваются ко второму диноду, где каждый из них возбуждает по несколько электронов, которые… и т.д. до анода. Таким образом, в результате многократного умножения на выходе прибора появляется сигнал, пропорциональный числу фотонов, попавших на катод.

ФЭУ нашли широкое применение: в ядерной физике как элемент сцинтилляционного счётчика; в устройствах лазерной и телевизионной техники; в оптической аппаратуре; для регистрации слабых излучений и др.

В средствах неразрушающего контроля ФЭУ исполняют функцию детектора в составе сканеров для оцифровки рентгеновских плёнок. Здесь свет от источника, проходя через плёнку, попадает на катод детектора, где преобразуется в электрический сигнал, который затем обрабатывается в компьютере.

Фотоэлектронный умножитель ФЭУ-145