Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) представляет собой, электровакуумный прибор, в котором поток электронов, эмитируемый фотокатодом под действием оптического излучения, усиливается в умножительной системе результате процесса вторичной электронной эмиссии. Наиболее распространены фотоэлектронные умножители, в которых усиление потока электронов осуществляется при помощи нескольких специальных электродов изогнутой формы - «динодов», обладающих коэффициентом вторичной эмиссии больше 1. Для фокусировки и ускорения электронов на анод и диноды подаётся высокое напряжение (600-3000 В). Иногда также применяется магнитная фокусировка, либо фокусировка в скрещенных электрическом и магнитном полях.
Различают несколько традиционных систем динодов – жалюзийная, линейно-сфокусированная, круговая, венецианское окно. Выбор системы динодов влияет на габаритные размеры фотоумножителя, коэффициент усиления, временные параметры, линейность, чувствительность к магнитным полям, стоимость. К примеру, ФЭУ с линейно-сфокусированной системой динодов имеют отличную линейность и высокий коэффициент усиления, благодаря чему находят широкое применение в спектрометрии. ФЭУ с жалюзийной системой динодов обладают значительно худшей линейностью и более медленными временными характеристиками, но благодаря своей относительно низкой стоимости успешно применяются в сцинтилляционных детекторах, работающих в счетном режиме.
Фотокатоды ФЭУ выполняют из полупроводников на основе соединений элементов I или III группы периодической системы Менделеева с элементами V группы. Различают следующие типы фотокатодов – бищелочной фотокатод (bialkali, K-Cs-Sb) для работы в синей и зеленой области спектра с низким темновым током; бищелочной фотокатод легированный рубидием (rubidium bialkali, Rb-Cs-Sb), имеющий повышенную чувствительность в синей и зеленой областях спектра, но с удвоенным темновым током по сравнению с бищелочным фотокатодом; мультищелочной фотокатод (multialkali S20, Na-K-Cs-Sb) с расширенной чувствительностью от ультрафиолетовой до ближней инфракрасной области спектра, но требующий охлаждения для снижения темнового тока; высокотемпературный бищелочной фотокатод (high temperature bialkali, Na-K-Sb) рекомендуемый для работы при температурах более 60 0С; солнечно-слепой фотокатод (solar blind, KBr, CsI, RbTe, CsTe) только для работы в ультрафиолетовой области спектра.
Полупрозрачные фотокатоды обычно наносят на внутреннюю поверхность входного окна стеклянного баллона ФЭУ. Для изготовления дискретных динодов используют следующие материалы: Cs3Sb, наносимый в виде слоя на металлическую подложку; сплавы CuBe, CuAlMg; эпитаксиальные слои GaP на Mo, обработанные O2 и др. Каналы непрерывных динодов изготавливают из стекла с высоким содержанием свинца.
Материал входного окна ФЭУ определяет также определяет рабочий спектральный диапазон фотоумножителя. Традиционно применяются следующие стекла – боросиликатное стекло представляет собой недорогое стекло для работы с длинами волн более 260 нм; ультрафиолетовое стекло расширяет чувствительность до 180 нм; кварцевое стекло имеет прозрачность до 160 нм; флорид магния пропускает ультрафиолетовое излучение до 110 нм.
К основным параметрам ФЭУ относится световая анодная чувствительность (отношение анодного фототока к вызывающему его световому потоку при номинальных потенциалах электродов); спектральная чувствительность (равная спектральной чувствительности фотокатода, умноженной на коэффициент усиления умножительной системы; темновой ток (ток в анодной цепи в отсутствие светового потока).
Применение фотоэлектронных умножителей:
-
Хемилюминесценция, биолюминисценция, флуоресценция
-
Проточная цитометрия, хромотография
-
Анализ состояния окружающей среды
-
Неразрушающий контроль
-
Счет фотонов, регистрация частиц
-
Спектрофотометрия
-
Дозиметрия и радиометрия
-
Исследования космоса и астрономия
-
Конфокальная и электронная микроскопия
-
Ядерная физика и физика высоких энергий
-
Гамма-каротаж и скважинная аппаратура
-
Дифрактометрия
