Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) . очень распространенный и во

многих случаях незаменимый детектор излучения. Он позволяет регистрировать и

предельно слабые и довольно интенсивные потоки. От единиц до 1010112

фотонов в секунду. Постоянная времени . порядка 10–81–1 с, т.е. допускает

весьма высокие частоты модуляции. Может быть размещен на воздухе и в

вакууме. На выходе дает легко измеримый сигнал. Все это с лихвой компенсирует

неудобства, связанные с необходимостью использования высоковольтных блоков питания (0.52.5 кВ) и довольно большими габаритами ФЭУ.

Устройство и основные узлы фотоэлектронного умножителя

Схематичное изображение

устройства ФЭУ.

Пояснения в тексте.

Схема ФЭУ приведена на рис. (этот и некоторые другие рисунки

воспроизведены из [1]). Фотоэлектронный умножитель состоит из фотокатода 1,

катодной камеры 1–3, динодной системы 3–14 и анодного узла 14–16,

размещенных внутри вакуумного объема. Световой поток поглощается

фотокатодом, эмиттирующим в вакуум электроны. В электростатическом поле,

создаваемом электродами катодной камеры, электроны ускоряются и

фокусируются на первый динод (3). Ускоренный первичный электрон способен

выбить с поверхности несколько вторичных, медленных1. Умноженные на первом

диноде, вторичные электроны ускоряются и фокусируются на второй динод.

Далее этот процесс повторяется на всех каскадах и с последнего динода

усиленный электронный поток собирается анодом. Каждый динод работает и

анодом, собирая электроны с предыдущего, и катодом, эмиттируя усиленный

поток. Отсюда и название . динод.

Фотокатод

Конструкция каждого ФЭУ должна обеспечить оптимальные условия

попадания светового излучения на фотокатод (оптический вход ФЭУ), поэтому

применяются различные геометрические расположения фотокатода относительно

оси вакуумной колбы и различные материалы входных окон.

Для регистрации несфокусированного излучения используется торцевой

оптический вход. . В этом случае ПОЛУПРОЗРАЧНЫЙ

ФОТОКАТОД, работающий .на просвет. (излучение попадает на фотокатод со

стороны подложки), формируется при изготовлении в виде тонкой пленки

непосредственно на плоском входном окне. Диаметр фотокатода может

превышать 250 мм, но наиболее широко применяются ФЭУ с диаметрами рабочей

площади от 5 до 50 мм.

Сфокусированные световые пучки можно регистрировать и с фотокатодом

малой площади, в том числе . работающим .на отражение. (излучение попадает

на фотокатод со стороны вакуума). Входное окно при этом располагается или на

торце, или на боковой стенке колбы.

В этом случае мы имеем МАССИВНЫЙ ФОТОКАТОД, формируемый на

металлической, т.е. хорошо проводящей поверхности. Он имеет существенные

преимущества перед полупрозрачным и по эмиссионным свойствам и, главное, по

электрическим. Дело в том, что материал фотокатода . полупроводник с

невысокой и сильно зависящей от температуры проводимостью. Электрод к

полупрозрачному фотокатоду может быть подведен только по периферии, так

что при больших интенсивностях света и соответственно больших токах эмиссии

проводимость вдоль тонкой пленки от периферии к центру может оказаться

недостаточной, особенно если фотокатод придется охлаждать для уменьшения

темнового тока. В массивном фотокатоде ток от металлического электрода к

поверхности течет не вдоль, а поперек слоя и ограничений по величине фототока

практически не возникает.

Катодная камера

Катодная камера ФЭУ образуется поверхностями фотокатода и первого

динода, а также расположенными между ними электродами, форма и

распределение потенциалов на которых определяют ее электронно-оптические

свойства. У неё две функции: вытягивание электронов с фотокатода и

фокусировка их на первый динод. Отсюда и характеристические параметры.