Qu'est-ce qu'un tube photomultiplier?

Un tube photomultiplier utilise deux principes scientifiques pour amplifier l'effet d'un seul photon incident.Ils sont fabriqués dans de nombreuses configurations différentes de matériaux sensibles à la lumière et aux angles légers incidents pour obtenir un gain élevé et une réponse à faible bruit dans leur gamme de travail de fréquences ultraviolets, visibles et proche infrarouge.Développé à l'origine comme une caméra de télévision plus réactive, des tubes photomultiplicateurs se trouvent maintenant dans de nombreuses applications.

Avec l'invention des semi-conducteurs, les tubes à vide ont été largement éliminés de l'industrie de l'électronique, à l'exception du tube photomultiplier.Dans cet appareil, un seul photon passe par une fenêtre ou une plaque faciale et a un impact sur une photocathode, une électrode en matériau photoélectrique.Ce matériau absorbe l'énergie du photon lumineux à des fréquences spécifiques et émet des électrons dans un résultat appelé effet photoélectrique.

Les effets de ces électrons émis sont amplifiés par l'utilisation du principe de l'émission secondaire.Les électrons émis par la photocathode sont focalisés sur le premier d'une série de plaques multiplicatrices d'électrons appelées dynodes.À chaque dynode, les électrons entrants provoquent l'émission d'électrons supplémentaires.Un effet en cascade se produit et le photon incident a été amplifié ou détecté.Par conséquent, la base du nom photomultiplier, le très petit signal d'un seul photon est renforcé au point où il est facilement détectable par l'écoulement du courant du tube photomultiplier.

Les réponses spectrales du tube photomultiplier sont principalement dues à deuxéléments de design.Le type de fenêtre détermine quels photons peuvent passer dans l'appareil.Le matériau de photocathode détermine la réponse au photon.Les autres variations de la conception incluent les fenêtres ou les fenêtres latérales montées par le tube où le flux de photons est rebondi sur la photocathode.Comme le gain ou l'amplification est limité par le processus d'émission secondaire et n'augmente pas avec une tension d'accélération accrue, des photomultiplicateurs à plusieurs étapes ont été développés.

La réponse à la photocathode dépend de la fréquence des photons incidents, et non du nombre de photons reçus.Si le nombre de photons augmente, le courant électrique généré augmente, mais la fréquence des électrons émis est constant pour toute combinaison de photocathodes de fenêtre, un résultat qu'Albert Einstein a utilisé comme preuve de la nature des particules de la lumière.

Le gain d'un tube photomultiplier varie jusqu'à 100 millions de fois.Cette propriété, ainsi que le faible bruit ou le signal injustifié, rend ces tubes à vide indispensables pour détecter un très petit nombre de photons.Cette capacité de détection est utile dans l'astronomie, la vision nocturne, l'imagerie médicale et d'autres utilisations.Les versions semi-conductrices sont utilisées, mais le photomultiplier du tube à vide est mieux adapté à la détection de photons légers qui ne sont pas collimatés, ce qui signifie que les rayons lumineux ne parcouraient pas des chemins parallèles les uns avec les autres.

Les photomultiplicateurs ont d'abord été développés en tant que caméras de télévision, qui ont permis à la diffusion de télévision de dépasser les coups de studio avec des lumières vives vers des paramètres plus naturels ou des reportages sur place.Bien qu'ils aient été remplacés par des dispositifs couplés à charge (CCD) dans cette application, les tubes photomultiplicateurs sont encore largement spécifiés.Une grande partie des travaux de développement sur le tube photomultiplier a été effectué par RCA dans des installations aux États-Unis et dans l'ancienne Union soviétique dans la seconde moitié du 20e siècle.Dans les premières décennies du 21e siècle, la plupart des tubes photomultiplicateurs du monde sont fabriqués par une entreprise japonaise, Hamamatsu Photonics.