DSCF6659

274

liniowym wzmacniaczem o wysokim współczynniku wzmocnienia prądowego (10⁵ +■10⁹), niskim poziomie szumów i wysokiej czułości (10 -i-100 A/lm).

2. Budowa i działanie fotopowielacza

Fotokatodą jest zwykle półprzezroczysta warstwa metaliczna (najczęściej Sb-Cs lub Sb-K-Na-Cs), naniesiona na wewnętrzną powierzchnię szklanego lub kwarcowego okienka fotopowielacza. Maksymalna wydajność kwantowa fotokatody (średnia liczba elektronów wyzwolonych przez jeden padający foton) wynosi ok. 0,1. Innym ważnym parametrem fotokatody jest wielkość emisji termicznej warunkującej tzw. „prąd ciemny” fotopowielacza — wynosi ona w temperaturze pokojowej ok. 10'¹¹ A/m^z. W niektórych zastosowaniach ważna jest znajomość czułości widmowej fotokatody - zwykle osiąga ona maksimum w pobliżu 0,5 /on.

Rozpatrując działanie fotopowielacza można w pierwszym przybliżeniu przyjąć, że współczynnik emisji wtórnej ó zależy liniowo od napięcia U pomiędzy dynodami:

5 = cU    (1)

Związek taki otrzymuje się, zakładając, że energia kinetyczna każdego elektronu docierającego do dynody jest w całości zużywana na wyzwalanie elektronów wtórnych, emitowanych z zerową prędkością początkową i docierających w komplecie do następnej dynody. W rzeczywistych układach elektrony posiadają szeroki rozkład energetyczny, włączający przypadki rozproszenia sprężystego, a część wiązki nie uczestniczy w procesie wzmocnienia pomimo tego, że ukształtowanie dynod sprzyja jej ogniskowaniu¹, ponadto pojawia się ładunek przestrzenny, którego wpływu nie potrafimy uwzględnić w naszych uproszczonych rozważaniach. Bardziej realistycznie załóżmy jednak, że spełniony jest związek ogólniejszy od 1:

11 cU«    (2)

gdzie 0 < a < 1. Dodajmy, że doświadczenie potwierdza przybliżoną słuszność zależności 2 dla napięć przyspieszających niższych od 300 400 V (zależnie od materiału dynod); przy dalszym zwiększaniu napięcia współczynnik emisji wtórnej rośnie wolniej, osiąga maksimum, a następnie maleje, co

jakościowo tłumaczy się wzrostem głębokości przenikania elektronów w substancję emitującą: w rezultacie część elektronów wtórnych traci energię w zderzeniach przed osiągnięciem powierzchni metalu.

Jeśli współczynnik emisji wtórnej wszystkich dynod jest jednakowy i jednakowe są także spadki napięć pomiędzy dynodami, wówczas prąd anodowy i_a związany jest z prądem fotokatody i₀ prostą zależnością:

!f|||    (3)

Uwzględniając dodatkowo związek pomiędzy napięciem zasilania fotopowielacza i różnicą potencjałów kolejnych dynod:

U | UuuJm

otrzymamy zależność:

i_a = i₀(cuy = c_xvz.    (4)

Odpowiedni spadek napięcia na oporniku anodowym R_a wynosi:

U_a = i_aR_a = c₂UZ    (5)

Cj i c_z oznaczają stałe.

Po zlogarytmowaniu wzoru 4 otrzymamy związek:

y = a + bx    (6)

gdzie

a = la c_t; b = «m; y = la i„; z = ln

Zależność 5 jest w zastosowanej skali funkcyjnej reprezentowana przez linię prostą o tym samym nachyleniu, jak w zależności 4.

3. Zastosowanie

Szczególnie ważne zastosowanie znalazły fotopowielacze we współpracy ze scyntylatorami. Scyntylatorami nazywa się substancje (stałe, ciekłe i gazowe) odznaczające się tą własnością, że jonizacja wywołana w nich przez cząstki naładowane powoduje emisję światła o natężeniu proporcjonalnym do jonizacji, tj. pośrednio do energii cząstki (w przypadku całkowitego pochłaniania). Fotopowielacze wraz ze scyntylatorami tworzą tzw. liczniki

1

Znaczne usługi w optymalizacji konstrukcji fotopowielacza oddala metoda modelowania pól za pomocą wanny elektrolitycznej (por. ćw. E-l).