Elektronenvervielfacher - Electron multiplier

Unterschiedliche Unterschiede zwischen diskreten und kontinuierlichen Elektronenvervielfachern.

Ein Elektronenvervielfacher ist eine Vakuumröhrenstruktur, die einfallende Ladungen vervielfacht. In einem als Sekundäremission bezeichneten Prozess kann ein einzelnes Elektron , wenn es auf sekundär emittierendes Material beschossen wird, eine Emission von ungefähr 1 bis 3 Elektronen induzieren . Wenn zwischen dieser Metallplatte und noch einer anderen ein elektrisches Potential angelegt wird, beschleunigen die emittierten Elektronen zur nächsten Metallplatte und induzieren eine Sekundäremission noch weiterer Elektronen. Dies kann mehrmals wiederholt werden, was zu einem großen Elektronenregen führt, der alle von einer Metallanode gesammelt wird und alle von nur einer ausgelöst wurden.

Geschichte

1930 schlug der russische Physiker Leonid Aleksandrovitch Kubetsky ein Gerät vor, bei dem Photokathoden in Kombination mit Dynoden oder Sekundärelektronenemittern in einer einzigen Röhre verwendet wurden, um Sekundärelektronen durch Erhöhen des elektrischen Potenzials durch das Gerät zu entfernen. Der Elektronenvervielfacher kann insgesamt eine beliebige Anzahl von Dynoden verwenden, die einen Koeffizienten verwenden und eine Verstärkung von σ n erzeugen, wobei n die Anzahl der Emitter ist.

Diskrete Dynode

Die Sekundärelektronenemission beginnt, wenn ein Elektron in einer Vakuumkammer auf eine Dynode trifft und Elektronen ausstößt, die auf weitere Dynoden kaskadieren und den Vorgang erneut wiederholen. Die Dynoden sind so aufgebaut, dass jedes Mal, wenn ein Elektron auf die nächste trifft, es eine Zunahme von etwa 100 Elektronenvolt mehr hat als die letzte Dynode. Einige Vorteile dieser Verwendung umfassen eine Reaktionszeit in den Pikosekunden, eine hohe Empfindlichkeit und eine Elektronenverstärkung von etwa 10 8 Elektronen.

Ein diskreter Elektronenvervielfacher

Kontinuierliche Dynode

Ein kontinuierliches Dynodensystem verwendet einen hornförmigen Trichter aus Glas, der mit einem dünnen Film aus halbleitenden Materialien beschichtet ist. Die Elektroden haben einen zunehmenden Widerstand, um Sekundäremission zu ermöglichen. Kontinuierliche Dynoden verwenden am breiteren Ende eine negative Hochspannung und gehen am schmalen Ende zu einem positiven Masseschluss. Das erste Gerät dieser Art wurde Channel Electron Multiplier (CEM) genannt. CEMs benötigten 2-4 Kilovolt, um eine Verstärkung von 10 6 Elektronen zu erreichen.

Elektronenvervielfacher mit kontinuierlicher Dynode

Mikrokanalplatte

Eine andere Geometrie des Elektronenvervielfachers mit kontinuierlicher Dynode wird als Mikrokanalplatte (MCP) bezeichnet. Es kann als eine zweidimensionale parallele Anordnung von sehr kleinen kontinuierlichen Dynoden-Elektronenvervielfachern betrachtet werden, die zusammengebaut und parallel gespeist werden. Jeder Mikrokanal ist im Allgemeinen parallelwandig, nicht verjüngt oder trichterartig. MCPs bestehen aus Bleiglas und haben einen Widerstand von 10 9 Ω zwischen jeder Elektrode. Jeder Kanal hat einen Durchmesser von 10-100 µm. Die Elektronenverstärkung für eine Mikrokanalplatte kann etwa 10 4 –10 7 Elektronen betragen .

MikrokanalplatteWithBreakdown

Anwendungen

Instrumente

In der Massenspektrometrie werden Elektronenvervielfacher oft als Detektor von Ionen verwendet, die von einem Massenanalysator irgendeiner Art getrennt wurden. Sie können vom Typ mit kontinuierlicher Dynode sein und können eine gekrümmte hornartige Trichterform aufweisen oder können diskrete Dynoden wie in einem Photomultiplier aufweisen . Kontinuierliche Dynoden-Elektronenvervielfacher werden auch bei NASA-Missionen verwendet und sind mit einem Gaschromatographie-Massenspektrometer ( GC-MS ) gekoppelt, mit dem Wissenschaftler die Menge und Arten von Gasen auf Titan, dem größten Saturnmond, bestimmen können.

Nachtsicht

Mikrokanalplatten werden auch in Nachtsichtbrillen verwendet. Wenn Elektronen auf Millionen von Kanälen treffen, setzen sie Tausende von Sekundärelektronen frei. Diese Elektronen treffen dann auf einen Phosphorschirm, wo sie verstärkt und wieder in Licht umgewandelt werden. Das resultierende Bild strukturiert das Original und ermöglicht eine bessere Sicht im Dunkeln, während nur ein kleiner Akku verwendet wird, um den MCP mit Spannung zu versorgen.

Siehe auch

Verweise

Externe Links