Фотопомножительные (ФПМ) трубки

Фотонный умножитель (ФУ), или PMT-трубка, является детектором света с высокой чувствительностью. Фотонный умножитель преобразует свет в электроны, ускоряет электроны и умножает их количество на динодах, создавая усиленный фототок на выходном аноде. Этот ток часто преобразуется в читаемый импульс напряжения с использованием нагрузочного резистора. Фотонные умножители являются ключевыми элементами для преобразования световых сигналов в электрические, которые затем могут быть обработаны в цифровую форму для анализа и мониторинга. PMT выделяются своей высокой чувствительностью и способностью обнаруживать очень слабые световые сигналы благодаря лавинному процессу умножения. Их большая активная площадь позволяет захватывать больше света, что является значительным преимуществом по сравнению с детекторами с меньшей площадью, такими как лавинные фотодетекторы (APD).

Основной принцип работы фотонного умножителя основан на фотоэлектрическом эффекте. ФУ состоит из оптического окна, фотокатода, цепочки динодов, вакуумной оболочки и выходного анода. Оптическое окно может располагаться на торце вакуумной трубки — в этом случае ФУ называют head-on PMT. Если окно расположено сбоку трубки, устройство называется side-on PMT. Типичные материалы для окон: боросиликатное стекло, кварц UV fused silica или фторид магния. Диапазон пропускания окна определяет коротковолновой предел спектрального отклика ФУ.

Фотокатод — это тонкая фоточувствительная пленка, поглощающая свет и выпускающая фотоэлектроны. Его толщина и материал определяют длинноволновой предел спектрального отклика. Для разных спектральных характеристик света используют разные материалы: биалкали для синего и видимого диапазона, мультиалкали — для расширенного диапазона в ближнем ИК. Для ФУ, предназначенных для сцинтилляторов, учитывается чувствительность к синему свету и световая чувствительность (µA/lm) для оценки восприятия света человеком, а также световая фильтрованная чувствительность к синему (µA/lmF).

Квантовая эффективность (QE) измеряет эффективность преобразования фотонов в электроны и зависит от материала фотокатода, длины волны света, толщины окна и эффективности сбора электронов. Для зелёных сцинтилляторов используется интегральная квантовая эффективность (IQE), которая учитывает спектральную чувствительность фотокатода и спектр излучения. Фотокатод также влияет на тёмный ток, возникающий без светового воздействия.

Фотоэлектроны ускоряются и направляются к цепочке динодов, где каждый последующий динод имеет более положительный потенциал. Столкновение электрона с динодом вызывает выбивание дополнительных электронов, формируя лавину (вторичную электронную эмиссию). Диноды обеспечивают усиление сигнала. Усиление зависит от числа динодов, их формы, материала и приложенного напряжения.

Анод собирает умноженные электроны и формирует ток, пропорциональный числу электронов, который используется как выходной сигнал. Чувствительность анода (A/lm) зависит от чувствительности фотокатода, эффективности сбора и усиления.

Hangzhou Shalom EO предлагает стандартные и индивидуальные фотонные умножители (PMT), предназначенные для сцинтилляторов. Наши PMT оптимизированы для работы со сцинтилляторами. Стандартные трубки содержат боросиликатное стекло, биалкальный фотокатод, цепочку динодов, выходной анод, штыревой разъём и вакуумную оболочку. Диноды и анод используют конструкцию box-and-grid или box-focus/linear focus для оптимизации сбора и усиления фотоэлектронов.

Биалкальный фотокатод обеспечивает высокую синюю чувствительность и световую чувствительность. Стандартные PMT покрывают диапазон 290–650 нм с пиковой QE на 380 нм, что хорошо совпадает с излучением синего и видимого света сцинтилляторов.

Серия SPMT-F021 обладает высоким усилением и эффективностью сбора. Активная область катода — диаметр минимум 46 мм, штыревой разъём на 15 контактов, структура динодов — box-and-grid, что обеспечивает направленное движение электронов и минимальные потери. Усиление может достигать десятков миллионов. Применяется в счётчиках сцинтилляторов и физике высоких энергий.

Серия SPMT-T013 характеризуется быстрым откликом и низким уровнем шума (время нарастания 1,9 нс, тёмный ток 2 нА). 14-контактный разъём, структура динодов — box-focused или linear-focused. Box-focused подходит для высокоточных измерений, linear-focused — для общих задач. Применяется в счётчиках сцинтилляторов и измерении радиации.

Рисунок 1. Типичная кривая усиления SPMT-F021

Рисунок 2. Типичная спектральная характеристика SPMT-F021

Рисунок 3. Типичная кривая усиления SPMT-T013

Рисунок 4. Типичная спектральная характеристика SPMT-T013

Рисунок 5. Габаритные размеры SPMT-F021

Рисунок 6. Диаграмма распределения напряжений SPMT-F021

Рисунок 7. Габаритные размеры SPMT-T013

Рисунок 8. Диаграмма распределения напряжений SPMT-T013