Электронный умножитель представляет собой структуру вакуумной трубки, которая умножает падающие заряды. [1] В процессе, называемом вторичной эмиссией , один электрон при бомбардировке вторично-эмиссионного материала может вызвать эмиссию примерно от 1 до 3 электронов . Если между этой металлической пластиной и еще одной приложить электрический потенциал , испускаемые электроны ускорятся к следующей металлической пластине и вызовут вторичную эмиссию еще большего количества электронов. Это можно повторить несколько раз, в результате чего образуется большой поток электронов, собранных металлическим анодом, и все они были вызваны только одним.
В 1930 году русский физик Леонид Александрович Кубецкий предложил устройство, в котором использовались фотокатоды в сочетании с динодами или эмиттерами вторичных электронов в одной трубке для удаления вторичных электронов за счет увеличения электрического потенциала через устройство. Электронный умножитель может использовать любое количество динодов, которые используют коэффициент σ и создают коэффициент усиления σ n , где n — количество эмиттеров. [2]
Вторичная электронная эмиссия начинается, когда один электрон попадает на динод внутри вакуумной камеры и выбрасывает электроны, которые каскадом попадают на другие диноды, и процесс повторяется снова. Диноды устроены так, что каждый раз, когда электрон сталкивается со следующим, его напряжение увеличивается примерно на 100 электрон-вольт больше, чем на последнем диноде. Некоторые преимущества использования этого метода включают время отклика в пикосекундах, высокую чувствительность и электронный прирост около 10 8 электронов. [3]
В системе непрерывного динода используется рожковая воронка из стекла, покрытая тонкой пленкой полупроводниковых материалов. Электроды имеют увеличивающееся сопротивление, позволяющее осуществлять вторичную эмиссию. Непрерывные диноды используют отрицательное высокое напряжение на более широком конце и идут к положительному, близкому к земле, на узком конце. Первое устройство такого типа называлось Канальный Электронный Умножитель (КЭМ). ХЭМ требовалось 2-4 киловольта, чтобы добиться прироста в 10 6 электронов.
Другая геометрия электронного умножителя с непрерывным динодом называется микроканальной пластиной (MCP). [4] [5] Его можно рассматривать как двумерную параллельную решетку очень маленьких электронных умножителей с непрерывным динодом, собранных вместе и питаемых параллельно. Каждый микроканал обычно имеет параллельные стенки, а не конус или воронку. MCP изготовлены из свинцового стекла и имеют сопротивление 10 9 Ом между каждым электродом. Каждый канал имеет диаметр 10-100 мкм. Электронный прирост одной микроканальной пластины может составлять около 10 4 -10 7 электронов. [5]
В масс-спектрометрии электронные умножители часто используются в качестве детектора ионов, которые были разделены каким-либо масс-анализатором. Они могут быть типа непрерывного динода и могут иметь изогнутую форму воронки в виде рога или могут иметь дискретные диноды, как в фотоумножителе . Электронные умножители с непрерывным динодом также используются в миссиях НАСА и соединены с газовым хроматографическим масс-спектрометром ( ГХ-МС ), который позволяет ученым определять количество и типы газов, присутствующих на Титане, крупнейшем спутнике Сатурна. [6]
Микроканальные пластины также используются в очках ночного видения. Когда электроны попадают в миллионы каналов, они высвобождают тысячи вторичных электронов. Эти электроны затем попадают на люминофорный экран, где они усиливаются и преобразуются обратно в свет. Полученное изображение соответствует оригиналу и позволяет лучше видеть в темноте, при этом для подачи напряжения на MCP используется только небольшой аккумуляторный блок. [7]