3. Фотоэлектронные умножители
Фотоумножитель служит для преобразования световых вспышек сцинтиллятора в импульсы электрического тока. Основными элементами ФЭУ являются фотокатод, система ускоряющих электродов (динодов) и анод, собирающий электроны.
Сцинтиллятор с помощью специальных масел или клея, обеспечивающих оптический контакт, прикрепляется к торцу стеклянного баллона ФЭУ (см. рис. 3). Изнутри на этот торец наносится полупрозрачный металлический слой, представляющий собой фотокатод. Свет сцинтилляций вырывает из фотокатода электроны, которые фокусируются на первый динод ФЭУ. Неоднородность покрытия фотокатода сильно влияет на амплитудное разрешение ФЭУ.
Рис. 3. Устройство ФЭУ.
Попавшие на первый динод фотоэлектроны выбивают из него вторичные электроны, которые фокусируются и направляются на следующий динод. Материал динодов выбирается таким, чтобы коэффициент вторичной эмиссии был больше единицы. В этом случае происходит умножение числа электронов.
Полный коэффициент усиления ФЭУ
M = Θ(δ)n,
где Θ -коэффициент, характеризующий сбор вторичных электронов динодами; n - число умножающих динодов; δ - коэффициент усиления на диноде. Коэффициент усиления ФЭУ сильно зависит от величины ускоряющего напряжения U на динодах. Эта зависимость выражается формулой
M = M0Un,
где M0 - некоторая постоянная величина для данного ФЭУ. Для поддержания постоянства M в пределах 1% требуется стабильность напряжения, подаваемого на ФЭУ, в пределах 0,01– 0,1%.
а б
Рис. 4. Схема подачи высокого напряжения на диноды временного ФЭУ (а) и спектрометрического ФЭУ (б)
По своему применению ФЭУ делятся на спектрометрические и временные. Основным требованием, предъявляемым к спектрометрическим ФЭУ, является хорошая собственная амплитудная разрешающая способность. Например, у ФЭУ-29м, ФЭУ-С она составляет 4-5%. Лучшие временные ФЭУ характеризуются временем нарастания импульса тока ~0,1÷2,0 нс. Важной характеристикой ФЭУ является диаметр фотокатода. У наиболее распространенных ФЭУ диаметр фотокатода 15 – 45 мм. При использовании больших сцинтилляторов применяют ФЭУ, диаметр которых может достигать 290 мм.
Схема подачи высокого напряжения на диноды ФЭУ зависит от назначения ФЭУ. На рис. 4 показаны схемы включения ФЭУ, предназначенных для временного и спектрометрического режимов работы. Обычно U~600÷1500 В, междинодные напряжения U1,. . .,Un порядка 100–200 В. Ток через делитель R1,. . .,Rn должен быть на порядок больше, чем ток сигнала через ФЭУ.