Jump to content

Ֆոտոմուլտիպլիկատոր խողովակներ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Ֆոտոմուլտիպլիկատոր
Սարք, որն օգտագործվում է էլեկտրատեխնիկայում Խմբագրել Wikidata
Ենթակատեգորիաֆոտոդետեկտոր Խմբագրել Wikidata

Ֆոտոմուլտիպլիկատոր խողովակներ կամ ֆոտոբազմապատկիչներ (PMT), լույսի չափազանց զգայուն դետեկտորներ էլեկտրամագնիսական սպեկտրի ինֆրակարմիր տիրույթներում: Դրանք վակուումային ֆոտոխողովակների դասի անդամներ են։ Այս դետեկտորները բազմապատկում են հարվածային լույսի արտադրած հոսանքը մինչև 100 միլիոն անգամ (160 դԲ)[1], բազմաթիվ ալիքների փուլերում՝ հնարավորություն տալով առանձին ֆոտոններ հայտնաբերել, երբ լույսի անկման հոսքը ցածր է։

Բարձր աճի, ցածր աղմուկի, բարձր հաճախականության արձագանքման, գերարագ արձագանքման համադրությունը ֆոտոբազմապատկիչներին, կարևոր է պահել ցածր լույսի մակարդակի սպեկտրոսկոպիայում, միջուկային և մասնիկների պահպանման համար: Լայն կիրառվում են ֆիզիկայի, աստղագիտության, բժշկական ախտորոշումների, այդ թվում՝ արյան թեստերի, շարժանկարների սկանավորոման և բարձրակարգ պատկերների սկաներներում: Գիշերային տեսողության սարքերի հիմքում ընկած են ֆոտոբազմապատկիչ տեխնոլոգիայի տարրերը: Հետազոտությունները, որոնք վերլուծում են լույսի ցրումը, ինչպես օրինակ լուծույթում պոլիմերների ուսումնասիրությունը, հաճախ օգտագործում են լազեր և PMT՝ ցրված լույսի տվյալները հավաքելու համար:

Դինոդներ ֆոտոբազմապատկիչ խողովակի ներսում

Կիսահաղորդչային սարքերը, մասնավորապես սիլիցիումի ֆոտոբազմապատկիչները, այլընտրանք են դասական ֆոտոմուլտիպլիկատորներին։ Այնուամենայնիվ, ֆոտոբազմապատկիչները եզակիորեն հարմար են այն կիրառությունների համար, որոնք պահանջում են ցածր աղմուկի, բարձր զգայունությամբ լույսի հայտնաբերում։

Կառուցվածքը և կիրառման սկզբունքներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Նկար 1. Ֆոտոմուլտիպլիկատոր խողովակի սխեման՝ միացված ցինտիլյատորին: Այս դասավորությունը նախատեսված է գամմա ճառագայթների հայտնաբերման համար:
Նկար 2. Տիպիկ ֆոտոբազմապատկիչ լարման բաժանարար միացում՝ օգտագործելով բացասական բարձր լարում:

Ֆոտոմուլտիպլիկատորները սովորաբար կառուցվում են ապակյա պատյանով, որը պարունակում է ֆոտոկատոդ, մի քանի կատոդ և անոդ: Ֆոտոնները հարվածում են ֆոտոկատոդային նյութին, որը սովորաբար սարքի մուտքի պատուհանի ներսի մասում բարակ գոլորշիներով կուտակված հաղորդիչ շերտ է: Էլեկտրոնները մակերևույթից դուրս են մղվում ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի հետևանքով։ Այս էլեկտրոնները կենտրոնացման էլեկտրոդով ուղղվում են դեպի էլեկտրոնների բազմապատկիչ, որտեղ էլեկտրոնները բազմապատկվում են երկրորդային արտանետման գործընթացով:

Էլեկտրոնների բազմապատկիչը բաղկացած է մի շարք էլեկտրոդներից, որոնք կոչվում են դինոդներ: Յուրաքանչյուր դինոդ պահվում է ավելի դրական պոտենցիալով, ≈100 վոլտով, քան նախորդը: Առաջնային էլեկտրոնը լքում է ֆոտոկատոդը մուտքային ֆոտոնի էներգիայով, կամ մոտ 3 eV «կապույտ» ֆոտոնների դեպքում՝ հանած ֆոտոկատոդի աշխատանքային ֆունկցիան։ Առաջնային էլեկտրոնների փոքր խումբ է ստեղծվում սկզբնական ֆոտոնների խմբի ժամանումից: Առաջնային էլեկտրոնները շարժվում են դեպի առաջին դինոդը, քանի որ դրանք արագանում են էլեկտրական դաշտով: Նրանցից յուրաքանչյուրը գալիս է ≈100 eV կինետիկ էներգիայով, որը փոխանցվում է պոտենցիալ տարբերությամբ: Առաջին դինոդին հարվածելուց հետո ավելի շատ ցածր էներգիայի էլեկտրոններ են արտանետվում, և այդ էլեկտրոններն իրենց հերթին արագանում են դեպի երկրորդ դինոդը: Դինոդային շղթայի երկրաչափությունն այնպիսին է, որ տեղի է ունենում կասկադ՝ յուրաքանչյուր փուլում արտադրվող էլեկտրոնների քանակի աճող քանակով: Օրինակ, եթե յուրաքանչյուր փուլում միջինը 5 նոր էլեկտրոն է արտադրվում յուրաքանչյուր մուտքային էլեկտրոնի համար, և եթե կա 12 դինոդային փուլ, ապա վերջին փուլում յուրաքանչյուր առաջնային էլեկտրոնի համար ակնկալվում է մոտ 512 ≈ 108 էլեկտրոն: Այս վերջին փուլը կոչվում է անոդ: Անոդին հասնող այս մեծ թվով էլեկտրոնների արդյունքում առաջանում է սուր հոսանքի իմպուլս, որը հեշտությամբ հայտնաբերվում է, օրինակ՝ օսցիլոսկոպի վրա, որն ազդարարում է ֆոտոկատոդի մոտ ≈50 նանվայրկյան առաջ ֆոտոն(ներ)ի ժամանումը:

Դինոդների շարքի երկայնքով լարման անհրաժեշտ բաշխումը ստեղծվում է լարման բաժանարար շղթայով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում: Օրինակում ֆոտոկատոդը պահվում է բացասական բարձր լարման վրա 1000 Վ կարգի, մինչդեռ անոդը շատ է գետնի ներուժին մոտ: Վերջին մի քանի դինոդների միջով անցնող կոնդենսատորները գործում են որպես լիցքավորման տեղային ջրամբարներ, որոնք օգնում են պահպանել լարումը դինոդների վրա, մինչդեռ էլեկտրոնային ալիքները տարածվում են խողովակի միջով: Գործնականում օգտագործվում են սխեմաների բազմաթիվ տարբերակներ։

Գոյություն ունեն երկու ընդհանուր ֆոտոբազմապատկիչ կաղապարներ՝ գլխի վրա կամ վերջնամասում, ինչպես ցույց է տրված վերևում, որտեղ լույսը մտնում է շրջանաձև խողովակի միջով և անցնում ֆոտոկատոդ, որտեղ լույսը ներթափանցում է խողովակի կողային հատվածի որոշակի տեղում և ազդում անթափանց ֆոտոկատոդի վրա: Կողքի ձևավորումն օգտագործվում է, օրինակ 931 տիպում՝ առաջին զանգվածային արտադրության PMT-ում: Ֆոտոկատոդային տարբեր նյութերից բացի՝ աշխատանքի վրա ազդում է նաև լուսամուտի նյութի փոխանցումը, որի միջով անցնում է լույսը, և դինոդների դասավորությունը: Շատ ֆոտոմուլտիպլիկատոր մոդելներ հասանելի են, որոնք ունեն այս և այլ դիզայնի փոփոխականների տարբեր համակցություններ: Արտադրողների ձեռնարկները տրամադրում են տեղեկատվություն, որն անհրաժեշտ է որոշակի ծրագրի համար համապատասխան դիզայն ընտրելու համար:

Ներքին մետաղացում՝ որպես պաշտպանիչ էկրան անցանկալի լույսի աղբյուրներից

Պատմություն

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ֆոտոբազմապատկիչի գյուտը հիմնված է երկու նախորդ նվաճումների՝ ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի և երկրորդական արտանետումների առանձին բացահայտումների վրա։

Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի առաջին ցուցադրումն իրականացվել է 1887 թվականին Հայնրիխ Հերցի կողմից՝ օգտագործելով ուլտրամանուշակագույն լույսը[2]։ Գործնական կիրառության համար նշանակալից Էլսթերը և Գեյթելը երկու տարի անց ցույց տվեցին նույն ազդեցությունը՝ օգտագործելով տեսանելի լույսը հարվածող ալկալիական մետաղներ (կալիում և նատրիում)[3]: Կեզիումի՝ մեկ այլ ալկալիական մետաղի ավելացումը թույլ է տվել զգայուն ալիքների երկարությունների շրջանակը երկարացնել դեպի ավելի երկար ալիքների երկարությունները տեսանելի սպեկտրի կարմիր հատվածում:

Պատմականորեն ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը կապված է Ալբերտ Էյնշտեյնի հետ, որը 1905 թվականին հիմնվել է քվանտային մեխանիկայի հիմնարար սկզբունքի վրա հիմնված ֆենոմենի վրա[4], մի ձեռքբերում, որի համար Էյնշտեյնը ստացել է 1921 թվականին Նոբելյան մրցանակ։ Հարկ է նշել, որ Հենրիխ Հերցը, աշխատելով 18 տարի առաջ, չէր գիտակցել, որ արտանետվող էլեկտրոնների կինետիկ էներգիան համաչափ է հաճախականությանը, բայց անկախ օպտիկական ինտենսիվությունից: Այս փաստն առաջին անգամ ենթադրում էր լույսի դիսկրետ բնույթ, այսինքն՝ քվանտների գոյություն։

Երկրորդային արտանետում

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Երկրորդային արտանետման երևույթը (վակուումային խողովակի էլեկտրոնների կարողությունը լրացուցիչ էլեկտրոնների արտանետում առաջացնելն է էլեկտրոդին հարվածելով) սկզբում սահմանափակվում էր զուտ էլեկտրոնային երևույթներով և սարքերով (որոնք չունեին լուսազգայունություն): 1899 թվականին այդ էֆեկտի մասին առաջին անգամ հայտնել է Վիլարդը[5]: 1902 թվականին Օսթինը և Սթարկը զեկուցել են, որ մետաղական մակերեսները, որոնց վրա ազդել են էլեկտրոնային ճառագայթները, արձակում են ավելի մեծ թվով էլեկտրոններ, քան պատահական էին[6]: Նոր հայտնաբերված երկրորդային արտանետումների կիրառումը ազդանշանների ուժեղացման համար առաջարկվել է միայն Առաջին համաշխարհային պատերազմից հետո Վեստինգհաուսի գիտնական Ջոզեֆ Սլեպյանի կողմից 1919 թվականի արտոնագրով [7]:

Մրցավազք դեպի գործնական էլեկտրոնային հեռուստատեսային ֆոտոխցիկ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ֆոտոմուլտիպլիկատորի հայտնագործման բաղադրիչները միավորվեցին 1920-ական թվականներին, երբ վակուումային խողովակների տեխնոլոգիայի տեմպերն արագացան: Շատ աշխատողների, եթե ոչ մեծամասնության համար առաջնային նպատակը գործնական հեռուստատեսային տեսախցիկի տեխնոլոգիայի անհրաժեշտությունն էր: Հեռուստատեսությունը հետապնդվել է պարզունակ նախատիպերով տասնամյակներ առաջ, մինչև 1934 թվականին առաջին գործնական տեսախցիկի ներդրումը: Հեռուստատեսային տեսախցիկների վաղ նախատիպերը զուրկ էին զգայունությունից: Հետամուտ է եղել ֆոտոբազմապատկման տեխնոլոգիային, որպեսզի հեռուստատեսային տեսախցիկի խողովակները, բավականաչափ զգայուն լինեն՝ գործնական լինելու համար: Այսպիսով, փուլը դրված էր՝ համատեղելու ֆոտոէմիսիան երկակի երևույթները (այսինքն՝ ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը) երկրորդական արտանետման հետ, որոնք երկուսն էլ արդեն ուսումնասիրված և համարժեք հասկացված էին, ստեղծելու գործնական ֆոտոբազմապատկիչ։

Առաջին ֆոտոբազմապատկիչ, մեկ փուլով (1934 թվականի սկզբին)

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Առաջին փաստագրված ֆոտոմուլտիպլիկատորի ցուցադրությունը եղել է 1934 թվականի սկզբին RCA խմբի ձեռքբերումներով, որը հիմնված էր Հարիսոնում, Նյու Ջերսի նահանգում: Հարլի իամը ևԲերնարդ Սալիզբերգն առաջինն էին, ովքեր ինտեգրեցին ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի կատոդը և մեկ երկրորդային արտանետումների ուժեղացման փուլը մեկ վակուումային ծրարի մեջ և առաջինն էին, ովքեր բնութագրեցին դրա կատարումը որպես ֆոտոբազմապատկիչ՝ էլեկտրոնների ուժեղացման ավելացումով[8]: Այս ձեռքբերումները վերջնական տեսքի բերվեցին մինչև 1934թ. Սարքը բաղկացած էր կիսագլանաձև ֆոտոկատոդից, առանցքի վրա տեղադրված երկրորդային արտանետիչից և երկրորդական արտանետիչը շրջապատող կոլեկտորային ցանցից: Խողովակն ուներ մոտ ութ ուժեղացում և աշխատում էր 10 կՀց-ից շատ ավելի հաճախականություններով:

Մագնիսական ֆոտոբազմապատկիչներ (1934–1937 թվականների կեսեր)

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ավելի բարձր օգուտներ էին որոնվում, քան հասանելի վաղ միաստիճան ֆոտոբազմապատկիչներից: Այնուամենայնիվ, էմպիրիկ փաստ է, որ երկրորդական էլեկտրոնների ելքը սահմանափակ է ցանկացած երկրորդային արտանետման գործընթացում՝ անկախ արագացման լարումից: Այսպիսով, ցանկացած միաստիճան ֆոտոբազմապատկիչ ունի սահմանափակ շահույթ: Այն ժամանակ, առաջին փուլի առավելագույն շահույթը, որը կարելի էր ձեռք բերել, մոտավորապես 10 էր (1960-ականների շատ նշանակալի զարգացումները թույլ էին տալիս հասնել 25-ից բարձր օգուտների՝ օգտագործելով բացասական էլեկտրոնների մերձեցման դինոդներ): Այդ իսկ պատճառով, մի քանի փուլային ֆոտոբազմապատկիչները, որոնցում ֆոտոէլեկտրոնի ելքը կարող էր հաջորդաբար բազմապատկվել մի քանի փուլով, կարևոր նպատակ էին։ Խնդիրն այն էր, որ ֆոտոէլեկտրոնները բախվեն հաջորդաբար ավելի բարձր լարման էլեկտրոդներին, այլ ոչ թե ուղղակիորեն շարժվեն դեպի ամենաբարձր լարման էլեկտրոդը: Սկզբում այս մարտահրավերը հաղթահարվեց՝ օգտագործելով ուժեղ մագնիսական դաշտեր՝ էլեկտրոնների հետագծերը թեքելու համար: Նման սխեման ավելի վաղ մտահղացել էր գյուտարար Ջ. Սլեպյանը 1919 թվականին: Համապատասխանաբար, առաջատար միջազգային հետազոտական ​​կազմակերպություններն իրենց ուշադրությունը դարձրին ֆոտոմուլտիպլիկատորների կատարելագործման վրա՝ մի քանի փուլով ավելի բարձր շահույթ ստանալու համար:

ԽՍՀՄ-ում ՌԿԱ-ի կողմից արտադրված ռադիոսարքավորումները լայնորեն ներդրվեցին Իոսիֆ Ստալինի կողմից՝ հեռարձակման ցանցեր կառուցելու համար, իսկ հեռուստատեսության նորաստեղծ Համամիութենական գիտահետազոտական ​​ինստիտուտը պատրաստում էր հետազոտական ​​ծրագիր վակուումային խողովակներում, որն իր ժամանակի համար առաջադեմ էր: ՌԿԱ-ի գիտական ​​անձնակազմի կողմից բազմաթիվ այցելություններ են կատարվել ԽՍՀՄ 1930-ականներին՝ նախքան Սառը պատերազմը՝ խորհրդային հաճախորդներին RCA-ի սարքավորումների հնարավորությունների վերաբերյալ հրահանգելու և հաճախորդների կարիքները հետաքննելու նպատակով[9]: Այս այցելություններից մեկի ժամանակ՝ 1934 թվականի սեպտեմբերին, RCA-ի ղեկավար Վլադիմիր Զվորիկինին ցուցադրեցին առաջին բազմակի դինոդային ֆոտոմուլտիպլիկատորը կամ ֆոտոէլեկտրոնային բազմապատկիչը։ Այս պիոներական սարքը առաջարկվել է Լեոնիդ Ա. Կուբեցկու կողմից 1930 թվականին[10], որը նա հետագայում կառուցել է 1934 թվականին: Սարքը հասել է 1000 անգամ կամ ավելի, երբ ցուցադրվել է 1934 թվականի հունիսին: Աշխատանքը տպագրության է ներկայացվել միայն երկու տարի անց՝ հուլիսին: 1936 թվականին[11] ինչպես ընդգծվում է Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի (ՌԳԱ) վերջին հրապարակման մեջ 2006 թվին[12], որն այն անվանում է «Կուբեցկու խողովակ»։ Խորհրդային սարքն օգտագործում էր մագնիսական դաշտ՝ սահմանափակելու երկրորդական էլեկտրոնները և հիմնվում էր Ag-O-Cs ֆոտոկատոդի վրա, որը ցուցադրվել էր General Electric-ի կողմից 1920-ականներին:

1935 թվականի հոկտեմբերին Վլադիմիր Զվորիկինը, Ջորջ Աշմուն Մորթոնը և Լուի Մալթերը RCA-ից Քեմդենում, Նյու Ջերսի, ներկայացրեցին իրենց ձեռագիրը, որը նկարագրում էր բազմակի դինոդային խողովակի առաջին համապարփակ փորձարարական և տեսական վերլուծությունը, որը հետագայում կոչվեց ֆոտոբազմապատկիչ[13]։ IRE. RCA-ի նախատիպի ֆոտոմուլտիպլիկատորները նաև օգտագործում էին Ag-O-Cs (արծաթի օքսիդ-կեզիում) ֆոտոկատոդ: Նրանք ցուցադրել են առավելագույն քվանտային արդյունավետություն՝ 0,4% 800 նմ-ում:

Էլեկտրաստատիկ ֆոտոբազմապատկիչներ (1937թվականից այսօր)

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Մինչ այս վաղ ֆոտոբազմապատկիչներն օգտագործում էին մագնիսական դաշտի սկզբունքը, էլեկտրաստատիկ ֆոտոբազմապատկիչները (առանց մագնիսական դաշտի) ցուցադրվեցին Յան Ռաջմանի կողմից 1930-ականների վերջին Փրինսթոն նահանգի RCA լաբորատորիաներից և դարձան ստանդարտ բոլոր ապագա առևտրային ֆոտոբազմապատկիչների համար: Առաջին զանգվածային արտադրության ֆոտոմուլտիպլիկատորը՝ Type 931-ը, նման դիզայնի էր և առևտրային կերպով արտադրվում է մինչ օրս[14]։

Բարելավված ֆոտոկատոդներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

1936 թվականին Պ. Գյորլիխի կողմից զեկուցվել է շատ բարելավված ֆոտոկատոդ՝ Cs3Sb (կեզիում-անտիմոն)[15]: Կեզիում-անտիմոնի ֆոտոկատոդն ուներ 12% կտրուկ բարելավված քվանտային արդյունավետություն 400 նմ-ում և օգտագործվել է RCA-ի կողմից արտադրված առաջին առևտրային հաջողված ֆոտոբազմապատկիչների մեջ (այսինքն՝ 931-ի տիպը) և՛ որպես ֆոտոկատոդ, և՛ որպես երկրորդային արտանետող նյութ։ դինոդները տարբեր ֆոտոկատոդներ տվել են տարբեր սպեկտրային արձագանքներ:

Ֆոտոկատոդների սպեկտրային արձագանք

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

1940-ականների սկզբին JEDEC-ը, ստանդարտացման արդյունաբերական հանձնաժողովը, մշակեց սպեկտրային արձագանքների նշանակման համակարգ [16]: Փիլիսոփայությունը ներառում էր այն գաղափարը, որ արտադրանքի օգտագործողին պետք է միայն անհանգստացնի սարքի արձագանքը, այլ ոչ թե սարքի պատրաստման եղանակը: Ֆոտոկատոդի և լուսամուտի նյութերի տարբեր համակցություններին տրվել են «S-թվեր» (սպեկտրային թվեր)՝ սկսած S-1-ից մինչև S-40, որոնք դեռևս կիրառվում են այսօր: Օրինակ, S-11-ը օգտագործում է կեզում-անտիմոնի ֆոտոկատոդը կրաքարի ապակե պատուհանով, S-13-ն օգտագործում է նույն ֆոտոկատոդը միաձուլված սիլիցիումի պատուհանով, իսկ S-25-ն օգտագործում է այսպես կոչված «բազմալկալի» ֆոտոկատոդ (Na-K-Sb): -Cs կամ նատրիում-կալիում-հակիմոն-կեզիում), որն ապահովում է ընդլայնված արձագանք տեսանելի լույսի սպեկտրի կարմիր հատվածում: Դեռևս չի հաղորդվել, որ համապատասխան լուսարձակող մակերեսներ հայտնաբերեն մոտավորապես 1700 նանոմետրից ավելի ալիքների երկարություն, որոնց կարելի է մոտենալ հատուկ ֆոտոկատոդով[17]:

RCA կորպորացիա

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Տասնյակ տարիներ շարունակ RCA-ն պատասխանատու էր ֆոտոմուլտիպլիկատորների մշակման և վերամշակման ամենակարևոր աշխատանքի համար: RCA-ն մեծապես պատասխանատու էր նաև ֆոտոմուլտիպլիկատորների առևտրայնացման համար: Ընկերությունը կազմել և հրատարակել է հեղինակավոր և լայնորեն օգտագործվող Photomultiplier ձեռնարկը[18]: Ըստ պահանջի RCA-ն անվճար տրամադրեց տպագիր օրինակները: Ձեռնարկը մինչ օրս շարունակում է անվճար հասանելի լինել առցանց՝ RCA-ի իրավահաջորդների կողմից:

1980 թվականների վերջին կորպորատիվ փլուզումից հետո, որը ներառում էր RCA-ի ձեռքբերումը General Electric-ի կողմից և RCA-ի մասնաճուղերի տրամադրումը բազմաթիվ այլ կողմերին, RCA-ի ֆոտոմուլտիպլիկատորների բիզնեսը դարձավ անկախ ընկերություն:

Լանկասթեր, Փենսիլվանիա հաստատություն

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Լանկասթեր, Փենսիլվանիա հաստատությունը բացվել է ԱՄՆ նավատորմի կողմից 1942 թվականին և շահագործվել RCA-ի կողմից՝ ռադիո և միկրոալիքային խողովակների արտադրության համար: Երկրորդ համաշխարհային պատերազմից հետո ռազմածովային օբյեկտը ձեռք բերվեց RCA-ի կողմից: RCA Lancaster-ը, ինչպես հայտնի դարձավ, հիմք է հանդիսացել կոմերցիոն հեռուստատեսային արտադրանքի մշակման և արտադրության համար։ Հետագա տարիներին ավելացվեցին այլ ապրանքներ, ինչպիսիք են «կատոդային ճառագայթների» խողովակները, ֆոտոբազմապատկիչ խողովակները, շարժման զգայուն լույսի կառավարման անջատիչները և փակ շղթայի հեռուստատեսային համակարգերը:

Burle Industries

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Burle Industries-ը, որպես RCA Corporation-ի իրավահաջորդ, 1986 թվականից հետո առաջ մղեց RCA ֆոտոմուլտիպլիկատորի բիզնեսը, որը հիմնված էր Լանկասթերում, Փենսիլվանիա նահանգում: 1986 թվականին General Electric-ի կողմից RCA-ի ձեռքբերումը հանգեցրեց RCA Lancaster New Products բաժնի օտարմանը: Հետևաբար, ԱՄՆ ռազմածովային նավատորմի կողմից հիմնադրվելուց 45 տարի անց, նրա ղեկավար թիմը՝ Էրիխ Բուրլեֆինգերի գլխավորությամբ, գնեց բաժինը և 1987 թվականին հիմնեց Burle Industries-ը:

2005 թվականին, տասնութ տարի անկախ ձեռնարկություն լինելուց հետո, Burle Industries-ը և հիմնական ձեռնարկությունը ձեռք բերվեցին Photonis եվրոպական հոլդինգ Photonis Group-ի կողմից: Ձեռքբերումից հետո Photonis-ը կազմված էր Photonis Netherlands, Photonis France, Photonis USA և Burle Industries ընկերություններից: Photonis USA-ն ղեկավարում է Galileo Corporation Scientific Detector Products Group-ը (Sturbridge, Մասաչուսեթս), որը գնվել էր Burle Industries-ի կողմից 1999 թվականին: Խումբը հայտնի է միկրոալիքային թիթեղների դետեկտորի (MCP) էլեկտրոնների բազմապատկիչներով. ֆոտոմուլտիպլիկատորների ինտեգրված միկրովակուումային խողովակային տարբերակ: MCP-ները օգտագործվում են պատկերների և գիտական ​​ծրագրերի համար, ներառյալ գիշերային տեսողության սարքերը:

2009 թվականի մարտի 9-ին Photonis-ը հայտարարեց, որ կդադարեցնի ֆոտոբազմապատկիչների ամբողջ արտադրությունը ինչպես Լանկաստերում, Փենսիլվանիա, այնպես էլ Բրիվ (Ֆրանսիա) գործարաններում[19]:

Hamamatsu

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ճապոնական Hamamatsu Photonics ընկերությունը հայտնվել է 1950 թվականից՝ որպես ֆոտոմուլտիպլիկատորների արդյունաբերության առաջատար: Hamamatsu-ն, RCA-ի ավանդույթի համաձայն, հրատարակել է իր սեփական ձեռնարկը, որն անվճար հասանելի է ընկերության կայքում[20]: Այն օգտագործում է տարբեր անվանումներ որոշակի ֆոտոկատոդային ձևակերպումների համար և փոփոխություններ է մտցնում այդ անվանումների վրա՝ հիմնված Hamamatsu-ի սեփականության հետազոտության և զարգացման վրա:

Ֆոտոկատոդային նյութեր

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ֆոտոկատոդները կարող են պատրաստվել տարբեր նյութերից՝ տարբեր հատկություններով։ Սովորաբար նյութերն ունեն ցածր աշխատանքային ֆունկցիա և հետևաբար հակված են ջերմային արտանետումների՝ առաջացնելով աղմուկ և հոսանքի կորուստ, հատկապես այն նյութերը, որոնք զգայուն են ինֆրակարմիր ճառագայթների նկատմամբ: Ֆոտոկատոդի սառեցումը նվազեցնում է այս ջերմային աղմուկը: Ֆոտոկատոդի ամենատարածված նյութերն են Ag-O-Cs (նաև կոչվում է S1) փոխանցման ռեժիմ, զգայուն 300–1200 նմ[21]: Բարձր մութ հոսանք; օգտագործվում է հիմնականում մոտ ինֆրակարմիրով, ֆոտոկատոդով սառեցված; GaAs:Cs, ցեզիումով ակտիվացված գալիումի արսենիդ, հարթ արձագանք 300-ից 850 նմ, մարում դեպի ուլտրամանուշակագույն և մինչև 930 նմ; InGaAs:Cs, ցեզիումով ակտիվացված ինդիումի գալիումի արսենիդ, ավելի բարձր ինֆրակարմիր զգայունություն, քան GaAs:Cs, 900–1000 նմ-ի միջև շատ ավելի բարձր ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցություն, քան Ag-O-C-ները, Sb-Cs, (նաև կոչվում է S11) ցեզիումով ակտիվացված անտիմոն, որն օգտագործվում է ռեֆլեկտիվ ռեժիմի ֆոտոկատոդների համար; արձագանքման միջակայք՝ ուլտրամանուշակագույնից մինչև տեսանելի, լայնորեն կիրառվող, ցեզիումով ակտիվացված անտիմոն-ռուբիդիում կամ անտիմոն-կալիումի համաձուլվածք, որը նման է Sb:Cs-ին, ավելի բարձր զգայունությամբ և ցածր աղմուկով։ կարող է օգտագործվել փոխանցման ռեժիմի համար; բարենպաստ արձագանքը NaI:Tl սցինտիլյատորի բռնկումներին ստիպում է դրանք լայնորեն կիրառել գամմա սպեկտրոսկոպիայի և ճառագայթման հայտնաբերման մեջ; բարձր ջերմաստիճանի բիալկալի (Na-K-Sb), կարող է աշխատել մինչև 175 °C, օգտագործվում է ջրհորների հատման համար, ցածր մութ հոսանք սենյակային ջերմաստիճանում; բազմալկալի (Na-K-Sb-Cs), (նաև կոչվում է S20), լայն սպեկտրային արձագանք ուլտրամանուշակագույնից մինչև մերձ ինֆրակարմիր, հատուկ կատոդային մշակումը կարող է ընդլայնել տիրույթը մինչև 930 նմ, որն օգտագործվում է լայնաշերտ սպեկտրոֆոտոմետրերում զգայուն վակուումային ուլտրամանուշակագույն և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների նկատմամբ, անզգայուն տեսանելի լույսի և ինֆրակարմիրի նկատմամբ (Cs-Te-ն ունի անջատում 320 նմ, Cs-I-ը 200 նմ):

Ֆոտոմուլտիպլիկատորների պատուհանների նյութեր

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ֆոտոմուլտիպլիկատորների պատուհանները գործում են որպես ալիքի երկարության զտիչներ այն կարող է անտեղի լինել, եթե անջատման ալիքի երկարությունները դուրս են կիրառման տիրույթից կամ դուրս են ֆոտոկատոդի զգայունության տիրույթից, սակայն հատուկ ուշադրություն պետք է դարձնել հազվադեպ ալիքների երկարություններին: Բորոսիլիկատային ապակին սովորաբար օգտագործվում է մոտ ինֆրակարմիր մինչև մոտ 300 նմ հեռավորության վրա: Բարձր բորատային բորոսիլիկատային բյուրեղներ կան նաև բարձր ուլտրամանուշակագույն փոխանցման տարբերակներում՝ բարձր հաղորդունակությամբ նաև 254 նմ [22]։ Կալիումի շատ ցածր պարունակությամբ ապակին կարող է օգտագործվել բիալկալային ֆոտոկատոդների հետ՝ կալիում-40 իզոտոպից ֆոնային ճառագայթումը նվազեցնելու համար: Ուլտրամանուշակագույն ապակին փոխանցում է տեսանելի և ուլտրամանուշակագույնը մինչև 185 նմ: Օգտագործվում է սպեկտրոսկոպիայում: Սինթետիկ սիլիցիումը փոխանցվում է մինչև 160 նմ և ավելի քիչ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթ է ներծծում, քան ձուլված սիլիցիումը: Տարբեր ջերմային ընդլայնում, քան kovar-ը (և քան բորոսիլիկատային ապակին, որը համընկնում է kovar-ի հետ), աստիճանավորված կնիք, որն անհրաժեշտ է պատուհանի և մնացած խողովակի միջև: Կնիքը խոցելի է մեխանիկական ցնցումների նկատմամբ: Մագնեզիումի ֆտորիդն ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներ է փոխանցում մինչև 115 նմ։

Օգտագործման նկատառումներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ֆոտոմուլտիպլիկատոր խողովակները սովորաբար օգտագործում են 1000-ից 2000 վոլտ՝ արագացնելու էլեկտրոնները դինոդների շղթայում: Ամենաբացասական լարումը միացված է կատոդին, իսկ ամենադրական լարումը միացված է անոդին: Բացասական բարձր լարման սնուցումները (դրական տերմինալով հիմնավորված) հաճախ նախընտրելի են, քանի որ այս կոնֆիգուրացիան թույլ է տալիս չափել ֆոտոհոսանքը սխեմայի ցածր լարման կողմում՝ ցածր լարման տակ աշխատող հետագա էլեկտրոնային սխեմաների միջոցով ուժեղացնելու համար: Այնուամենայնիվ, բարձր լարման վրա գտնվող ֆոտոկատոդի դեպքում արտահոսքի հոսանքները երբեմն հանգեցնում են անցանկալի «մութ հոսանքի» իմպուլսների, որոնք կարող են ազդել շահագործման վրա: Լարումները բաշխվում են դինոդներին դիմադրողական լարման բաժանարարի միջոցով, թեև հնարավոր են այնպիսի տատանումներ, ինչպիսիք են ակտիվ դիզայնը (տրանզիստորներով կամ դիոդներով): Բաժանարար դիզայնը, որն ազդում է հաճախականության արձագանքման կամ բարձրացման ժամանակի վրա, կարող է ընտրվել տարբեր կիրառություններին համապատասխան: Որոշ գործիքներ, որոնք օգտագործում են ֆոտոմուլտիպլիկատորներ, ունեն դրույթներ՝ փոփոխելու անոդի լարումը, որպեսզի վերահսկեն համակարգի շահույթը:

ֆոտոմուլտիպլիկատորները պետք է պաշտպանված լինեն շրջակա լույսից՝ կանխելու դրանց ոչնչացումը գերգրգռման միջոցով: Որոշ կիրառություններում այս պաշտպանությունն իրականացվում է մեխանիկորեն էլեկտրական կողպեքների կամ փեղկերի միջոցով, որոնք պաշտպանում են խողովակը, երբ բացվում է ֆոտոմուլտիպլիկատորի խցիկը: Մեկ այլ տարբերակ է արտաքին միացումում ավելորդ հոսանքից պաշտպանություն ավելացնելը, որպեսզի երբ չափված անոդի հոսանքը գերազանցի անվտանգ սահմանը, բարձր լարումը նվազեցվի:

Եթե ​​օգտագործվում են ուժեղ մագնիսական դաշտեր ունեցող վայրերում, որոնք կարող են ոլորել էլեկտրոնային ուղիները, հեռացնել էլեկտրոնները դինոդներից և առաջացնել օգուտի կորուստ, ֆոտոմուլտիպլիկատորները սովորաբար մագնիսական պաշտպանված են փափուկ երկաթի կամ մյու-մետաղի շերտով: Այս մագնիսական վահանը հաճախ պահպանվում է կատոդային պոտենցիալում: Երբ դա այդպես է, արտաքին վահանը նույնպես պետք է էլեկտրական մեկուսացված լինի դրա վրա բարձր լարման պատճառով: Ֆոտոկատոդի և առաջին դինոդի միջև մեծ հեռավորություններ ունեցող ֆոտոմուլտիպլիկատորները հատկապես զգայուն են մագնիսական դաշտերի նկատմամբ[21]:

Հավելվածներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ֆոտոմուլտիպլիկատորներն առաջին էլեկտրական աչքի սարքերն էին, որոնք օգտագործվում էին լույսի ճառագայթների ընդհատումները չափելու համար: Ֆոտոմուլտիպլիկատորներն օգտագործվում են ցինտիլյատորների հետ համատեղ՝ իոնացնող ճառագայթումը ձեռքի տակ պահվող և ֆիքսված ճառագայթային պաշտպանության գործիքների միջոցով հայտնաբերելու համար, իսկ մասնիկների ճառագայթումը ֆիզիկայի փորձերում[23]։ Ֆոտոմուլտիպլիկատորներն օգտագործվում են հետազոտական ​​լաբորատորիաներում՝ չափելու լույս արձակող նյութերի ինտենսիվությունը և սպեկտրը, ինչպիսիք են բարդ կիսահաղորդիչները և քվանտային կետերը: Ֆոտոմուլտիպլիկատորներն օգտագործվում են որպես դետեկտոր շատ սպեկտրոֆոտոմետրերում: Սա թույլ է տալիս գործիքի ձևավորում, որը կխուսափի ջերմային աղմուկի զգայունության սահմանից, և որը, հետևաբար, կարող է էապես մեծացնել գործիքի դինամիկ տիրույթը:

Ֆոտոմուլտիպլիկատորներն օգտագործվում են բազմաթիվ բժշկական սարքավորումների նախագծման մեջ: Օրինակ՝ կլինիկական բժշկական լաբորատորիաների կողմից օգտագործվող արյան անալիզի սարքերը, ինչպիսիք են հոսքային ցիտոմետրերը, օգտագործում են ֆոտոմուլտիպլիկատորներ՝ որոշելու արյան նմուշներում տարբեր բաղադրիչների հարաբերական կոնցենտրացիան՝ օպտիկական ֆիլտրերի և շիկացած լամպերի հետ համատեղ: Գամմա տեսախցիկի մեջ օգտագործվում է ֆոտոմուլտիպլիկատորների զանգված: Ֆոտոմուլտիպլիկատորները սովորաբար օգտագործվում են որպես դետեկտորներ թռչող կետի սկաներներում:

Ջերմաստիճանի տիրույթ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հայտնի է, որ կրիոգեն ջերմաստիճաններում ֆոտոմուլտիպլիկատորները ցույց են տալիս էլեկտրոնների (պայթող) արտանետումների ավելացում, երբ ջերմաստիճանը նվազում է: Այս երևույթը դեռևս անբացատրելի է ֆիզիկայի որևէ տեսության կողմից[24]։

Ծանոթագրություններ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
  1. ↑ Decibels are power ratios. Power is proportional to I2 (current squared). Thus a current gain of 108 produces a power gain of 1016, or 160 dB
  2. ↑ H. Hertz (1887). «Ueber einen Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung». Annalen der Physik. 267 (8): 983–1000. Bibcode:1887AnP...267..983H. doi:10.1002/andp.18872670827.
  3. ↑ Elster, Julius; Geitel, Hans (1889). «Ueber die Entladung negativ electrischer Körper durch das Sonnen- und Tageslicht». Annalen der Physik. 274 (12): 497. Bibcode:1889AnP...274..497E. doi:10.1002/andp.18892741202.
  4. ↑ A. Einstein (1905). «Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt» (PDF). Annalen der Physik. 322 (6): 132–148. Bibcode:1905AnP...322..132E. doi:10.1002/andp.19053220607. Արխիվացված (PDF) օրիգինալից 2011-07-09-ին.
  5. ↑ Arifov, U. A. (14 December 2013). Interaction of Atomic Particles with a Solid Surface / Vzaimodeistvie Atomnykh Chastits S Poverkhnost'yu Tverdogo Tela / Взаимодействие Атомных Частиц С Поверхностью Твердого Тела. Springer. ISBN 9781489948090. Արխիվացված օրիգինալից 12 March 2017-ին – via Google Books.
  6. ↑ H. Bruining, Physics and applications of secondary electron emission, (McGraw-Hill Book Co., Inc.; 1954).
  7. ↑ J. Slepian, Westinghouse Electric, "Hot Cathode Tube" U.S. patent 1450265, Issued April 3, 1923 (Filed 1919)
  8. ↑ Iams, H.; Salzberg, B. (1935). «The Secondary Emission Phototube». Proceedings of the IRE. 23: 55. doi:10.1109/JRPROC.1935.227243. S2CID 51654002.
  9. ↑ A.B. Magoun Adding Sight to Sound in Stalin's Russia: RCA and the Transfer of Television Technology to the Soviet Union Արխիվացված 2011-07-24 Wayback Machine, Society for the History of Technology (SHOT), Amsterdam (2004)
  10. ↑ «Кубецкий Леонид Александрович» [Kubetsky Leonid Aleksandrovich]. Большая советская энциклопедия [Great Soviet Encyclopedia] (ռուսերեն). Vol. 13 (3 ed.). Moscow: Sovetskaya Entsiklopediya. 1973.
  11. ↑ Kubetsky, L.A. (1937). «Multiple Amplifier». Proceedings of the IRE. 25 (4): 421. doi:10.1109/JRPROC.1937.229045. S2CID 51643186.
  12. ↑ Lubsandorzhiev, B (2006). «On the history of photomultiplier tube invention». Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 567 (1): 236. arXiv:physics/0601159. Bibcode:2006NIMPA.567..236L. doi:10.1016/j.nima.2006.05.221.
  13. ↑ Zworykin, V.K.; Morton, G.A.; Malter, L. (1936). «The Secondary Emission Multiplier-A New Electronic Device». Proceedings of the IRE. 24 (3): 351. doi:10.1109/JRPROC.1936.226435. S2CID 51654458.
  14. ↑ J. Rajchman and E.W. Pike, RCA Technical Report TR-362, "Electrostatic Focusing in Secondary Emission Multipliers," September 9, 1937
  15. ↑ Görlich, P. (1936). «Über zusammengesetzte, durchsichtige Photokathoden». Zeitschrift für Physik. 101 (5–6): 335. Bibcode:1936ZPhy..101..335G. doi:10.1007/BF01342330. S2CID 121613539.
  16. ↑ "Relative spectral response data for photosensitive devices ("S" curves)," JEDEC Publication No. 50, Electronic Industries Association, Engineering Department, 2001 I Street, N.W., Washington, D.C. 20006 (1964)
  17. ↑ «Hamamatsu PMT Handbook» (PDF). Արխիվացված (PDF) օրիգինալից 2014-05-04-ին. Վերցված է 2009-04-21-ին. p. 34, Table 4-1: Typical Spectral Response Characteristics, Transmission Mode Photocathodes
  18. ↑ RCA Corporation (1970). RCA Photomultiplier Manual. Արխիվացված օրիգինալից 2016-06-12-ին.
  19. ↑ PHOTONIS will stop its Photomultiplier activity
  20. ↑ Hamamatsu Photonics K. K. (2017). PHOTOMULTIPLIER TUBES Basics and Applications (PDF).
  21. ↑ 21,0 21,1 Photomultiplier Tubes. Construction and Operating Characteristics. Connections to External Circuits, Hamamatsu
  22. ↑ «SCHOTT - Glass Tubing Explorer». www.schott.com. Արխիվացված օրիգինալից 2016-07-11-ին.
  23. ↑ «HP-265 Pancake G-M Probe». www.drct.com.
  24. ↑ Meyer, H. O. (February 2010). «Spontaneous electron emission from a cold surface». EPL (Europhysics Letters) (անգլերեն). 89 (5): 58001. Bibcode:2010EL.....8958001M. doi:10.1209/0295-5075/89/58001. ISSN 0295-5075. S2CID 122528463.

Գրականություն

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Արտաքին հղումներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
 Ֆոտոմուլտիպլիկատոր խողովակներ
էջը Վիքիպահեստում
Ստացված է «https://hy.wikipedia.org/w/index.php?title=Ֆոտոմուլտիպլիկատոր_խողովակներ&oldid=10097812» էջից