Multiplicateur d'électrons secondaires

Multiplicateur d'électrons secondaire pour la détection d'électrons. Sur la gauche se trouve l'ouverture d'entrée; les nombreuses plaques à droite sont des plaques de maintien pour les dynodes (pour une installation sous vide ).

Un multiplicateur d'électrons secondaire (SEV) est un tube électronique dans lequel les plus petits courants d'électrons ou même des électrons simples avec une résolution temporelle élevée peuvent être amplifiés de nombreux ordres de grandeur jusqu'à des tailles mesurables par émission d'électrons secondaires .

Ils sont utilisés dans les photomultiplicateurs , les intensificateurs d'image ( intensificateurs de lumière résiduelle) et les détecteurs de particules élémentaires. En raison de la séquence de nombreuses électrodes du même type à des niveaux de tension progressivement décroissants, le tube est également appelé tube en cascade.

Fonctionnalité

Lorsqu'il frappe une surface métallique ou des semi-conducteurs ou d'autres substances mal conductrices, s'il y a suffisamment d'énergie, un électron génère plusieurs électrons dits secondaires , qui laissent le corps dans le vide environnant. Un faible angle d'incidence et une faible fonction de travail renforcent cet effet. Revêtements tels que B. un adsorbat monocouche (z. B. eau) modifie la fonction de travail et donc le facteur de multiplication.

De cette manière, plusieurs électrons libres d'énergie inférieure peuvent provenir d'un électron libre et une multiplication par le facteur δ de 3 ... 10 a lieu. Ce facteur est extrêmement sensible à la tension d'accélération entre les électrodes et doit donc être très bien stabilisé. Les électrons éjectés sont accélérés par un champ électrique vers l'électrode suivante ( appelée dynode ) afin d'y générer d'autres électrons secondaires. De cette manière, un gain de courant de δ n est obtenu avec un nombre de n dynodes connectées en série. Avec sept dynodes et une tension totale de 1500 V, on peut réaliser des gains d'environ 10 7 ( voir aussi: photomultiplicateur ).

La chaîne de dynodes à potentiel croissant peut également être remplacée par des canaux mal conducteurs, le long desquels le potentiel augmente et à l'intérieur desquels de nouveaux électrons secondaires sont constamment générés ( voir aussi: canal multiplicateur d'électrons , plaque à microcanaux ).

Dessins

Des multiplicateurs discrets parallèles sont également proposés dans une version commune.
Les temps de vol des électrons limitent la vitesse de réaction, de sorte que les petites conceptions conviennent mieux à une résolution temporelle élevée.

Electronique et caractéristiques spéciales

Electronique à plaque à microcanaux rapide (électronique MCP ) avec résolution temporelle de l'ordre des sous-ns pour une mesure à résolution spatiale

La dynode de multiplicateur d'électrons secondaire discrète (avec des dynodes fonctionnant) nécessite d'augmenter la tension de la dynode (différence de tension typique de 200 V entre les dynodes). Ces tensions sont générées à partir de la tension totale (par exemple 2 kV) avec un diviseur de tension.
La dernière électrode (anode, potentiel le plus positif) est généralement au potentiel de terre via une résistance de travail afin de simplifier l'électronique d'évaluation ultérieure, en particulier pour les mesures analogiques.

Selon l'application, l'évaluation consiste en une mesure de courant (mesure des plus petits courants d'électrons ou intensités de rayonnement), une intégration temporelle du courant (mesure des plus petites quantités d'électrons ou de lumière) ou un amplificateur à semi-conducteur très rapide avec la possibilité de déterminer la hauteur d'impulsion (comptage des électrons individuels, des événements et de leurs Énergie).
Un tel amplificateur d'impulsions comporte un discriminateur et un croisement pour distinguer les impulsions «réelles» du bruit et des fluctuations de la source de tension continue.

Afin d'obtenir une résolution temporelle élevée jusqu'à la plage ns, l'espacement des dynodes doit être aussi petit que possible (généralement quelques mm) afin de réduire les effets de temps d'exécution. La forme des dynodes ou des grilles supplémentaires réduit la dispersion temporelle causée par les électrons volant dans différentes directions.

Dans le cas des plaques à microcanaux (MCP), la structure globale est particulièrement élégamment simplifiée: des canaux microscopiquement fins en matériau peu conducteur forment à la fois des diviseurs de tension et, à l'intérieur, la surface de déclenchement des électrons secondaires. Un certain nombre de canaux adjacents permettent également une résolution spatiale.
L'emplacement peut être obtenu en aspirant et en imaginant les électrons secondaires émergents ( tube convertisseur d'image ) ou en frappant une ligne à retard transversale ou un guide d'ondes, avec les instants auxquels l'impulsion arrive aux deux extrémités de la ligne.

La détection d'électrons individuels est également possible avec des plaques à microcanaux (MCP).

Deux plaques à microcanaux peuvent également être connectées en série, le gain à l'extrémité de la seconde plaque étant saturé.

Pour détecter et identifier les particules chargées, il faut être capable d'ajuster le potentiel de la plaque à microcanaux antérieure .

Le processus d'électrons secondaires a beaucoup de bruit, d'une part parce que les canaux peuvent être frappés différemment par une particule, d'autre part en raison d'effets thermiques. Afin d'obtenir des impulsions uniques de même hauteur, on utilise des plaques à microcanaux avec des canaux si fins et longs que le gain à l'extrémité d'un canal dans la deuxième plaque est saturé du fait de la charge d'espace.
De cette manière, des impulsions d'une hauteur définie sont obtenues avec un flanc qui est dans une relation temporelle fixe avec l'heure d'arrivée de la particule.

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