Un tubo fotomoltiplicatore è un rivelatore elettronico di luce estremamente sensibile nell'ultravioletto, in luce visibile e nel vicino infrarosso. Il dispositivo è talmente sensibile da potere rilevare un singolo fotone.

Funzionamento

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Il fotomoltiplicatore è costituito da un tubo in vetro al cui interno è stato praticato il vuoto, in cui è presente un anodo e diversi elettrodi che costituiscono il dinodo.

I fotoni colpiscono attraverso una finestra di ingresso una superficie chiamata fotocatodo, ricoperta di uno strato di materiale che favorisce l'effetto fotoelettrico. A causa di questo effetto vengono emessi degli elettroni che sono focalizzati da un elettrodo verso il moltiplicatore o dinodo.

Il moltiplicatore è costituito da una serie di elettrodi ciascuno caricato ad un potenziale superiore al precedente. Il primo elettrone emesso per effetto fotoelettrico subisce una accelerazione a causa del campo elettrico e acquisisce energia cinetica. Quando l'elettrone colpisce il primo elettrodo del dinodo provoca l'emissione secondaria di diversi elettroni a minore energia. La struttura del sistema è progettata in modo che ciascun elettrone emesso da un elettrodo venga accelerato e provochi l'emissione di diversi elettroni dall'elettrodo successivo. Si ha così un fenomeno a cascata per cui un singolo fotone che colpisce il tubo provoca il passaggio di moltissimi elettroni. Al termine della sequenza di elettrodi gli elettroni colpiscono un anodo, ed un rapido impulso elettrico indica il rilevamento del fotone.

I fotomoltiplicatori devono essere schermati magneticamente, in quanto un campo magnetico esterno (anche quello terrestre) può deviare il percorso degli elettroni al suo interno. Solitamente la schermatura è costituita da uno strato di Mu-metal.

Applicazioni

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L'amplificazione del dispositivo arriva a 10⁸, il che significa che un impulso misurabile è prodotto dai singoli fotoni. L'alto guadagno, il basso rumore intrinseco, l'estrema prontezza, l'elevata risposta in frequenza e l'ampia superficie sensibile fanno sì di questo dispositivo sia largamente usato in fisica delle particelle associato a scintillatori, in astronomia (dove, grazie alla loro rapidità di risposta sono utilizzati ad esempio per le occultazioni) e in medicina nella diagnosi per immagini. Il loro rimpiazzo con dispositivi a semiconduttore non è ancora praticabile.

Collegamenti esterni

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• Electron Multiplier Software per la simulazione del fotomoltiplicatore
• Molecular expressions Simulazione java di un tubo fotomoltiplicatore
• Photomultiplier Handbook manuale di fotomoltiplicatori Burle Industries (in PDF)

Strumenti di misura

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