Fotomultiplicador
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Tubos fotomultiplicadores (fotomultiplicadores ou PMTs, abreviados), são membros da classe de tubos de vácuo e, mais especificamente, fototubos a vácuo. São detectores de luz extremamente sensíveis nas faixas ultravioleta, visível e próxima ao infravermelho do espectro eletromagnético. Esses detectores multiplicam a corrente produzida pela luz incidente em até 100 milhões de vezes (160 dB), em múltiplos estágios de dínodo (eletrodos especiais), permitindo, por exemplo, que indivíduos sejam detectados quando o fluxo incidente de luz é baixo.
A combinação de alto ganho, baixo ruído, resposta de alta frequência ou, equivalentemente, resposta ultrarrápida e grande área de coleta, tem mantido os fotomultiplicadores como um local essencial em espectroscopia de baixa luminosidade, microscopia confocal, espectroscopia Raman, espectroscopia de fluorescência, física nuclear e de partículas, astronomia, diagnósticos médicos, incluindo exames de sangue, imagens médicas, varredura de filmes cinematográficos (telecine), interferência de radar e scanners de imagens de alta qualidade, conhecidos como "scanners de tambor".
Elementos de tecnologia fotomultiplicadora, quando integrados de forma diferente, são a base dos dispositivos de visão noturna. Pesquisas que analisam a dispersão de luz, como o estudo de polímeros em solução, geralmente usam um laser e um PMT para coletar os dados de luz dispersa.
Dispositivos semicondutores, particularmente fotodiodos de avalanche, são alternativas para fotomultiplicadores; no entanto, os fotomultiplicadores são especialmente adequados para aplicações que exigem detecção de luz de baixo ruído e alta sensibilidade, que é colimada imperfeitamente.
Os fotomultiplicadores são tipicamente construídos com um invólucro de vidro, usando uma vedação de vidro contra metal, extremamente rígida e durável como outros tubos de vácuo, contendo um fotocátodo, vários eletrodos (dínodos) e um ânodo. Os fótons incidentes atingem o material do fotocátodo, que geralmente é uma fina camada condutora depositada por vapor no interior da janela de entrada do dispositivo. Os elétrons são ejetados dessa superfície como consequência do efeito fotoelétrico. Um eletrodo de foco concentra o feixe em direção ao multiplicador de elétrons, onde são multiplicados pelo processo de emissão secundária.
O multiplicador de elétrons consiste em vários eletrodos chamados dínodos. Cada um é mantido em um potencial mais positivo que o anterior, por volta de 100 volts. Um elétron primário sai do fotocátodo com a energia do fóton incidente (cerca de 3 eV para fótons azuis) e se move em direção ao primeiro dínodo, porque é acelerado por um campo elétrico. Ao atingir o primeiro dínodo, mais elétrons de baixa energia são emitidos, e esses elétrons, por sua vez, são acelerados em direção ao segundo dínodo. A geometria do conjunto é tal que ocorre uma reação em cascata com um número exponencialmente crescente de elétrons sendo produzidos em cada estágio. O último estágio é chamado de ânodo, onde a chegada dos elétrons aparece sob a forma de um pulso de corrente acentuado, facilmente detectável por um instrumento, revelando a incidência do fóton no fotocátodo, aproximadamente 50 nanosegundos antes.