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有关于光电倍增器的一些沉思

2023-05-15 14:02:17 John Dunn 阅读:
我一直觉得“光电倍增器”一词是错误的说法。每个入射光子都会引发一连串的事件,导致大量电子到达阳极。因此,这更像是一个电子倍增的过程...

“光电倍增器”(photomultiplier)是一种光检测设备,由一个专用的真空管组成,其结构如图1所示。这些设备可对小至单个光子加以响应,从而在非常低亮度的输入上进行有意义的测量。On2ednc

在光电阴极和阳极之间有一组组件被称为“倍增电极”(dynode),通过从高压到接地连接的一串电阻器在各个电压下偏置。每个倍增电极都涂有一种材料,当受到入射光子或电子撞击时,就会发射二次电子,可经由倍增电极之间的静电场加速。从倍增电极到倍增电极产生越来越多的二次电子,到最后一个倍增电极的时,被加速到阳极加以收集。On2ednc

当一个入射光子撞击到第一个倍增电极时,将会在阳极产生一个可检测的输出信号。On2ednc

On2ednc

图1 :光电倍增器的运作示意图;通过倍增电极之间的静电场,将入射光子/电子转换为放大的电信号。(图片来源:John Dunn)On2ednc

我一直觉得“光电倍增器”一词是错误的说法。每个入射光子都会引发一连串的事件,导致大量电子到达阳极。这更像是一个电子倍增的过程,但由于这一词就在我们的词汇中,所以就变成这样了。On2ednc

美国密歇根大学(University of Michigan)曾经进行过一项寻找质子衰变的实验。实验设置在一个废弃的莫顿(Morton)盐矿中,这是一个巨大的洞穴,里面排列着光电倍增器,然后充满着水。一般认为每个水分子的氢原子为氢原子的原子核提供了方便的暴露,而氢原子的原子核是一个质子。如果质子自发衰变,光电倍增器可以检测到这个事件的光信号。当时我受雇于贝尔坦高压公司(Bertan High Voltage),而光电倍增器的高压电源是谁制造的你应该就知道了。On2ednc

该实验进行了数年,期间从未观察到质子衰变事件。然而,无论如何,该实验被认为是成功的,因为它为质子衰变半衰期设定了一个新的最小值。据我所知,也从未有任何后续实验检测到质子衰变,但目前对此类事件发生的最佳理论估计已提高到1029年。On2ednc

这我可等不了。On2ednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Meditations on photomultipliers,由Susan Hong编译)On2ednc

责编:Ricardo
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