闪烁探测器篇(7)_光电倍增管基本原理

光电倍增管是一种真空管，它由入射窗、光阴极、电子光学系统、二次发射倍增系统和阳极等构成，如下图所示：

它是利用光电效应、二次电子发射和电子光学原理的一种光电转换倍增器件，其工作原理可以描述如下：

1，  光阴极K吸收光子并发生光电效应，发射光电子。

2，  光电子在外电场作用下被加速，再被聚焦级F聚焦后射向第一打拿级D1（打拿级又称倍增级）。

3，  每个光电子在打拿级上击出几个电子，这些电子又射向下一级打拿级并产生更多的电子，直到最后一个打拿级D10.

4，  D10发射的电子最后被阳极A收集，并在负载RL上形成脉冲电信号U0输出.

 

一，光阴极

光阴极是接受光子并发射光电子的电极，由以碱金属为主要成分的材料构成，其光电效应概率大，光电子脱出功较小。实用的光阴极种类有：

1，  锑铯化合物(Sb-Cs)光阴极

2，  双碱光阴极(K-Cs-Sb等)

3，  Cs-I光阴极

4，  多碱光阴极(Cs-Na-K-Cs)

5，  Ag-O-Cs光阴极

 

二，光学窗

常用的光学窗有钙玻璃、硼硅玻璃、透紫玻璃、合成石英、蓝宝石、MgF2、LiF。

 

三，电子光学系统

电子光学系统由光阴极和第一打拿级之间的聚焦级构成，它的作用是把光阴极各个方向上发射的光电子聚焦在第一打拿级上。简单的电子光学输入系统就是由光阴极和第一打拿级组成，中间无聚焦级，此时收集到D1上的光电子较少，其它性能也稍差。复杂的输入系统则中间有聚焦级和加速级，使光阴极射出的光电子尽可能多收集到D1上，而且要求能同时和均匀的射到D1上。对于大面积的光阴极和要求有好的时间特性的管子，输入系统是要认真考虑的。

 

四，二次发射倍增系统

二次发射倍增系统由若干个打拿级组成，通常有8~13个。工作时，各倍增级加上递增的电位，到达D1的光电子经D1~D13一系列倍增级倍增。把每个倍增级的电子倍增系数称为二次倍增系数δ。一般δ=3~6，则总的倍增系数M=δn，n为倍增级个数。常用的倍增级材料和光阴极材料相似，要求其二次发射系数大，热电子发射少，工作稳定性好。

 

五，阳极

阳极是最后收集电子并输出信号的电极，要求采用电子脱出功较大的材料。目前新发展的8*8、16*16矩阵像素的多阳极，则加入了位置探测功能。

 

参考文献：

[1]原子核物理实验方法

[2]粒子探测技术及数据获取

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