Введение
Мультипликатор электронов – это конструкция вакуумной трубки, которая усиливает падающие заряды. В процессе, называемом вторичной эмиссией, один электрон, сталкиваясь с вторично-эмиссионным материалом, может вызвать эмиссию примерно от 1 до 3 электронов. Если между этой металлической пластиной и следующей приложено электрическое напряжение, испущенные электроны ускорятся к следующей пластине и вызовут вторичную эмиссию еще большего числа электронов. Этот процесс может повторяться многократно, приводя к образованию большого потока электронов, собранных металлическим анодом, и все они были инициированы всего лишь одним электроном.
История
В 1930 году русский физик Леонид Александрович Кубецкий предложил устройство, использующее фотокатоды в сочетании с динодами, или вторичными электронными эмитерами, в одной вакуумной трубке для извлечения вторичных электронов путем повышения электрического потенциала вдоль устройства. Умножитель электронов может содержать любое количество динодов, каждый из которых характеризуется коэффициентом усиления σ, что обеспечивает общее усиление σn, где n – количество эмитеров.
Динод дискретный
Вторичная электронная эмиссия начинается, когда один электрон попадает на динод внутри вакуумной камеры и выбивает электроны, которые каскадно достигают других динодов, повторяя процесс. Диноды располагаются таким образом, чтобы при столкновении электрона со следующим динодом его энергия увеличивалась примерно на 100 электрон-вольт по сравнению с предыдущим динодом. К преимуществам использования данной схемы относятся время отклика в пикосекундах, высокая чувствительность и усиление электронов примерно в 10⁸ раз.
Динод непрерывного действия
В системе с непрерывным динодом используется рогообразная воронка из стекла, покрытая тонкой пленкой полупроводниковых материалов. Электроды имеют возрастающее сопротивление для обеспечения вторичной эмиссии. Непрерывные диноды используют отрицательное высокое напряжение на широком конце и положительное, близкое к нулю, на узком конце. Первое устройство такого типа называлось мультипликатором каналов электронов (CEM). Для достижения усиления в 10⁶ электронов CEM требовалось 2,4 киловольта.
Микроканальная пластина
Другая геометрия непрерывного динодного электронного умножителя называется микроканальной пластиной (МКП). Её можно рассматривать как двухмерный параллельный массив очень маленьких непрерывных динодных электронных умножителей, собранных вместе и запитанных параллельно. Каждый микроканал обычно имеет параллельные стенки, а не сужающуюся или воронкообразную форму. МКП изготавливаются из свинцового стекла и имеют сопротивление 10⁹ Ом между каждым электродом. Диаметр каждого канала составляет от 10 до 100 мкм. Усиление электронов для одной микроканальной пластины может достигать 10⁴–10⁷ электронов.
Ночное зрение
Микроканальные пластины также используются в приборах ночного видения. Когда электроны сталкиваются с миллионами каналов, они высвобождают тысячи вторичных электронов. Эти электроны затем попадают на люминесцентный экран, где они усиливаются и преобразуются обратно в свет. Результирующее изображение воспроизводит исходное и обеспечивает улучшенное зрение в темноте, при этом для питания МКП используется лишь небольшой аккумулятор.