Photomultiplicateur - Définition
Le photomultiplicateur est un dispositif permettant la détection de photons. Il se présente sous la forme d'un tube électronique.
Sous l’action de la lumière, des électrons sont arrachés d’un métal par effet photoélectrique à une photocathode, le faible courant électrique ainsi généré est amplifié par une série de dynodes utilisant le phénomène d'émission secondaire pour obtenir un gain important.
Ce détecteur permet de compter les photons individuellement. Il est sensible de l’ultraviolet à l’infrarouge proche, le temps de réponse est de l’ordre de la nanoseconde (10-9 seconde)
Il a pour inconvénients son coût et sa fragilité.
Il existe aujoud'hui une nouvelle technologie qui remédie aux problèmes causés par la fragilité, c'est le Channel PhotoMultiplier (CPM). Il est plus robuste et possède un gain plus important (jusqu’à 108).
Structure et principe de fonctionnement
Les photomultiplicateurs sont constitués d'un tube à vide en verre contenant une photocathode, plusieurs dynodes, et une anode. Les photons incidents frappent le matériau constituant la photocathode, celui-ci formant une fine couche déposée sur la fenêtre d'entrée du dispositif. Des électrons sont alors produits par effet photoélectrique. Les électrons sont dirigés vers le multiplicateur d'électrons par l'électrode de focalisation.
Le "multiplicateur d'électrons" est constitué d'un ensemble d'électrodes, appelées dynodes. Chaque dynode est maintenue à une valeur de potentiel plus importante que la précédente. Les électrons quittent la photocathode avec une énergie correspondant à celle du photon incident (moins l'énergie de fonctionnement de la photocathode). Ils sont accélérés par le champ électrique et arrivent sur la première dynode avec une énergie beaucoup plus importante. Lorsqu'ils frappent celle-ci, d'autres électrons de moindre énergie, mais plus nombreux, sont émis. Ceux-ci sont à leur tour accélérés en direction de la deuxième dynode, et le processus continue. La structure de la chaîne de dynodes est telle que le nombre d'électrons émis augmente toujours à chaque étape de la cascade. Finalement, l'anode est atteinte, où l'accumulation de charges créé une brève impulsion de courant, qui marque l'arrivée d'un photon sur la cathode.
Photos
Photomultiplicateurs
Un premier modèle.
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Vue de dessus.
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Un second modèle.
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Les dynodes
