फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब: Difference between revisions

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*[http://www.vias.org/simulations/simusoft_emultiplier.html Electron Multiplier] – simulation of an electron multiplier tube
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फोटोमल्टीप्लायर

फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब (संक्षेप में फोटोमल्टीप्लायर्स या पीएमटीएस) पराबैंगनी, दृश्यमान प्रकाश और विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के निकट-अवरक्त सीमाओं में प्रकाश के अत्यंत संवेदनशील सूचक होते हैं। वे वेक्यूम - ट्यूब के वर्ग के सदस्य माने जाते हैं, विशेष रूप से वैक्यूम फ़ोटोट्यूब होते है। ये सूचक आपतित प्रकाश द्वारा उत्पन्न धारा को 100 मिलियन गुना या 108 गुना बढ़ा देते हैं (i.e.,160 डेसिबल),[1] अनेक अर्थ है और डायनोड चरणों में सक्षम (उदाहरण के लिए) अलग-अलग फोटॉन का पता लगाया जा सकता है जब प्रकाश का घटना प्रवाह कम होता है।

फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब के अंदर डायनोड्स

इस प्रकार से उच्च लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स), कम ध्वनी (इलेक्ट्रॉनिक्स), उच्च आवृत्ति प्रतिक्रिया या, समकक्ष, अति तीव्र प्रतिक्रिया और संग्रह के बड़े क्षेत्र के संयोजन ने फोटोमल्टीप्लायर्स को स्पेक्ट्रोस्कोपी, संनाभि माइक्रोस्कोपी, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी, प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी में आवश्यक स्थान बनाए रखा है। परमाणु भौतिकी और कण भौतिकी, खगोल विज्ञान, चिकित्सा निदान जिसमें रक्त परीक्षण, चिकित्सा इमेजिंग, मोशन पिक्चर फिल्म स्कैनिंग (टेलीसीन), बैराज जाम करना, और उच्च अंत छवि और स्कैनर को सम्मिलित किया जाता हैं जिन्हें ड्रम स्कैनर के रूप में जाना जाता है। फोटोमल्टीप्लायर्स विधि के तत्व, जब अलग प्रकार से एकीकृत होते हैं, तब रात दृष्टि उपकरणों का आधार पाया जाता हैं। और अनुसंधान जो प्रकाश प्रकीर्णन का विश्लेषण करता है, जैसे समाधान में पॉलिमर का अध्ययन, फैले हुए प्रकाश डेटा को एकत्र करने के लिए कभी कभी लेजर और पीएमटी का उपयोग करता है।

इस प्रकार से अर्धचालक उपकरणक्टर, विशेष रूप से सिलिकॉन फोटोमल्टीप्लायर्स और हिमस्खलन फोटोडायोड्स , प्राचीनकाल-संबंधी फोटोमल्टीप्लायर्स के विकल्प होते हैं; चूँकि, फोटोमल्टीप्लायर्स उन अनुप्रयोगों के लिए विशिष्ट रूप से उपयुक्त होते हैं जिनके लिए कम-ध्वनी, उच्च-संवेदनशीलता वाले प्रकाश की पहचान की आवश्यकता होती है जो कि अपूर्ण रूप से टकराया हुआ प्रकाश होता है।

संरचना और संचालन सिद्धांत

चित्र 1: सिंटिलेटर से जुड़े फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब का आरेख। यह व्यवस्था गामा किरणों का पता लगाने के लिए है।
चित्र 2: नकारात्मक उच्च वोल्टेज का उपयोग करते हुए विशिष्ट फोटोमल्टीप्लायर वोल्टेज डिवाइडर परिपथ।

फोटोमल्टीप्लायर्स सामान्यतः पर खाली कांच हाउसिंग (अन्य वैक्यूमट्यूब की तरह अत्यंत तंग और टिकाऊ कांच से धातु की सील का उपयोग करके) के साथ बनाए जाते हैं जिसमें फोटोकैथोड, कई डायनोड्स और एनोड सम्मिलित होता है। आपत्ति फोटॉन फोटोकैथोड सामग्री पर प्रहार करते हैं, जो सामान्य प्रकार से उपकरण की प्रवेश विंडो के अंदर एक पतली वाष्प-जमा संवाहक परत होती है। इस प्रकार से प्रकाश विद्युत प्रभाव के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन को सतह से बाहर निकाल दिया जाता है। इन इलेक्ट्रॉनों को ध्यान केंद्रित इलेक्ट्रोड द्वारा इलेक्ट्रॉन गुणक की ओर निर्देशित किया जाता है, जहां इलेक्ट्रॉनों को द्वितीयक उत्सर्जन की प्रक्रिया से गुणा किया जाता है।

इस प्रकार से इलेक्ट्रॉन गुणक में अनेक इलेक्ट्रोड पाए जाते हैं जिन्हें डायनोड कहा जाता है। और प्रत्येक डायनोड पिछले वाले की तुलना में ≈100 वोल्ट्स से अधिक सकारात्मक क्षमता पर आयोजित किया जाता है। किन्तु प्राथमिक इलेक्ट्रॉन आने वाले फोटॉन की ऊर्जा के साथ फोटोकैथोड छोड़ता जाता है, या नीले फोटॉन के लिए लगभग 3 eV फोटोकैथोड के समारोह का कार्य को घटा दिया जाता है। प्रारंभिक रूप से फोटॉनों के समूह के आने से प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों का छोटा समूह बनता है। (चित्र 1 में, प्रारंभिक समूह में प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों की संख्या घटना उच्च ऊर्जा गामा किरण की ऊर्जा के समानुपाती होती है।) प्राथमिक इलेक्ट्रॉन पहले डायनोड की ओर बढ़ते जाते हैं क्योंकि वे विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित होते हैं। उनमें से प्रत्येक संभावित अंतर द्वारा प्रदान की गई ≈100 eV गतिज ऊर्जा के साथ आता है। पहले डायनोड पर प्रहार करने पर, अधिक कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं, और ये इलेक्ट्रॉन दूसरे डायनोड की ओर तेजी से बढ़ते जाते हैं। इस प्रकार से डायनोड श्रृंखला की ज्यामिति ऐसी होती है कि प्रत्येक चरण में उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रॉनों की घातीय-बढ़ती संख्या के साथ कैस्केड होता है। उदाहरण के लिए, यदि प्रत्येक चरण में प्रत्येक आने वाले इलेक्ट्रॉन के लिए औसतन 5 नए इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं, और यदि 12 डायनोड चरण हैं, तो यह अंतिम चरण में प्रत्येक प्राथमिक इलेक्ट्रॉन के लिए लगभग की अपेक्षा की जाती है। 5 12 ≈ 108 इलेक्ट्रॉन इस अंतिम चरण को एनोड कहा जाता है। एनोड तक पहुंचने वाले इलेक्ट्रॉनों की यह बड़ी संख्या तीव्र वर्तमान स्पंदन में परिणाम देती है जो सामान्य रूप से पता लगाने योग्य होती है, इस प्रकार से उदाहरण के लिए ऑसिलोस्कोप पर, फोटोकैथोड पर फोटॉन के आगमन का संकेत ≈50 नैनोसेकंड पहले होता है ।

इस प्रकार से डायनोड्स की श्रृंखला के साथ वोल्टेज का आवश्यक वितरण वोल्टेज डिवाइडर श्रृंखला द्वारा बनाया गया है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। अंतिम कुछ डायनोड्स में कैपेसिटर डायनोड्स पर वोल्टेज को बनाए रखने में सहायता करने के लिए चार्ज के स्थानीय जलाशयों के रूप में कार्य करते हैं, जबकि इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन ट्यूब के माध्यम से फैलता जाता है। इस प्रकार व्यवहार में डिज़ाइन की कई विविधताओं का उपयोग किया जाता है; नीचे दिखाया गया डिज़ाइन केवल उदाहरण है।

अवांछित प्रकाश स्रोतों के प्रतिकूल सुरक्षात्मक स्क्रीन के रूप में आंतरिक धातुकरण

दो सामान्य फोटोमल्टीप्लायर ओरिएंटेशन होते हैं, हेड-ऑन या एंड-ऑन (ट्रांसमिशन मोड) डिज़ाइन, जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, जहां प्रकाश ट्यूब के फ्लैट, गोलाकार शीर्ष में प्रवेश करता है और फोटोकैथोड से होकर निकलते है, और साइड-ऑन डिज़ाइन (प्रतिबिंब मोड) जहां ट्यूब के किनारे विशेष स्थान पर प्रकाश प्रवेश करता है, और अपारदर्शी फोटोकैथोड पर प्रभाव डालता है। उदाहरण के लिए, साइड-ऑन डिज़ाइन का उपयोग या इलेक्ट्रोस्टैटिक फोटोमल्टीप्लायर्स(1937–से वर्तमान) में किया जाता है, जो पहले बड़े माप पर उत्पादित पीएमटी था। विभिन्न फोटोकैथोड सामग्रियों के अतिरिक्त , प्रदर्शन भी करते है फोटोमल्टीप्लायर या विंडो_सामग्री के संचरण से प्रभावित होता है जिससे प्रकाश निकलता है, और डायनोड्स की व्यवस्था से अनेक फोटोमल्टीप्लायर मॉडल इनमें से विभिन्न संयोजनों और अन्य डिज़ाइन वेरिएबल के साथ उपलब्ध होते हैं। और निर्माता मैनुअल किसी विशेष एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त डिज़ाइन चुनने के लिए आवश्यक जानकारी प्रदान करते हैं।

इतिहास

इस प्रकार से फोटोमल्टीप्लायर का आविष्कार दो पूर्व उपलब्धियों, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की अलग-अलग खोजों और द्वितीयक उत्सर्जन पर आधारित है।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का पहला प्रदर्शन 1887 में हेनरिक हर्ट्ज़ द्वारा पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग करके किया गया था।[2] व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण, एलस्टर और गीटेल ने दो साल बाद दृश्यमान प्रकाश प्रभावित क्षार धातुओं (पोटेशियम और सोडियम) का उपयोग करके उसी प्रभाव का प्रदर्शन करती है।[3] सीज़ियम, अन्य क्षार धातु, ने दृश्य स्पेक्ट्रम के लाल भाग में संवेदनशील तरंग दैर्ध्य की सीमा को लंबी तरंग दैर्ध्य की ओर विस्तारित करने की अनुमति दी जाती है।

इस प्रकार से ऐतिहासिक रूप से, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अल्बर्ट आइंस्टीन के साथ जुड़ा हुआ है, जिन्होंने 1905 में क्वांटम यांत्रिकी के मौलिक सिद्धांत को स्थापित करने के लिए घटना पर विश्वास किया था।[4] उपलब्धि जिसके लिए आइंस्टीन को 1921 का नोबेल पुरस्कार मिला था । यह ध्यान देने योग्य है कि 18 साल पहले काम कर रहे हेनरिक हर्ट्ज़ ने यह नहीं पहचाना था कि उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा आवृत्ति के समानुपाती होती है किन्तु ऑप्टिकल तीव्रता से स्वतंत्र होती है। इस तथ्य ने प्रथम बार प्रकाश की असतत प्रकृति, अथार्त क्वांटा के अस्तित्व को निहित किया गया।

माध्यमिक उत्सर्जन

माध्यमिक उत्सर्जन की घटना (एक वैक्यूम ट्यूब में इलेक्ट्रॉनों पर प्रहार करके अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन का कारण बनने की क्षमता), प्रथम विशुद्ध रूप से इलेक्ट्रॉनिक घटनाओं और उपकरणों (जिसमें प्रकाश संवेदनशीलता की कमी थी) तक ही सीमित थी। इस प्रकार से 1899 में पहली बार विलार्ड द्वारा प्रभाव की सूचना दी गई थी।[5] और 1902 में ऑस्टिन और स्टार्क ने बताया कि इलेक्ट्रॉन बीम से प्रभावित धातु की सतहों ने घटना की तुलना में बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन किया।[6] वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक (1886) के वैज्ञानिक जोसेफ स्लीपियन ने 1919 के पेटेंट में प्रथम विश्व युद्ध के बाद संकेतों के प्रवर्धन के लिए नए खोजे गए द्वितीयक उत्सर्जन के आवेदन को प्रस्तावित किया गया था।[7]

एक व्यावहारिक इलेक्ट्रॉनिक टेलीविजन कैमरा की ओर दौड़

इस प्रकार से 1920 के दशक के समय वैक्यूम ट्यूब प्रौद्योगिकी की गति तेज होने के कारण फोटोमल्टीप्लायर का आविष्कार करने के लिए सामग्री का उपयोग किया गया। अनेक लोगों के लिए प्राथमिक लक्ष्य यदि अधिकांश नहीं, तो व्यावहारिक टेलीविजन कैमरा प्रौद्योगिकी की आवश्यकता होती थी। और 1934 में प्रथम व्यावहारिक कैमरा (आइकोनोस्कोप) प्रस्तुत करने से प्रथम दशकों तक आदिम प्रोटोटाइप के साथ टेलीविज़न का अनुसरण किया गया था। इस प्रकार से प्रारंभी रूप से प्रोटोटाइप टेलीविजन कैमरों में संवेदनशीलता की कमी थी। किन्तु फोटोमल्टीप्लायर विधि का अनुसरण टेलीविजन कैमरा ट्यूब, जैसे कि आइकोनोस्कोप और (बाद में) ऑर्थोकॉन को व्यावहारिक होने के लिए पर्याप्त संवेदनशील बनाने के लिए किया गया था। इसलिए व्यावहारिक फोटोमल्टीप्लायर बनाने के लिए फोटोउत्सर्जन (अथार्त , फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव) की दोगुना घटना को माध्यमिक उत्सर्जन के साथ संयोजित करने के लिए चरण निर्धारित किया गया था, दोनों का पहले ही अध्ययन किया जा चुका था और पर्याप्त रूप से समझा जा चुका था।

पहला फोटोमल्टीप्लायर, सिंगल-स्टेज (1934 के प्रारंभ में)

इस प्रकार से पहला प्रलेखित फोटोमल्टीप्लायर प्रदर्शन हैरिसन, एनजे में स्थित आरसीए समूह की 1934 की प्रारंभ की उपलब्धियों के लिए है। और हार्ले आईम्स और बर्नार्ड साल्ज़बर्ग एकल वैक्यूम लिफाफे में फोटोइलेक्ट्रिक-प्रभाव कैथोड और एकल माध्यमिक उत्सर्जन प्रवर्धन चरण को एकीकृत करने वाले पहले व्यक्ति थे और इलेक्ट्रॉन प्रवर्धन लाभ के साथ फोटोमल्टीप्लायर के रूप में इसके प्रदर्शन को चिह्नित करने वाले पहले व्यक्ति थे। इन उपलब्धियों को जून 1934 से पहले अंतिम रूप दिया गया था जैसा कि रेडियो इंजीनियर्स संस्थान की कार्यवाही (प्रोक.आईआरई ) को प्रस्तुत हस्तलिपि में विस्तृत किये जाते है।[8] उपकरण में अर्ध-बेलनाकार फोटोकैथोड, अक्ष पर स्थापित द्वितीयक उत्सर्जक और द्वितीयक उत्सर्जक के चारों ओर एक कलेक्टर संग्राहक ग्रिड सम्मिलित था। ट्यूब में लगभग आठ का लाभ था और 10 kHz से अधिक आवृत्तियों पर संचालित होता था।

चुंबकीय फोटोमल्टीप्लायर (1934-1937 के मध्य में)

प्रारंभिक एकल-चरण फोटोमल्टीप्लायर्स से उपलब्ध लाभ की तुलना में अधिक लाभ की मांग की गई थी। चूँकि यह अनुभवजन्य तथ्य है कि त्वरण वोल्टेज की चिंता किए बिना, माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों की उपज किसी भी माध्यमिक उत्सर्जन प्रक्रिया में सीमित होती है। इस प्रकार, किसी एकल-चरण फोटोमल्टीप्लायर का लाभ तक सीमित होती है।इस प्रकार से प्राप्त किया जाने वाला अधिकतम प्रथम-चरण का लाभ लगभग 10 था (1960 के दशक में अधिक महत्वपूर्ण विकास ने 25 से ऊपर के लाभ को नकारात्मक इलेक्ट्रॉन आत्मीयता डायनोड्स का उपयोग करने की अनुमति दी थी)। इस कारण से, बहु-स्तरीय फोटोमल्टीप्लायर, जिसमें फोटोइलेक्ट्रॉन उपज को कई चरणों में क्रमिक रूप से गुणा किया जा सकता है, अतः यह महत्वपूर्ण लक्ष्य माना गया था। चुनौती यह थी कि फोटोइलेक्ट्रॉनों को उच्चतम वोल्टेज इलेक्ट्रोड पर सीधे यात्रा करने के अतिरिक्त क्रमिक रूप से उच्च-वोल्टेज इलेक्ट्रोड पर टकराना पड़े। और प्रारंभ में इलेक्ट्रॉनों के प्रक्षेपवक्र को मोड़ने के लिए शसक्त चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके इस चुनौती को दूर किया गया था। इस प्रकार की योजना की कल्पना प्रथम समय में 1919 में आविष्कारक जे. स्लीपियन ने की थी (ऊपर देखें)। तदनुसार, प्रमुख अंतरराष्ट्रीय अनुसंधान संगठनों ने कई चरणों के साथ उच्च लाभ प्राप्त करने के लिए फोटोमल्टीप्लायर्स में सुधार की ओर ध्यान दिया गया था।

किन्तु यूएसएसआर में प्रसारण नेटवर्क के निर्माण के लिए जोसेफ स्टालिन द्वारा आरसीए-निर्मित रेडियो उपकरण को बड़े माप पर प्रस्तुत किया गया था, और टेलीविजन के लिए नवगठित ऑल-यूनियन साइंटिफिक रिसर्च इंस्टीट्यूट वैक्यूम ट्यूब में शोध कार्यक्रम तैयार कर रहा था जो अपने समय के लिए उन्नत पर था। इस प्रकार से अनेक स्थान पर 1930 के दशक में, शीत युद्ध से पहले, आरसीए वैज्ञानिक कर्मियों द्वारा सोवियत संघ में आरसीए उपकरण की क्षमताओं पर सोवियत ग्राहकों को निर्देश देने और ग्राहकों की आवश्यकताओ की जांच करने के लिए अनेक भ्रमण किए गए थे।[9] इनमें से यात्रा के समय, सितंबर 1934 में, आरसीए के व्लादिमीर ज़्यूरिकिन को पहला बहु-डायनोड फोटोमल्टीप्लायर, या फोटोइलेक्ट्रॉन गुणक दिखाया गया था। यह अग्रणी उपकरण 1930 में लियोनिद ए कुबेट्स्की द्वारा प्रस्तावित किया गया था[10] जिसे उन्होंने बाद में 1934 में बनाया था। और जून 1934 में प्रदर्शित होने पर इस उपकरण ने 1000 गुना या उससे अधिक का लाभ प्राप्त किया गया था। इस प्रकार से दो साल बाद जुलाई 1936 में प्रिंट प्रकाशन के लिए प्रस्तुत किया गया था।[11] जैसा कि रूसी विज्ञान अकादमी (आरएएस) के वर्तमान काल के 2006 के प्रकाशन में बल दिया गया है,[12] जो इसे कुबेट्स्कीट्यूब कहते हैं। और सोवियत उपकरण ने द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों को सीमित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया और एजी-ओ-सीएस फोटोकैथोड पर विश्वास किया जिसे 1920 के दशक में जनरल इलेक्ट्रिक द्वारा प्रदर्शित किया गया था।

अक्टूबर 1935 तक, ज़्वोरकिन, जॉर्ज एशमन मॉर्टन, और कैमडेन, एनजे में आरसीए के लुई माल्टर ने अपनी हस्तलिपि प्रस्तुत की जिसमें बहु डायनोड ट्यूब के पहले व्यापक प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक विश्लेषण का वर्णन किया गया था और उपकरण को बाद में फोटोमल्टीप्लायर कहा जाता है।[13] - प्रोक के लिए आईआरइ आरसीए प्रोटोटाइप फोटोमल्टीप्लायर्स ने Ag-O-Cs (सिल्वर ऑक्साइड-सीज़ियम) फोटोकैथोड का भी उपयोग किया। उन्होंने 800 नैनोमीटर पर 0.4% की चरम क्वांटम दक्षता प्रदर्शित किया गया था।

इलेक्ट्रोस्टैटिक फोटोमल्टीप्लायर (1937-वर्तमान)

जबकि इन प्रारंभी फोटोमल्टीप्लायर्स ने चुंबकीय क्षेत्र सिद्धांत का उपयोग किया जाता है, इलेक्ट्रोस्टैटिक फोटोमल्टीप्लायर्स (बिना चुंबकीय क्षेत्र के) का प्रदर्शन 1930 के दशक के अंत में प्रिंसटन, एनजे में आरसीए प्रयोगशालाओं के जन ए. राजचमैन द्वारा किया गया और भविष्य के सभी वाणिज्यिक फोटोमल्टीप्लायर्स के लिए मानक बन गया। पहला बड़े माप पर उत्पादित फोटोमल्टीप्लायर, टाइप 931, इस डिजाइन का था और आज भी व्यावसायिक रूप से उत्पादित किया जाता है।[14]

उत्तम फोटोकैथोड

इसके अतिरिक्त 1936 में अधिक उत्तम फोटोकैथोड, Cs3Sb (सीज़ियम-एंटीमोनी), P. गोर्लिच द्वारा रिपोर्ट किया गया था।[15] सीज़ियम-एंटीमनी फोटोकैथोड में 400 एनएम पर 12% की अभिनयात्मक रूप से उत्तम क्वांटम दक्षता थी, और इसका उपयोग आरसीए (931-प्रकार) द्वारा निर्मित पहले व्यावसायिक रूप से सफल फोटोमल्टीप्लायर्स में फोटोकैथोड के रूप में और माध्यमिक-उत्सर्जक सामग्री के रूप में किया गया था। डायनोड्स। अलग-अलग फोटोकैथोड्स ने अलग-अलग वर्णक्रमीय प्रतिक्रियाएं प्रदान कीं गयी ।

फोटोकैथोड्स की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया

1940 के दशक की प्रारंभ में जेडईसी(ज्वाइंट इलेक्ट्रॉन डिवाइस इंजीनियरिंग काउंसिल), मानकीकरण पर उद्योग समिति, ने वर्णक्रमीय प्रतिक्रियाओं को नामित करने की प्रणाली विकसित की गयी ।[16] दर्शन में यह विचार सम्मिलित था कि उत्पाद के उपयोगकर्ता को केवल उपकरण की प्रतिक्रिया के बारे में चिंतित होना चाहिए, न कि उपकरण को कैसे बनाया जा सकता है। फोटोकैथोड और विंडो सामग्री के विभिन्न संयोजनों को एस-1 से लेकर एस-40 तक के एस-नंबर (वर्णक्रमीय संख्या) निर्दिष्ट किए गए थे, जो आज भी उपयोग में हैं। उदाहरण के लिए, S-11 लाइम कांच विंडो के साथ सीज़ियम-एंटीमनी फोटोकैथोड का उपयोग करता है, S-13 फ्यूज्ड सिलिका विंडो के साथ समान फोटोकैथोड का उपयोग करता है, और S-25 तथाकथित मल्टीअलकली फोटोकैथोड (Na-K-Sb-Cs) का उपयोग करता है। , या सोडियम-पोटैशियम -एंटीमनी-सीज़ियम) जो दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम के लाल भाग में विस्तारित प्रतिक्रिया प्रदान करता है। लगभग 1700 नैनोमीटर से अधिक लंबी तरंग दैर्ध्य का पता लगाने के लिए अभी तक कोई उपयुक्त फोटोमिसिव सतह नहीं बताई गई है, जिसे विशेष (InP/InGaAs (Cs)) फोटोकैथोड द्वारा संपर्क किया जा सकता है।[17]

आरसीए निगम

दशकों से आरसीए फोटोमल्टीप्लायर्स के विकास और परिशोधन में सबसे महत्वपूर्ण कार्य करने के लिए उत्तरदायी था। फोटोमल्टीप्लायर्स के व्यावसायीकरण के लिए आरसीए भी अधिक सीमा तक उत्तरदायी था। कंपनी ने आधिकारिक और व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली फोटोमल्टीप्लायर हैंडबुक को संकलित और प्रकाशित किया गया।[18] आरसीए ने अनुरोध पर मुद्रित प्रतियों को निःशुल्क प्रदान किया। हैंडबुक, जो आरसीए के उत्तराधिकारियों द्वारा बिना किसी लागत के ऑनलाइन उपलब्ध कराई जाती है, को आवश्यक संदर्भ माना जाता है।

1980 के दशक के उत्तरार्ध में कॉर्पोरेट ब्रेक-अप के बाद, जिसमें सामान्य विद्युतीय द्वारा आरसीए का अधिग्रहण और आरसीए के डिवीजनों को कई तीसरे पक्षों को समर्पणकरना सम्मिलित था, आरसीए का फोटोमल्टीप्लायर व्यवसाय एक स्वतंत्र कंपनी बन गया ।

लैंकेस्टर, पेंसिल्वेनिया सुविधा

लैंकेस्टर, पेंसिल्वेनिया सुविधा 1942 में अमेरिकी नौसेना द्वारा खोली गई थी और रेडियो ट्यूब और माइक्रोवेव ट्यूब के निर्माण के लिए आरसीए द्वारा संचालित की गई थी। द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, नौसैनिक सुविधा आरसीए द्वारा अधिग्रहित की गई थी। आरसीए लैंकेस्टर, जैसा कि ज्ञात हो गया, वाणिज्यिक टेलीविजन उत्पादों के विकास और उत्पादन का आधार था। बाद के वर्षों में अन्य उत्पाद जोड़े गए, जैसे कैथोड-रे ट्यूब, फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब, गति का पता लगाना या मोशन-सेंसिंग लाइट कंट्रोल स्विच और क्लोज़्ड परिपथ टेलीविज़न प्रणाली है।

बुर्ले इंडस्ट्रीज

आरसीए कॉरपोरेशन के उत्तराधिकारी के रूप में बर्ले इंडस्ट्रीज ने 1986 के बाद लैंकेस्टर, पेंसिल्वेनिया सुविधा में आरसीए फोटोमल्टीप्लायर व्यवसाय को आगे बढ़ाया। 1986 में जनरल इलेक्ट्रिक द्वारा आरसीए के अधिग्रहण के परिणामस्वरूप आरसीए लैंकेस्टर न्यू प्रोडक्ट्स डिवीजन का विनिवेश हुआ। इसलिए, अमेरिकी नौसेना द्वारा स्थापित किए जाने के 45 साल बाद, एरच बर्लेफिंगर के नेतृत्व में इसकी प्रबंधन टीम ने डिवीजन खरीदा और 1987 में बर्ल इंडस्ट्रीज की स्थापना की थी ।

2005 में, स्वतंत्र उद्यम के रूप में अठारह वर्षों के बाद, बर्ल इंडस्ट्रीज और प्रमुख सहायक कंपनी को फोटोनिस, यूरोपीय होल्डिंग कंपनी फोटोनिस समूह द्वारा अधिग्रहित किया गया था। अधिग्रहण के बाद, फोटोनिस, फोटोनिस नीदरलैंड, फोटोनिस फ्रांस, फोटोनिस यूएसए और बर्ल इंडस्ट्रीज से बना था। फोटोनिस यूएसए पूर्व गैलीलियो कॉर्पोरेशन साइंटिफिक सूचक प्रोडक्ट्स ग्रुप (स्टुरब्रिज, मैसाचुसेट्स) का संचालन करता है, जिसे 1999 में बर्ले इंडस्ट्रीज द्वारा खरीदा गया था। यह समूह माइक्रोचैनल प्लेट सूचक (एमसीपी) इलेक्ट्रॉन मल्टीप्लायरों के लिए जाना जाता है - फोटोमल्टीप्लायर्स का एकीकृत माइक्रो-वैक्यूम ट्यूब संस्करण . एमसीपीएस का उपयोग इमेजिंग और वैज्ञानिक अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, जिसमें नाइट विजन उपकरण भी सम्मिलित हैं।

9 मार्च 2009 को, फोटोनिस ने घोषणा की कि वह लैंकेस्टर, पेन्सिलवेनिया और ब्राइव, फ्रांस दोनों संयंत्रों में फोटोमल्टीप्लायर्स के सभी उत्पादन बंद कर देगा।[19]

हमामत्सु

जापान स्थित कंपनी हमामत्सु फोटोनिक्स (जिसे हमामत्सु के नाम से भी जाना जाता है) 1950 के दशक से फोटोमल्टीप्लायर उद्योग में नेता के रूप में उभरी है। हमामत्सु, आरसीए की परंपरा में, अपनी स्वयं की हैंडबुक प्रकाशित की है, जो कंपनी की वेबसाइट पर बिना किसी लागत के उपलब्ध है।[20] हमामात्सु विशेष फोटोकैथोड योगों के लिए अलग-अलग पदनामों का उपयोग करता है और हमामत्सु के मालिकाना अनुसंधान और विकास के आधार पर इन पदनामों में संशोधन करता है।

फोटोकैथोड सामग्री

फोटोकैथोड को विभिन्न गुणों के साथ विभिन्न प्रकार की सामग्रियों से बनाया जा सकता है। सामान्यतः सामग्रियों का कार्य कम होता है और इसलिए वे ऊष्मीय उत्सर्जन के लिए प्रवण होते हैं, जिससे ध्वनी और गहरा प्रवाह होता है, विशेष रूप से इन्फ्रारेड में संवेदनशील सामग्री; फोटोकैथोड को ठंडा करने से यह थर्मल ध्वनी कम हो जाता है। सबसे सामान्य फोटोकैथोड सामग्री हैं[21] Ag-O-Cs (जिसे S1 भी कहा जाता है) ट्रांसमिशन-मोड, 300-1200 एनएम से संवेदनशील होते है। हाई डार्क करंट; मुख्य रूप से निकट-अवरक्त में उपयोग किया जाता है, फोटोकैथोड ठंडा होने के साथ; GaAs:Cs, सीज़ियम-एक्टिवेटर (फॉस्फोर) गैलियम आर्सेनाइड, 300 से 850 एनएम तक सपाट प्रतिक्रिया, पराबैंगनी की ओर लुप्त होती और 930 एनएम; InGaAs:Cs, सीज़ियम-सक्रिय इंडियम गैलियम आर्सेनाइड, GaAs:Cs की तुलना में उच्च अवरक्त संवेदनशीलता, Ag-O-Cs की तुलना में 900–1000 nm के मध्य अधिक अधिक सिग्नल-टू-ध्वनी अनुपात; Sb-Cs, (जिसे S11 भी कहा जाता है) सीज़ियम-सक्रिय सुरमा, परावर्तक मोड फोटोकैथोड के लिए उपयोग किया जाता है; प्रतिक्रिया सीमा पराबैंगनी से दृश्यमान, व्यापक रूप से उपयोग की जाती है; बिआलकली (Sb-K-Cs, Sb-Rb-Cs), सीज़ियम-सक्रिय एंटीमनी-रूबिडियम या एंटीमनी-पोटेशियम मिश्र धातु, Sb:Cs के समान, उच्च संवेदनशीलता और कम ध्वनी के साथ। ट्रांसमिशन-मोड के लिए उपयोग किया जा सकता है; NaI के लिए अनुकूल प्रतिक्रिया: टीएल स्किंटिलेटर फ्लैश उन्हें गामा स्पेक्ट्रोस्कोपी और विकिरण पहचान में व्यापक रूप से उपयोग करता है; उच्च तापमान वाली बायोकली (Na-K-Sb), 175 °C तक काम कर सकती है, जिसका उपयोग अच्छी तरह से लॉगिंग में किया जाता है, कमरे के तापमान पर कम अंधेरा होता है; मल्टीअलकली (Na-K-Sb-Cs), (जिसे S20 भी कहा जाता है), पराबैंगनी से निकट-अवरक्त तक व्यापक वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया, विशेष कैथोड प्रसंस्करण 930 एनएम तक सीमा बढ़ा सकता है, जिसका उपयोग ब्रॉडबैंड स्पेक्ट्रोफोटोमीटर में किया जाता है; सौर-अंधा विधि |सोलर-ब्लाइंड (Cs-Te, Cs-I), वैक्यूम-यूवी और पराबैंगनी के प्रति संवेदनशील, दृश्य प्रकाश और अवरक्त के प्रति असंवेदनशील (Cs-Te का कटऑफ 320 एनएम, Cs-I 200 एनएम पर है)।

विंडो सामग्री

फोटोमल्टीप्लायर की विंडो वेवलेंथ फिल्टर के रूप में कार्य करती हैं; यह अप्रासंगिक हो सकता है यदि कटऑफ तरंग दैर्ध्य अनुप्रयोग सीमा के बाहर या फोटोकैथोड संवेदनशीलता सीमा के बाहर हो, किन्तु असामान्य तरंग दैर्ध्य के लिए विशेष देखरेख की जानी चाहिए। बोरोसिल कांच का उपयोग सामान्यतः निकट-अवरक्त के लिए लगभग 300 एनएम के लिए किया जाता है। बोरोसिलिकेट_कांच उच्च -बोरेट_बोरोसिलिकेट_कांच उच्च यूवी संचरण संस्करणों में भी उपस्थित है जिसमें उच्च संचरण 254 एनएम पर भी है।[22] पोटेशियम-40 -40 आइसोटोप से पृष्ठभूमि विकिरण को कम करने के लिए पोटेशियम की अधिक कम सामग्री वाले कांच का उपयोग बायोकली फोटोकैथोड के साथ किया जा सकता है। अल्ट्रावायलेट कांच दृश्यमान और पराबैंगनी को 185 एनएम तक नीचे पहुंचाता है। स्पेक्ट्रोस्कोपी में उपयोग किया जाता है। सिंथेटिक फ्यूज्ड क्वार्ट्ज 160 एनएम तक ट्रांसमिट होता है, फ़्यूज़्ड सिलिका की तुलना में कम यूवी अवशोषित करता है। पत्रिका की तुलना में अलग थर्मल विस्तार (और बोरोसिलिकेट कांच की तुलना में जो कांच -टू-मेटल_सील है। कोवर से विस्तार-मिलान), विंडो और बाकी ट्यूब के मध्य की ग्रेडेड सील की आवश्यकता होती है। सील यांत्रिक झटके की चपेट में है। मैग्नीशियम फ्लोराइड पराबैंगनी किरणों को 115 एनएम तक नीचे पहुंचाता है। हीड्रोस्कोपिक चूँकि यूवी विंडो के लिए प्रयोग करने योग्य अन्य क्षार से कम है।

उपयोग के विचार

इस प्रकार से फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब सामान्यतः डायनोड्स की श्रृंखला के अन्दर इलेक्ट्रॉनों को गति देने के लिए 1000 से 2000 वोल्ट का उपयोग करते हैं। (लेख के शीर्ष के पास चित्र देखें।) सबसे नकारात्मक वोल्टेज कैथोड से जुड़ा है, और सबसे सकारात्मक वोल्टेज एनोड से जुड़ा है। नकारात्मक उच्च-वोल्टेज आपूर्ति (सकारात्मक टर्मिनल ग्राउंडेड के साथ) को अधिकांशतः पसंद किया जाता है, क्योंकि यह कॉन्फ़िगरेशन कम वोल्टेज पर चलने वाले बाद के इलेक्ट्रॉनिक परिपथ द्वारा प्रवर्धन के लिए परिपथ के कम वोल्टेज पक्ष पर फोटोकरंट को मापने में सक्षम बनाता है। चूँकि उच्च वोल्टेज पर फोटोकैथोड के साथ रिसाव धाराएं कभी-कभी अवांछित अंधेरे वर्तमान दलहन का परिणाम देती हैं जो ऑपरेशन को प्रभावित कर सकती हैं। वोल्टेज प्रतिरोधी वोल्टेज विभक्त द्वारा डायनोड्स को वितरित किए जाते हैं, चूँकि सक्रिय डिज़ाइन (ट्रांजिस्टर या डायोड के साथ) जैसे बदलाव संभव हैं। विभाजक डिजाइन जो आवृत्ति प्रतिक्रिया या वृद्धि समय को प्रभावित करता है, को अलग-अलग अनुप्रयोगों के अनुरूप चुना जा सकता है। फोटोमल्टीप्लायर्स का उपयोग करने वाले कुछ उपकरणों में प्रणाली के लाभ को नियंत्रित करने के लिए एनोड वोल्टेज को परिवर्तन करने का प्रावधान है।

संचालित (ऊर्जावान) होने पर अति-उत्तेजना के माध्यम से उनके विनाश को रोकने के लिए फोटोमल्टीप्लायर्स को परिवेशी प्रकाश से परिरक्षित किया जाना चाहिए। कुछ अनुप्रयोगों में यह सुरक्षा यांत्रिक रूप से इलेक्ट्रिकल इंटरलॉक या शटर द्वारा पूरी की जाती है जो फोटोमल्टीप्लायर डिब्बे के खुलने पर ट्यूब की रक्षा करती है। अन्य विकल्प बाहरी परिपथ में ओवरकुरेंट सुरक्षा जोड़ना है, ताकि जब मापा एनोड वर्तमान सुरक्षित सीमा से अधिक हो, तो उच्च वोल्टेज कम हो जाए।

यदि शसक्त चुंबकीय क्षेत्र वाले स्थान पर उपयोग किया जाता है, जो इलेक्ट्रॉन पथ को वक्र कर सकता है, इलेक्ट्रॉनों को डायनोड से दूर ले जा सकता है और लाभ की हानि का कारण बन सकता है, फोटोमल्टीप्लायर सामान्यतः नरम लोहे या धातु में की परत द्वारा चुंबकीय रूप से परिरक्षित होते हैं। यह चुंबकीय ढाल अधिकांशतः कैथोड क्षमता पर बनी रहती है। जब यह स्थिति होती है, तो बाहरी ढाल को भी विद्युतीय रूप से पृथक किया जाना चाहिए क्योंकि उस पर उच्च वोल्टेज होता है। फोटोकैथोड और पहले डायनोड के मध्य की बड़ी दूरी वाले फोटोमल्टीप्लायर विशेष रूप से चुंबकीय क्षेत्र के प्रति संवेदनशील होते हैं।[21]

अनुप्रयोग

फोटोमल्टीप्लायर पहले विद्युत नेत्र उपकरण थे, जिनका उपयोग प्रकाश की किरणों में विरोधको को मापने के लिए किया जाता था। फोटोमल्टीप्लायर्स का उपयोग स्किंटिलेटर के संयोजन में हाथ से आयोजित और निश्चित विकिरण सुरक्षा उपकरणों के माध्यम से आयोनाइजिंग विकिरण का पता लगाने के लिए और भौतिकी प्रयोगों में कण विकिरण के रूप में किया जाता है।[23] प्रकाश उत्सर्जक सामग्री जैसे मिश्रित अर्धचालक और क्वांटम डॉट्स की तीव्रता और स्पेक्ट्रम को मापने के लिए अनुसंधान प्रयोगशालाओं में फोटोमल्टीप्लायर का उपयोग किया जाता है। कई स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री में सूचक के रूप में फोटोमल्टीप्लायर का उपयोग किया जाता है। यह उपकरण डिजाइन की अनुमति देता है जो उच्च-संवेदनशीलता अनुप्रयोगों से बच जाता है, और जो उपकरण की गतिशील सीमा को अधिक सीमा तक बढ़ा सकता है।

फोटोमल्टीप्लायर्स का उपयोग कई चिकित्सा उपकरण डिजाइनों में किया जाता है। उदाहरण के लिए, नैदानिक ​​चिकित्सा प्रयोगशालाओं द्वारा उपयोग किए जाने वाले रक्त विश्लेषण उपकरण, जैसे फ़्लो साइटॉमेट्री , ऑप्टिकल फिल्टर और तापदीप्त लैंप के संयोजन में, रक्त के नमूनों में विभिन्न घटकों की सापेक्षिक सांद्रता निर्धारित करने के लिए फोटोमल्टीप्लायर का उपयोग करते हैं। गामा कैमरा में फोटोमल्टीप्लायर्स की सरणी का उपयोग किया जाता है। फोटोमल्टीप्लायर सामान्यतः फ्लाइंग-स्पॉट स्कैनर में सूचक के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

उच्च-संवेदनशीलता अनुप्रयोग

50 वर्षों के बाद, जिस समय ठोस अवस्था इलेक्ट्रॉनिक घटकों ने बड़े माप पर वैक्यूम ट्यूब को विस्थापित कर दिया है, फोटोमल्टीप्लायर अनूठा और महत्वपूर्ण ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक घटक बना हुआ है। अतः इसकी सबसे उपयोगी गुणवत्ता यह है कि यह दुर्बल प्रकाश संकेतों से जुड़े छोटे धाराओं को निकालने में उपयोग किए जाने वाले उच्च वोल्टेज के कारण इलेक्ट्रॉनिक रूप से लगभग पूर्ण वर्तमान स्रोत के रूप में कार्य करता है। फोटोमल्टीप्लायर सिग्नल धाराओं से जुड़ा कोई जॉनसन ध्वनी नहीं है, तथापि वे अधिक अधिक प्रवर्धित हों, उदाहरण के लिए, 100 हजार गुना (अथार्त , 100 डीबी) या अधिक फोटोकरंट में अभी भी शॉट ध्वनी होता है।

फोटोमल्टीप्लायर-एम्प्लीफाइड फोटोकरेंट्स को उच्च-इनपुट-प्रतिबाधा इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायर (फोटोमल्टीप्लायर के बाद के सिग्नल पथ में) द्वारा इलेक्ट्रॉनिक रूप से प्रवर्धित किया जा सकता है, इस प्रकार लगभग असीम रूप से छोटे फोटॉन फ्लक्स के लिए भी प्रशंसनीय वोल्टेज का उत्पादन होता है। फोटोमल्टीप्लायर कई विन्यासों के लिए जॉनसन ध्वनी को पार करने का सर्वोत्तम संभव अवसर प्रदान करते हैं। उपरोक्त प्रकाश प्रवाह के मापन को संदर्भित करता है, जबकि छोटे, फिर भी कई फोटॉन की निरंतर धारा की मात्रा होती है।

इस प्रकार से छोटे फोटॉन फ्लक्स के लिए, फोटोमल्टीप्लायर को फोटॉन-काउंटिंग, या गीगर काउंटर, मोड में संचालित किया जा सकता है (सिंगल-फोटॉन हिमस्खलन डायोड भी देखें)। गीजर मोड में फोटोमल्टीप्लायर गेन इतना अधिक सेट किया जाता है (उच्च वोल्टेज का उपयोग करके) कि प्राथमिक सतह पर एकल फोटॉन घटना से उत्पन्न फोटो-इलेक्ट्रॉन आउटपुट परिपथ में अधिक बड़ा धारा उत्पन्न करता है। चूँकि धारा के हिमस्खलन के कारण, फोटोमल्टीप्लायर के रीसेट की आवश्यकता होती है। किसी भी स्थितियों में, फोटोमल्टीप्लायर अलग-अलग फोटॉन का पता लगा सकता है। चूँकि दोष यह है कि प्राथमिक सतह पर प्रत्येक फोटॉन घटना की गणना या तो फोटोमल्टीप्लायर की कम-से-पूर्ण दक्षता के कारण नहीं की जाती है, या क्योंकि दूसरा फोटॉन पहले फोटॉन से जुड़े मृत समय के समय फोटोमल्टीप्लायर तक पहुँच सकता है और कभी ध्यान नहीं दिया गया था।

एक फोटोमल्टीप्लायर आपतित फोटॉन के बिना भी छोटा धारा उत्पन्न करेगा; इसे डार्क करंट (भौतिकी) कहा जाता है। फोटॉन-काउंटिंग एप्लिकेशन सामान्यतः डार्क करंट को कम करने के लिए डिज़ाइन किए गए फोटोमल्टीप्लायर्स की मांग करते हैं।

इस प्रकार से प्राथमिक प्रकाश-संवेदी सतह पर प्रहार करने वाले एकल फोटोन का पता लगाने की क्षमता से परिमाणीकरण सिद्धांत का पता चलता है जो की अल्बर्ट आइंस्टीन फोटॉन और ऊर्जा क्वांटा है। फोटॉन काउंटिंग (जैसा कि इसे कहा जाता है) से पता चलता है कि प्रकाश न केवल तरंग होने के सम्बन्ध में असतत कणों (अथार्त फोटॉन) से युक्त होता है।

तापमान सीमा

इस प्रकार से यह ज्ञात है कि क्रायोजेनिक तापमान पर फोटो गुणक तापमान कम होने पर इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन में वृद्धि (फूटना) प्रदर्शित करते हैं। घटना अभी भी भौतिक विज्ञान सिद्धांत द्वारा समस्याएं हैं।[24]

यह भी देखें

संदर्भ

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ग्रन्थसूची

बाहरी संबंध

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