फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब

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फोटोमल्टीप्लायर

फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब (फोटोमल्टीप्लायर या पीएमटी शॉर्ट के लिए) पराबैंगनी, दृश्यमान प्रकाश और विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के निकट-अवरक्त रेंज में प्रकाश के अत्यंत संवेदनशील डिटेक्टर हैं। वे वेक्यूम - ट्यूब ों के वर्ग के सदस्य हैं, विशेष रूप से वैक्यूम phototube । ये डिटेक्टर आपतित प्रकाश द्वारा उत्पन्न धारा को 100 मिलियन गुना या 10 गुना बढ़ा देते हैं8 (यानी, 160 डेसिबल),[1] कई अर्थ है 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

उच्च लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स), कम शोर (इलेक्ट्रॉनिक्स), उच्च आवृत्ति प्रतिक्रिया या, समकक्ष, अल्ट्रा-फास्ट प्रतिक्रिया और संग्रह के बड़े क्षेत्र के संयोजन ने फोटोमल्टीप्लायरों को स्पेक्ट्रोस्कोपी, संनाभि माइक्रोस्कोपी, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी, प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी में एक आवश्यक स्थान बनाए रखा है। परमाणु भौतिकी और कण भौतिकी, खगोल विज्ञान, चिकित्सा निदान जिसमें रक्त परीक्षण, चिकित्सा इमेजिंग, मोशन पिक्चर फिल्म स्कैनिंग (telecine), बैराज जाम करना, और उच्च अंत छवि स्कैनर शामिल हैं जिन्हें ड्रम स्कैनर के रूप में जाना जाता है। फोटोमल्टीप्लायर तकनीक के तत्व, जब अलग तरीके से एकीकृत होते हैं, रात दृष्टि उपकरणों का आधार होते हैं। अनुसंधान जो प्रकाश प्रकीर्णन का विश्लेषण करता है, जैसे समाधान में पॉलिमर का अध्ययन, बिखरे हुए प्रकाश डेटा को एकत्र करने के लिए अक्सर लेजर और पीएमटी का उपयोग करता है।

सेमीकंडक्टर डिवाइस, विशेष रूप से सिलिकॉन फोटोमल्टीप्लायर और हिमस्खलन फोटोडायोड, क्लासिकल फोटोमल्टीप्लायर के विकल्प हैं; हालांकि, फोटोमल्टीप्लायर उन अनुप्रयोगों के लिए विशिष्ट रूप से उपयुक्त हैं जिनके लिए कम-शोर, उच्च-संवेदनशीलता वाले प्रकाश की पहचान की आवश्यकता होती है जो कि अपूर्ण रूप से टकराया हुआ प्रकाश है।

संरचना और संचालन सिद्धांत

चित्र 1: एक 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 सर्किट।

फोटोमल्टीप्लायर आमतौर पर एक खाली ग्लास हाउसिंग (अन्य वैक्यूम_ट्यूब की तरह एक बेहद तंग और टिकाऊ कांच से धातु की सील का उपयोग करके) के साथ बनाए जाते हैं, जिसमें एक photocathode , कई डायनोड्स और एक एनोड होता है। घटना फोटॉन फोटोकैथोड सामग्री पर प्रहार करते हैं, जो आमतौर पर एक पतली वैक्यूम जमाव है। डिवाइस की प्रवेश खिड़की के अंदर वाष्प-जमा संवाहक परत होती है। प्रकाश विद्युत प्रभाव के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों 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।

इलेक्ट्रॉन गुणक में कई इलेक्ट्रोड होते हैं जिन्हें डायनोड कहा जाता है। प्रत्येक डायनोड पिछले वाले की तुलना में ≈100 वोल्ट से अधिक सकारात्मक क्षमता पर आयोजित किया जाता है। एक प्राथमिक इलेक्ट्रॉन आने वाले फोटॉन की ऊर्जा के साथ फोटोकैथोड छोड़ता है, या नीले फोटॉन के लिए लगभग 3 eV, फोटोकैथोड के समारोह का कार्य को घटा देता है। प्रारंभिक फोटॉनों के एक समूह के आने से प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों का एक 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 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 हैं। डायनोड श्रृंखला की ज्यामिति ऐसी है कि प्रत्येक चरण में उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रॉनों की एक घातीय-बढ़ती संख्या के साथ एक झरना 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 अंतिम चरण में प्रत्येक प्राथमिक इलेक्ट्रॉन के लिए लगभग 5 की अपेक्षा की जाती है।12 ≈ 108 इलेक्ट्रॉन। इस अंतिम चरण को एनोड कहा जाता है। एनोड तक पहुंचने वाले इलेक्ट्रॉनों की यह बड़ी संख्या एक तेज वर्तमान पल्स में परिणाम देती है जो आसानी से पता लगाने योग्य होती है, उदाहरण के लिए एक ऑसिलोस्कोप पर, फोटोकैथोड पर फोटॉन के आगमन का संकेत ≈50 नैनोसेकंड पहले।

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

अवांछित रोशनी स्रोतों के खिलाफ एक सुरक्षात्मक स्क्रीन के रूप में आंतरिक धातुकरण

दो सामान्य फोटोमल्टीप्लायर ओरिएंटेशन 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 गुजरता है, और साइड-ऑन डिज़ाइन (प्रतिबिंब मोड) ), जहां ट्यूब के किनारे एक विशेष स्थान पर प्रकाश प्रवेश करता है, और एक अपारदर्शी फोटोकैथोड पर प्रभाव डालता है। उदाहरण के लिए, साइड-ऑन डिज़ाइन का उपयोग #Electrostatic photomultipliers (1937–वर्तमान) में किया जाता है, जो पहले बड़े पैमाने पर उत्पादित PMT था। विभिन्न फोटोकैथोड सामग्रियों के अलावा, प्रदर्शन भी फोटोमल्टीप्लायर#विंडो_सामग्री के संचरण से प्रभावित होता है जिससे प्रकाश गुजरता है, और डायनोड्स की व्यवस्था से। कई फोटोमल्टीप्लायर मॉडल इनमें से विभिन्न संयोजनों और अन्य, डिज़ाइन चर के साथ उपलब्ध हैं। निर्माता मैनुअल किसी विशेष एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त डिज़ाइन चुनने के लिए आवश्यक जानकारी प्रदान करते हैं।

इतिहास

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 हड़ताली क्षार धातुओं (पोटेशियम और सोडियम) का उपयोग करके उसी प्रभाव का प्रदर्शन किया।[3] सीज़ियम, एक अन्य क्षार धातु, ने दृश्य स्पेक्ट्रम के लाल हिस्से में संवेदनशील तरंग दैर्ध्य की सीमा को लंबी तरंग दैर्ध्य की ओर विस्तारित करने की अनुमति दी है।

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 भरोसा किया था।[4] एक उपलब्धि जिसके लिए आइंस्टीन को 1921 का नोबेल पुरस्कार मिला। 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 लेकिन ऑप्टिकल तीव्रता से स्वतंत्र होती है। इस तथ्य ने पहली बार प्रकाश की असतत प्रकृति, यानी क्वांटा के अस्तित्व को निहित किया।

माध्यमिक उत्सर्जन

माध्यमिक उत्सर्जन की घटना (एक वैक्यूम ट्यूब में इलेक्ट्रॉनों की एक इलेक्ट्रोड को मारकर अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन का कारण बनने की क्षमता), पहले, विशुद्ध रूप से इलेक्ट्रॉनिक घटनाओं और उपकरणों (जिसमें प्रकाश संवेदनशीलता की कमी थी) तक सीमित थी। 1899 में पहली बार विलार्ड द्वारा प्रभाव की सूचना दी गई थी।[5] 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 था।[7]


एक व्यावहारिक इलेक्ट्रॉनिक टेलीविजन कैमरा की ओर दौड़

1920 के दशक के दौरान वैक्यूम ट्यूब प्रौद्योगिकी की गति तेज होने के कारण फोटोमल्टीप्लायर का आविष्कार करने के लिए सामग्री एक साथ आ रही थी। कई लोगों के लिए प्राथमिक लक्ष्य, यदि अधिकांश नहीं, तो व्यावहारिक टेलीविजन कैमरा प्रौद्योगिकी की आवश्यकता थी। 1934 में पहला व्यावहारिक कैमरा (आइकोनोस्कोप) पेश करने से पहले दशकों तक आदिम प्रोटोटाइप के साथ टेलीविज़न का अनुसरण किया गया था। शुरुआती प्रोटोटाइप टेलीविजन कैमरों में संवेदनशीलता की कमी थी। फोटोमल्टीप्लायर तकनीक का अनुसरण टेलीविजन कैमरा ट्यूब, जैसे कि आइकोनोस्कोप और (बाद में) orthicon को व्यावहारिक होने के लिए पर्याप्त संवेदनशील बनाने के लिए किया गया था। इसलिए एक व्यावहारिक फोटोमल्टीप्लायर बनाने के लिए photoemission (यानी, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव) की दोहरी 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 की शुरुआत में)

पहला प्रलेखित फोटोमल्टीप्लायर प्रदर्शन हैरिसन, एनजे में स्थित एक आरसीए समूह की 1934 की शुरुआत की उपलब्धियों के लिए है। हार्ले आईम्स और बर्नार्ड साल्ज़बर्ग एक एकल वैक्यूम लिफाफे में एक फोटोइलेक्ट्रिक-प्रभाव कैथोड और एकल माध्यमिक उत्सर्जन प्रवर्धन चरण को एकीकृत करने वाले पहले व्यक्ति थे और इलेक्ट्रॉन प्रवर्धन लाभ के साथ एक 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। IRE) को प्रस्तुत पांडुलिपि में विस्तृत है।[8] डिवाइस में एक अर्ध-बेलनाकार फोटोकैथोड, अक्ष पर घुड़सवार एक द्वितीयक उत्सर्जक और द्वितीयक उत्सर्जक के आसपास एक संग्राहक ग्रिड शामिल 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)

आरंभिक सिंगल-स्टेज फोटोमल्टीप्लायरों से उपलब्ध लाभ की तुलना में अधिक लाभ की मांग की गई थी। हालांकि, यह एक अनुभवजन्य तथ्य है कि त्वरण वोल्टेज की परवाह किए बिना, माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों की उपज किसी भी माध्यमिक उत्सर्जन प्रक्रिया में सीमित है। इस प्रकार, किसी एकल-चरण फोटोमल्टीप्लायर का लाभ सीमित है। उस समय प्राप्त किया जा सकने वाला अधिकतम प्रथम-चरण का लाभ लगभग 10 था (1960 के दशक में बहुत 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, एक महत्वपूर्ण लक्ष्य था। चुनौती यह थी कि फोटोइलेक्ट्रॉनों को उच्चतम वोल्टेज इलेक्ट्रोड पर सीधे यात्रा करने के बजाय क्रमिक रूप से उच्च-वोल्टेज इलेक्ट्रोड पर टकराना पड़े। प्रारंभ में इलेक्ट्रॉनों के प्रक्षेपवक्र को मोड़ने के लिए मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके इस चुनौती को दूर किया गया। इस तरह की योजना की कल्पना पहले 1919 तक आविष्कारक जे. स्लीपियन ने की थी (ऊपर देखें)। तदनुसार, प्रमुख अंतरराष्ट्रीय अनुसंधान संगठनों ने कई चरणों के साथ उच्च लाभ प्राप्त करने के लिए फोटोमल्टीप्लायरों में सुधार की ओर ध्यान दिया।

यूएसएसआर में, प्रसारण नेटवर्क के निर्माण के लिए जोसेफ स्टालिन द्वारा आरसीए-निर्मित रेडियो उपकरण को बड़े पैमाने पर पेश किया गया था, और टेलीविजन के लिए नवगठित ऑल-यूनियन साइंटिफिक रिसर्च इंस्टीट्यूट वैक्यूम ट्यूब में एक शोध कार्यक्रम तैयार कर रहा था जो अपने समय के लिए उन्नत था। और जगह। 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 जरूरतों की जांच करने के लिए कई दौरे किए गए थे।[9] इनमें से एक यात्रा के दौरान, सितंबर 1934 में, RCA 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। जून 1934 में प्रदर्शित होने पर इस उपकरण ने 1000 गुना या उससे अधिक का लाभ प्राप्त किया। काम केवल दो साल बाद जुलाई 1936 में प्रिंट प्रकाशन के लिए प्रस्तुत किया गया था।[11] जैसा कि रूसी विज्ञान अकादमी (RAS) के हाल के 2006 के प्रकाशन में बल दिया गया है,[12] जो इसे Kubetsky's Tube कहते हैं। सोवियत उपकरण ने द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों को सीमित करने के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया और एजी-ओ-सीएस फोटोकैथोड पर भरोसा 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 पांडुलिपि प्रस्तुत की जिसमें एक बहु डायनोड ट्यूब के पहले व्यापक प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक विश्लेषण का वर्णन किया गया था - डिवाइस को बाद में एक फोटोमल्टीप्लायर कहा जाता है।[13] - प्रोक के लिए। गुस्सा। RCA प्रोटोटाइप फोटोमल्टीप्लायरों ने Ag-O-Cs (सिल्वर ऑक्साइड-सीज़ियम) फोटोकैथोड का भी उपयोग किया। उन्होंने 800 नैनोमीटर पर 0.4% की चरम क्वांटम दक्षता प्रदर्शित की।

इलेक्ट्रोस्टैटिक फोटोमल्टीप्लायर (1937-वर्तमान) ===

जबकि इन शुरुआती फोटोमल्टीप्लायरों ने चुंबकीय क्षेत्र सिद्धांत का इस्तेमाल किया, इलेक्ट्रोस्टैटिक फोटोमल्टीप्लायरों (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 फोटोमल्टीप्लायरों के लिए मानक बन गया। पहला बड़े पैमाने पर उत्पादित फोटोमल्टीप्लायर, टाइप 931, इस डिजाइन का था और आज भी व्यावसायिक रूप से उत्पादित किया जाता है।[14]


बेहतर फोटोकैथोड

इसके अलावा 1936 में, एक बहुत बेहतर फोटोकैथोड, सी.एस3एसबी (सीज़ियम-सुरमा ), पी। गोर्लिच द्वारा रिपोर्ट किया गया था।[15] सीज़ियम-एंटीमनी फोटोकैथोड में 400 एनएम पर 12% की नाटकीय रूप से बेहतर क्वांटम दक्षता थी, और इसका उपयोग आरसीए (यानी, 931-प्रकार) द्वारा निर्मित पहले व्यावसायिक रूप से सफल फोटोमल्टीप्लायरों में एक 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।

फोटोकैथोड्स की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया

1940 के दशक की शुरुआत में, JEDEC (ज्वाइंट इलेक्ट्रॉन डिवाइस इंजीनियरिंग काउंसिल), मानकीकरण पर एक उद्योग समिति, ने वर्णक्रमीय प्रतिक्रियाओं को नामित करने की एक प्रणाली विकसित की।[16] दर्शन में यह विचार शामिल था कि उत्पाद के उपयोगकर्ता को केवल डिवाइस की प्रतिक्रिया के बारे में चिंतित होना चाहिए, न कि डिवाइस 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 ग्लास 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 एक तथाकथित मल्टीअलकली फोटोकैथोड (Na-K-Sb-Cs) का उपयोग करता है। , या सोडियम-पोटैशियम -एंटीमनी-सीज़ियम) जो दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम के लाल हिस्से 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 एक विशेष (InP/InGaAs (Cs)) फोटोकैथोड द्वारा संपर्क किया जा सकता है।[17]


आरसीए निगम

दशकों से, आरसीए फोटोमल्टीप्लायरों के विकास और परिशोधन में सबसे महत्वपूर्ण कार्य करने के लिए जिम्मेदार था। फोटोमल्टीप्लायरों के व्यावसायीकरण के लिए आरसीए भी काफी हद तक जिम्मेदार था। कंपनी ने एक आधिकारिक और व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली फोटोमल्टीप्लायर हैंडबुक को संकलित और प्रकाशित किया।[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 एक आवश्यक संदर्भ माना जाता है।

1980 के दशक के अंत में सामान्य विद्युतीय द्वारा आरसीए के अधिग्रहण और कई तृतीय पक्षों को आरसीए के डिवीजनों के निपटान से जुड़े कॉरपोरेट ब्रेक-अप के बाद, 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 | कैथोड-रे ट्यूब, फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब, गति का पता लगाना | मोशन-सेंसिंग लाइट कंट्रोल स्विच और क्लोज़्ड सर्किट टेलीविज़न सिस्टम।

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, Erich Burlefinger के नेतृत्व में इसकी प्रबंधन टीम ने डिवीजन खरीदा और 1987 में बर्ल इंडस्ट्रीज की स्थापना की।

2005 में, एक स्वतंत्र उद्यम के रूप में अठारह वर्षों के बाद, बर्ल इंडस्ट्रीज और एक प्रमुख सहायक कंपनी को फोटोनिस, एक 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 डिटेक्टर प्रोडक्ट्स ग्रुप (स्टुरब्रिज, मैसाचुसेट्स) का संचालन करता है, जिसे 1999 में बर्ले इंडस्ट्रीज द्वारा खरीदा गया था। यह समूह माइक्रोचैनल प्लेट डिटेक्टर (MCP) इलेक्ट्रॉन मल्टीप्लायरों के लिए जाना जाता है - फोटोमल्टीप्लायरों का एक एकीकृत माइक्रो-वैक्यूम ट्यूब संस्करण . MCPs का उपयोग इमेजिंग और वैज्ञानिक अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, जिसमें नाइट विजन डिवाइस भी शामिल हैं।

9 मार्च 2009 को, फोटोनिस ने घोषणा की कि वह लैंकेस्टर, पेन्सिलवेनिया और ब्राइव, फ्रांस दोनों संयंत्रों में फोटोमल्टीप्लायरों 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 एक नेता के रूप में उभरी है। Hamamatsu, RCA 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। आमतौर पर सामग्रियों का कार्य कार्य कम होता है और इसलिए वे ऊष्मीय उत्सर्जन के लिए प्रवण होते हैं, जिससे शोर और गहरा प्रवाह होता है, विशेष रूप से इन्फ्रारेड में संवेदनशील सामग्री; फोटोकैथोड को ठंडा करने से यह थर्मल शोर कम हो जाता है। सबसे आम फोटोकैथोड सामग्री हैं[21] Ag-O-Cs (जिसे S1 भी कहा जाता है) ट्रांसमिशन-मोड, 300-1200 एनएम से संवेदनशील। 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 बीच बहुत अधिक सिग्नल-टू-शोर 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; bialkali (Sb-K-Cs, Sb-Rb-Cs), सीज़ियम-सक्रिय एंटीमनी-रूबिडियम या एंटीमनी-पोटेशियम मिश्र धातु, Sb:Cs के समान, उच्च संवेदनशीलता और कम शोर के साथ। ट्रांसमिशन-मोड के लिए इस्तेमाल 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 तकनीक|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)।

खिड़की सामग्री

फोटोमल्टीप्लायर की खिड़कियां 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, लेकिन असामान्य तरंग दैर्ध्य के लिए विशेष देखभाल की जानी चाहिए। बोरोसिल ग्लास का उपयोग आमतौर पर निकट-अवरक्त के लिए लगभग 300 एनएम के लिए किया जाता है। बोरोसिलिकेट_ग्लास#हाई-बोरेट_बोरोसिलिकेट_ग्लास उच्च यूवी संचरण संस्करणों में भी मौजूद है जिसमें उच्च संचरण 254 एनएम पर भी है।[22] पोटेशियम-40 -40 आइसोटोप से पृष्ठभूमि विकिरण को कम करने के लिए पोटेशियम की बहुत कम सामग्री वाले ग्लास का उपयोग बायोकली फोटोकैथोड के साथ किया जा सकता है। अल्ट्रावायलेट ग्लास 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 ग्लास की तुलना में जो ग्लास-टू-मेटल_सील है। कोवर से विस्तार-मिलान), खिड़की और बाकी ट्यूब के बीच एक 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 , हालांकि यूवी विंडो के लिए प्रयोग करने योग्य अन्य क्षार से कम है।

उपयोग के विचार

फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब आमतौर पर डायनोड्स की श्रृंखला के भीतर 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 अक्सर पसंद किया जाता है, क्योंकि यह कॉन्फ़िगरेशन कम वोल्टेज पर चलने वाले बाद के इलेक्ट्रॉनिक सर्किटों द्वारा प्रवर्धन के लिए सर्किट के कम वोल्टेज पक्ष पर photocurrent को मापने में सक्षम बनाता है। हालांकि, उच्च वोल्टेज पर फोटोकैथोड के साथ, रिसाव धाराएं कभी-कभी अवांछित अंधेरे वर्तमान दालों का परिणाम देती हैं जो ऑपरेशन को प्रभावित कर सकती हैं। वोल्टेज एक प्रतिरोधी वोल्टेज विभक्त द्वारा डायनोड्स को वितरित किए जाते हैं, हालांकि 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। फोटोमल्टीप्लायरों का उपयोग करने वाले कुछ उपकरणों में सिस्टम के लाभ को नियंत्रित करने के लिए एनोड वोल्टेज को बदलने का प्रावधान है।

संचालित (ऊर्जावान) होने पर, अति-उत्तेजना के माध्यम से उनके विनाश को रोकने के लिए फोटोमल्टीप्लायरों 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। एक अन्य विकल्प बाहरी सर्किट में ओवरकुरेंट सुरक्षा जोड़ना है, ताकि जब मापा एनोड वर्तमान सुरक्षित सीमा से अधिक हो, तो उच्च वोल्टेज कम हो जाए।

यदि मजबूत 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 आमतौर पर नरम लोहे या धातु में की एक परत द्वारा चुंबकीय रूप से परिरक्षित होते हैं। यह चुंबकीय ढाल अक्सर 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 बीच 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 रुकावटों को मापने के लिए किया जाता था। फोटोमल्टीप्लायरों 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 डिटेक्टर के रूप में फोटोमल्टीप्लायर का उपयोग किया जाता है। यह एक उपकरण डिजाइन की अनुमति देता है जो # उच्च-संवेदनशीलता अनुप्रयोगों से बच जाता है, और जो उपकरण की गतिशील सीमा को काफी हद तक बढ़ा सकता है।

फोटोमल्टीप्लायरों 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 फोटोमल्टीप्लायरों की एक सरणी का उपयोग किया जाता है। फोटोमल्टीप्लायर आमतौर पर फ्लाइंग-स्पॉट स्कैनर में डिटेक्टर के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

उच्च-संवेदनशीलता अनुप्रयोग

50 वर्षों के बाद, जिस दौरान ठोस अवस्था (इलेक्ट्रॉनिक्स) | सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक घटकों ने बड़े पैमाने पर वैक्यूम ट्यूब को विस्थापित कर दिया है, फोटोमल्टीप्लायर एक अनूठा और महत्वपूर्ण ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक घटक बना हुआ है। शायद इसकी सबसे उपयोगी गुणवत्ता यह है कि यह कमजोर 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 शोर नहीं है, भले ही वे बहुत अधिक प्रवर्धित हों, उदाहरण के लिए, 100 हजार गुना (यानी, 100 डीबी) या अधिक। फोटोकरंट में अभी भी शॉट शोर होता है।

फोटोमल्टीप्लायर-एम्प्लीफाइड फोटोकरेंट्स को एक 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 शोर 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।

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 एक फोटो-इलेक्ट्रॉन आउटपुट सर्किट में एक बहुत बड़ा करंट उत्पन्न करता है। हालाँकि, करंट के हिमस्खलन के कारण, फोटोमल्टीप्लायर के रीसेट की आवश्यकता होती है। किसी भी मामले में, फोटोमल्टीप्लायर अलग-अलग फोटॉन का पता लगा सकता है। हालाँकि, 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 एक दूसरा फोटॉन पहले फोटॉन से जुड़े मृत समय के दौरान फोटोमल्टीप्लायर तक पहुँच सकता है और कभी गौर नहीं किया।

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

फिर भी, प्राथमिक प्रकाश-संवेदी सतह पर प्रहार करने वाले एकल फोटोन का पता लगाने की क्षमता से परिमाणीकरण सिद्धांत का पता चलता है जो अल्बर्ट आइंस्टीन # फोटॉन और ऊर्जा क्वांटा है। फोटॉन काउंटिंग (जैसा कि इसे कहा जाता है) से पता चलता है कि प्रकाश, न केवल एक तरंग होने के नाते, असतत कणों (यानी, फोटॉन) से युक्त होता है।

तापमान सीमा

यह ज्ञात है कि क्रायोजेनिक तापमान पर फोटो गुणक तापमान कम होने पर इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन में वृद्धि (फट) प्रदर्शित करते हैं। घटना अभी भी भौतिकी में अनसुलझी समस्याएं हैं।[24]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Decibels are power ratios. Power is proportional to I2 (current squared). Thus a current gain of 108 produces a power gain of 1016, or 160 dB
  2. ↑ H. Hertz (1887). "विद्युत निर्वहन पर पराबैंगनी प्रकाश के प्रभाव के बारे में". Annalen der Physik. 267 (8): 983–1000. Bibcode:1887AnP...267..983H. doi:10.1002/andp.18872670827.
  3. ↑ Elster, Julius; Geitel, Hans (1889). "Ueber die Entladung negativ electrischer Körper durch das Sonnen- und Tageslicht". Annalen der Physik. 274 (12): 497. Bibcode:1889AnP...274..497E. doi:10.1002/andp.18892741202.
  4. ↑ A. Einstein (1905). "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt" (PDF). Annalen der Physik. 322 (6): 132–148. Bibcode:1905AnP...322..132E. doi:10.1002/andp.19053220607. Archived (PDF) from the original on 2011-07-09.
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  18. ↑ RCA Corporation (1970). आरसीए फोटोमल्टीप्लायर मैनुअल. Archived from the original on 2016-06-12.
  19. ↑ PHOTONIS will stop its Photomultiplier activity
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  21. ↑ 21.0 21.1 Photomultiplier Tubes. Construction and Operating Characteristics. Connections to External Circuits, Hamamatsu
  22. ↑ "स्कॉट - ग्लास टयूबिंग एक्सप्लोरर". www.schott.com. Archived from the original on 2016-07-11.
  23. ↑ "HP-265 Pancake G-M Probe". www.drct.com.
  24. ↑ Meyer, H. O. (February 2010). "ठंडी सतह से स्वतःस्फूर्त इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन". EPL (Europhysics Letters) (in English). 89 (5): 58001. Bibcode:2010EL.....8958001M. doi:10.1209/0295-5075/89/58001. ISSN 0295-5075. S2CID 122528463.


ग्रन्थसूची


बाहरी संबंध

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