Photomultiplicateur
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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 (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un...) ainsi généré est amplifié par une série de dynodes utilisant le phénomène d'émission secondaire pour obtenir un gain important.

Ce détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu.) permet de compter les photons individuellement. Il est sensible de l’ultraviolet à l’infrarouge proche, le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de réponse est de l’ordre de la nanoseconde (10-9 seconde)

Il a pour inconvénients son coût et sa fragilité (La fragilité est l'état d'une substance qui se fracture lorsqu'on lui impose des contraintes mécaniques ou qu'on lui fait subir des déformations brutales...).

Il existe aujoud'hui une nouvelle technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) 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

Schéma d'un tube multiplicateur couplé à un scintillateur.
Schéma d'un tube multiplicateur couplé à un scintillateur (Un scintillateur, est un matériau qui émet de la lumière suite à l'absorption d'un rayonnement.).

Les photomultiplicateurs sont constitués d'un tube à vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) en verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus...) contenant une photocathode, plusieurs dynodes, et une anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à la cathode où se produit une réaction électrochimique de...). Les photons incidents frappent le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés...) constituant la photocathode, celui-ci formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et...) une fine couche déposée sur la fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) d'entrée du dispositif. Des électrons sont alors produits par effet photoélectrique (L'effet photoélectrique désigne l'ensemble des phénomènes électriques d'un matériau provoqués par l'action de la lumière. On distingue deux cas : des électrons sont éjectés du matériau (émission photoélectrique),...). Les électrons sont dirigés vers le multiplicateur d'électrons par l'électrode de focalisation.

Le "multiplicateur d'électrons" est constitué d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout »,...) 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 (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) correspondant à celle du photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un point de...) incident (moins l'énergie de fonctionnement de la photocathode). Ils sont accélérés par le champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence...) 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 (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de dynodes est telle que le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) 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 (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...) sur la cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile électrique qui débite et à la borne négative du générateur extérieur dans...).

Photos

Photomultiplicateurs

Un premier modèle.
Un premier modèle.
Vue de dessus.
Vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de dessus.
Un second modèle.
Un second modèle.

Les dynodes

Les dynodes, déflecteurs en arc de cercle.
Les dynodes, déflecteurs en arc de cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est...).


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