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Concept
Tube photomultiplicateur
Résumé
Un tube photomultiplicateur (en anglais, photomultiplier tube) est un dispositif permettant la détection de photons qui 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).
Les principaux éléments d'un photomultiplicateur sont le tube électronique, la photocathode, les dynodes, et l'anode.
Les photons incidents traversent une photocathode, constituée d'une « fenêtre » de verre, sur l'intérieur de laquelle est apposée une fine couche de métal ou de semi-conducteur. Lorsqu'un photon atteint le semi-conducteur, il excite un électron de la théorie des bandes, qui est alors diffusé vers la surface du semi-conducteur du fait de la tension électrique avec l'extérieur. Si l'énergie de l'électron est supérieure au niveau énergétique du vide à l'intérieur du photomultiplicateur, alors il est éjecté du semi-conducteur, et appelé « photo-électron ». La probabilité pour un photon incident de produire un photo-électron est définie comme l'efficacité quantique, et dépend entre autres des matériaux utilisés pour la fenêtre et le semi-conducteur, ainsi que de la longueur d'onde du photon incident.
vignette|Animation du fonctionnement général d'un photomultiplicateur : la lumière qui arrive sur la photocathode génère un électron, qui est démultiplié au niveau des dynodes.
Les photo-électrons quittent la photocathode avec une énergie correspondant à celle du photon incident (moins le travail de sortie de la photocathode), et sont ensuite focalisés par un jeu d'électrodes vers un électromultiplicateur, constitué d'une série de dynodes dont le but est de transformer le photo-électron initial en un paquet d'électrons suffisant pour constituer un signal électrique mesurable.
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