صمام تضخيم ضوئي

الهجريب الداخلي: يسقط الفوتون (أحمر) على المهبط الضوئي فيحرر إلكترونا بناء على الظاهرة الكهروضوئية, ويتولى الجهد الكهربي المسلط على القطب الكهربائي المعدني (الداينود) الأول تسريع الإلكترون , فيتعرض لسلسلة من التصادمات والارتدادات على الأقطاب المتتالية تحرر خلالها مجموعات متكاثرة من الإلكترونات (أزرق). بذلك تنشأ إشارة كهربائية عند مخرج الصمام يسهل قياسها ومعاملتها وتسجيلها.

المضاعف الضوئي أوالمضخم الضوئيصمامات إلكتروني مفرغ تتميز بحساسيتها الشديدة للضوء في نطاق الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة من الأحمر . ويتسم صمام التضخيم الضوئي بتكبير النبضة الكهربائية التي يحدثها امتصاص شعاع ضوء في المهبط الضوئي للصمام إلى نحومليون ضعف . وتقوم بالتكبير أوالتضخيم عدد من الأقطاب الخاصة المتتالية تسمى دينود dynode مرتبطة بجهد كهربائي عالي . يتوزع هذا المجال في العادة على نحو12 من تلك الأقطاب في مدرج. كل دينودقد يكون مطليا أيضا بمادة تساعد على إصدار عدد من الإلكترونات عند اصتدام إلكترون بها ، وهذا ما يحدث داخل الصمام ، حيث يتكاثر فيه عددالإلكترونات .

عند امتصاص الصمام لأحد الفوتونات (ضوء) في مهبطه الضوئي يصدر إلكترونا يسقط على الدينود الأول فيتكاثر إلى ثلاثة إلكترونات أوأربعة مثلا ، وتسقط تلك الثلاثة على الدينود الثاني فتحررتسعة إلكترونات وعندما تسقط على القطب الثالث تتحرر 27 إلكترونا ، إلى غير ذلك حتي القطب ال 12 فيكون عدد الإلكترونات الناتجة قد تزايد إلى درجة كبيرة بحيث تحدث نبضة كهربائية يسهل قياسها ومعاملتها تبعا لأغراض متعددة .

يستخدم صمام التضخيم الضوئي في البحث الفهمي كما ينتشر استخدامه في أجهزة تصوير مبتري محوسب وأجهزة تصوير مبتري بالإصدار البوزيتروني المستخدمة في الفحص الطبي.

صمام تضخيم ضوئي

الأقطاب التسلسلية داخل الصمام في هيئة أنصاف الاسطوانة .

طريقة عمله

يستخدم صمام تضخيم الضوء مثلا لعد النيوترونات . فالنيوترون ليست له شحنة كهربية وبالتالي لا يستطيع تأيين المادة مباشرة . وأنما نجعله يصتدم بمادة غنية بالبروتونات مثل البلاستيك ، حينئذ يكتسب البروتون سرعة ويصتدم بجزيئات المادة فيؤينها على طول مساره خلال المادة حتى تمتصه المادة البلاستيكية ثانيا. تأين بعض جزيئات المادة لا يستمر طويلا بل تستعيد الالكترونات ارتباطها بالأيونات وتصدر فوتونات (ضوء) . يدخل هذا الفوتون إلى صمام التضخيم الضوئي ، وينتج نبضة إلكترونية يمكن توجيهها إلى مضخم إلكتروني وعداد فيعد عدد النيروتونات التي دخلت بلورة البلاستيك الموضوعة على السطح الدائري على قمة الصمام.

تضخيم عدد الإلكترونات في صمام التضخيم الضوئي يعتمد على عدد الدينودات Dynode .ولعادة يتكون الصمام منعشرة من الدينودات . فإذا أطلق جميع إلكترون أربعة إلكتونات من جميع دينود يتزايد عدد الإلكترونات إلى δ ⁿ = 4¹⁰ ، أي يصل عددهم عند الدينود العاشر نحومليون إلكترون ، وهؤلاء يشكلون نبضة كهربية يمكن قياسها . في نفس الوقت تعتمد النبضة الكهربية على شدة الضوء.

نظرا لشدة حساسية الصمام للضوء فيفضل عدم تعريضه مباشرة للضوء ،حتى لا تستهلك مادته الحساسة التي تغطي الدينودات ، وهي في العادة من أكسيد الرصاص أوأكسيد المغنسيوم.

قياس الفوتونات

يستخدم صمام تضخيم الضوئي لعد الفوتونات أيضا فهويستطيع عد جميع فوتون على حده Photon Counting. كما يستطيع قياس مجموعات من الفوتونات بمعدل عدة ملايين فوتون في الثانية . وعمليا تقيس عدد الفوتونات بينعشرة وعدة ملايين فوتون في الثانية ، وما يعده تحتعشرة فوتونات فيكون مشوبا بشوشرة أوضوضاء ناتجة عن تيارات كهربائية حرارية مشوشرة في درجة حرارة الغرفة . وبحسب عدد النبضات بينعشرة إلى 5000 مثلا ، نقول 5000 نبضة في الثانية أو30 نبضة في الثانية إلى غير ذلك ، ورمزها بالإنجليزية cps = counts per second .

تطبيقاته

صمام التضخيم الضوئي: طولهثمانية سنتيمتر ، نافذة المدخل إلى اليمين ومعها الكاثود الضوئي . وفي الوسط توجد الدينودات مشبوكة بحوامل عازلة.

CsI(Tl)تستخدم لقياس أشعة غاما.

يستخدم صمام التضخيم الضوئي كثيرا في البحث الفهمي وذلك باستخدام بلورات وميضية مناسبة ، واستخدامه كعداد للجسيمات الأولية. ويستخدم بصفة خاصة في تجارب قياس النيوترينومثلما في تجربة AMANDA أوتجربة مكعب الثلج أوتجربة سوبر كاميوكاندي . وتقوم صمامات التضخيم الضوئي بعد الفوتونات الناتجة من جسيمات ثانوية تحررت في وسط المادة المختارة بعمل النيوترينوات . كذلك يستخدم صمام التضخيم الضوئي في تلسكوب تشيرينكوف Tscherenkow Telescope لقياس الومضات الضوئية الضعيفة الناتجة عن اصتدام الأشعة الكونية عالية الطاقة بطبقات الجوالعليا.

وتستخدم في العدادات الوميضية لقياس أشعة غاما وكذلك في مطياف أشعة غاما ، ويكثر استخدامه في الطب في انظمة تصوير مبتري بالإصدار البوزيتروني PET المستخدمة في الفحوص الطبية النووية.

كذلك يستخدم في المطياف الضوئي وفي المجهر الضوئي حيث يستخدم كمستقبل وتحليل أطوال موجة الضوء بين 100 نانومتر (وهي في نطاق الأشعة فوق البنفسجية) إلى نحو1000 نانومتر (نطاق الأشعة تحت الحمراء). كما يمكنه القياس حتى طول موجة 1700 نانومتر عند استخدام كاثود ضوئي خاص .).

يستخدم الصمام أيضا كمكشاف في المجهر الضوئي الليزري .

وصلات خارجية

^ تقرير هيئة الطاقة الذرية السورية - 2005-2006م نسخة محفوظةعشرة يناير 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ Hamamatsu Photonics K.K.: Photomultiplier Tubes - Basics and Applications. 3rd ed. 2006, S.30-35 - 4.1 Basic Characteristics of Photocathodes