tubo fotomultiplicador

Un tubo fotomultiplicador es un tubo de vacío que convierte fotones individuales en corriente eléctrica medible y amplifica esa señal internamente antes de que salga del dispositivo. El tubo contiene un fotocátodo (generalmente un recubrimiento de metal alcalino o compuesto) que libera electrones cuando es golpeado por fotones; estos fotoelectrones son luego acelerados a través de una serie de electrodos llamados dinodos, cada uno causando emisión secundaria y multiplicación de la cascada de electrones. Un solo fotón puede producir finalmente un pulso que contiene millones de electrones, lo que le da al PMT una sensibilidad excepcional para la detección de baja luz.

El material del fotocátodo determina la respuesta espectral. Los tipos comunes incluyen fotocátodos bialcalinos (sensibilidad máxima alrededor de 400 nm), formulaciones multialcalinas (que extienden la respuesta al infrarrojo hasta aproximadamente 900 nm) y recubrimientos especializados para trabajos ultravioleta. El voltaje aplicado a través de la cadena de dinodos, típicamente de 800 a 2000 voltios, controla la ganancia de multiplicación; un voltaje más alto produce una salida más fuerte, pero también aumenta la corriente oscura y el ruido. El ánodo recolecta el haz de electrones final y entrega la señal de salida.

Los PMT son estándar en química analítica para espectrofotometría, fluorimetría y recuento por centelleo líquido, donde miden la débil salida de luz de muestras biológicas o radiactivas. También aparecen en imágenes médicas (algunos diseños antiguos de escáneres PET), experimentos de física nuclear y sistemas de monitoreo óptico donde la detección de fotones individuales es importante. La velocidad del tubo es excelente, respondiendo en nanosegundos, lo que lo hace adecuado para mediciones resueltas en el tiempo y aplicaciones de conteo de fotones.

Limitaciones prácticas y modos de falla

Los PMT son sensibles a los campos magnéticos, que desvían las trayectorias de los electrones y degradan la señal; a menudo se blindan con carcasas de mu-metal. El fotocátodo se degrada con el tiempo y la exposición a la luz, especialmente a altos niveles de brillo; el uso prolongado sin una refrigeración adecuada puede acortar significativamente la vida útil del tubo. La corriente oscura, la señal de salida generada en ausencia de luz, aumenta con la temperatura y el voltaje del dinodo; la refrigeración a 0 a 10 grados Celsius es común en instrumentos de precisión para minimizar este ruido de fondo.

El tubo requiere una fuente de alto voltaje estable y una conexión a tierra cuidadosa de la salida del ánodo para evitar oscilaciones y captación de ruido. Los fotodetectores semiconductores modernos (fotodiodos de avalancha y fotomultiplicadores de silicio) están desplazando a los PMT en instrumentos portátiles y compactos debido a los menores requisitos de voltaje y al tamaño más pequeño, pero los PMT siguen siendo el estándar de referencia para la espectroscopia de laboratorio donde la máxima sensibilidad y el bajo ruido no son negociables.