PMT

Un tubo fotomultiplicador es un dispositivo de vacío que detecta fotones individuales y los amplifica en una señal eléctrica medible. Dentro de una envoltura de vidrio, los fotones inciden en un fotocátodo (típicamente hecho de compuestos multialcalinos), liberando electrones a través del efecto fotoeléctrico. Esos electrones son luego acelerados a través de una serie de electrodos metálicos llamados dinodos, cada uno de los cuales desprende más electrones, creando una cascada que multiplica la señal original por factores de 106 o más. La lluvia de electrones resultante se recoge en un ánodo y se convierte en un pulso de corriente que el equipo puede medir y contar.

El tubo requiere una fuente de alimentación de alto voltaje, típicamente de 500 a 2000 voltios, para mantener el campo eléctrico que acelera los electrones a través de la cadena de dinodos. Diferentes materiales de fotocátodo responden a diferentes longitudes de onda: los tipos bialcalinos y multialcalinos son sensibles en los rangos visible y UV cercano, mientras que las variantes especializadas alcanzan el infrarrojo. La ganancia de un PMT no es fija; depende directamente del voltaje de suministro, por lo que una regulación de potencia estable es esencial para mediciones reproducibles.

Los PMT dominan el conteo de centelleo, la espectroscopia de fluorescencia y las aplicaciones de tiempo de vuelo donde la sensibilidad a fotones individuales es importante. Un cristal de yoduro de sodio acoplado a un PMT forma el núcleo de muchos detectores de rayos gamma. La imagenología médica, el monitoreo ambiental y la física de alta energía dependen de ellos. Las alternativas de estado sólido como los fotomultiplicadores de silicio (SiPM) ahora compiten en algunos nichos, pero los PMT siguen siendo superiores para la detección de grandes áreas, la resolución temporal y el funcionamiento en campos magnéticos fuertes.

Los principales modos de falla son la pérdida de vacío (causando descarga de gas), el oscurecimiento del fotocátodo por bombardeo de iones y la fatiga del ánodo por corriente excesiva. La exposición a la luz brillante directa puede dañar permanentemente el fotocátodo. El ruido térmico (corriente oscura) aumenta bruscamente por encima de la temperatura ambiente, por lo que los PMT utilizados en aplicaciones sensibles a menudo se enfrían. El tubo también es frágil; un choque mecánico puede romper la envoltura de vidrio o desplazar los componentes internos.

El nombre refleja la función del dispositivo: la parte de fotomultiplicador describe cómo convierte la luz en electrones y los multiplica. La designación de tubo es una terminología más antigua, ahora algo arcaica en la era de los sensores de estado sólido, pero sigue siendo estándar en el campo. Un detector completo típicamente incluye el PMT en sí, una red divisora de voltaje en sus pines, una etapa de preamplificador y blindaje contra la luz ambiental y el ruido electromagnético.