Un multiplicador de electrones es una estructura de tubo de vacío que multiplica las cargas incidentes. [1] En un proceso llamado emisión secundaria , un solo electrón puede, cuando se bombardea un material de emisión secundaria, inducir la emisión de aproximadamente 1 a 3 electrones . Si se aplica un potencial eléctrico entre esta placa de metal y otra más, los electrones emitidos se acelerarán hasta la siguiente placa de metal e inducirán la emisión secundaria de aún más electrones. Esto se puede repetir varias veces, lo que da como resultado una gran lluvia de electrones, todos recogidos por un ánodo de metal, todos ellos activados por uno solo.
En 1930, el físico ruso Leonid Aleksandrovitch Kubetsky propuso un dispositivo que utilizaba fotocátodos combinados con dinodos , o emisores de electrones secundarios, en un solo tubo para eliminar electrones secundarios aumentando el potencial eléctrico a través del dispositivo. El multiplicador de electrones puede utilizar cualquier número de dinodos en total, que utilizan un coeficiente, σ, y crean una ganancia de σ n donde n es el número de emisores. [2]
La emisión secundaria de electrones comienza cuando un electrón choca con un dinodo dentro de una cámara de vacío y expulsa electrones que caen en cascada sobre más dinodos y repiten el proceso una y otra vez. Los dinodos están configurados de manera que cada vez que un electrón choca con el siguiente, tendrá un aumento de aproximadamente 100 electronvoltios mayor que el último dinodo. Algunas ventajas de usar esto incluyen un tiempo de respuesta en picosegundos, una alta sensibilidad y una ganancia de electrones de aproximadamente 108 electrones . [3]
Un sistema de dinodos continuos utiliza un embudo de vidrio con forma de cuerno recubierto con una película delgada de materiales semiconductores . Los electrodos tienen una resistencia creciente para permitir la emisión secundaria. Los dinodos continuos utilizan un alto voltaje negativo en el extremo más ancho y va a un voltaje positivo cerca de tierra en el extremo angosto. El primer dispositivo de este tipo se llamó multiplicador de electrones de canal (CEM). Los CEM necesitaban de 2 a 4 kilovoltios para lograr una ganancia de 10 6 electrones.
Otra geometría de multiplicador de electrones de dinodo continuo se denomina placa de microcanal (MCP). [4] [5] Puede considerarse una matriz paralela bidimensional de multiplicadores de electrones de dinodo continuo muy pequeños, construidos juntos y alimentados en paralelo. Cada microcanal generalmente tiene paredes paralelas, no cónicas ni en forma de embudo. Los MCP están construidos a partir de vidrio de plomo y tienen una resistencia de 10 9 Ω entre cada electrodo. Cada canal tiene un diámetro de 10-100 μm. La ganancia de electrones para una placa de microcanal puede ser de alrededor de 10 4 -10 7 electrones. [5]
En la espectrometría de masas, los multiplicadores de electrones se utilizan a menudo como detector de iones que han sido separados por un analizador de masas de algún tipo. Pueden ser del tipo dínodo continuo y pueden tener forma de embudo curvado similar a un cuerno o pueden tener dínodos discretos como en un fotomultiplicador . Los multiplicadores de electrones de dínodo continuo también se utilizan en misiones de la NASA y están acoplados a un espectrómetro de masas de cromatografía de gases ( GC-MS ) que permite a los científicos determinar la cantidad y los tipos de gases presentes en Titán, la luna más grande de Saturno. [6]
Las placas de microcanales también se utilizan en las gafas de visión nocturna. Cuando los electrones alcanzan los millones de canales, liberan miles de electrones secundarios. Estos electrones luego chocan con una pantalla de fósforo donde se amplifican y se convierten nuevamente en luz. La imagen resultante modela la original y permite una mejor visión en la oscuridad, mientras que solo se utiliza un pequeño paquete de baterías para proporcionar un voltaje para la placa de microcanales. [7]