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 sobre material emisor secundario, 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 metálico, todos 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 usar cualquier número de dinodos en total, que usan un coeficiente, σ, y crean una ganancia de σ n donde n es el número de emisores. [2]
La emisión de electrones secundarios comienza cuando un electrón golpea un dínodo dentro de una cámara de vacío y expulsa electrones que caen en cascada sobre más dinodos y se repite el proceso nuevamente. Los dinodos están configurados de modo que cada vez que un electrón golpee al siguiente tendrá un aumento de aproximadamente 100 electronvoltios mayor que el último dínodo. Algunas ventajas de utilizar esto incluyen un tiempo de respuesta de picosegundos, una alta sensibilidad y una ganancia de electrones de aproximadamente 10 8 electrones. [3]
Un sistema de dínodo continuo utiliza un embudo de vidrio en forma de cuerno recubierto con una fina película 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 van a una tierra cercana positiva en el extremo estrecho. El primer dispositivo de este tipo se llamó multiplicador de electrones de canal (CEM). Los CEM requirieron de 2 a 4 kilovoltios para lograr una ganancia de 10 6 electrones.
Another geometry of continuous-dynode electron multiplier is called the microchannel plate (MCP).[4][5] It may be considered a 2-dimensional parallel array of very small continuous-dynode electron multipliers, built together and powered in parallel. Each microchannel is generally parallel-walled, not tapered or funnel-like. MCPs are constructed from lead glass and carry a resistance of 109 Ω between each electrode. Each channel has a diameter of 10-100 μm. The electron gain for one microchannel plate can be around 104-107 electrons.[5]
In mass spectrometry electron multipliers are often used as a detector of ions that have been separated by a mass analyzer of some sort. They can be the continuous-dynode type and may have a curved horn-like funnel shape or can have discrete dynodes as in a photomultiplier. Continuous dynode electron multipliers are also used in NASA missions and are coupled to a gas chromatography mass spectrometer (GC-MS) which allows scientists to determine the amount and types of gasses present on Titan, Saturn's largest moon.[6]
Microchannel plates are also used in night-vision goggles. As electrons hit the millions of channels, they release thousands of secondary electrons. These electrons then hit a phosphor screen where they are amplified and converted back into light. The resulting image patterns the original and allows for better vision in the dark, while only using a small battery pack to provide a voltage for the MCP.[7]