İçeriğe atla

Fotomultiper tüp

Fotomultiper
Fotomultiper tüpün içerisinde bir dinot elektrotu.

Fotomultiper tüpler (kısaca fotomultiperler veya PMTs), vakum tüp ailesinin bir üyesidir ve vakum tüplerden özel olarak çok daha hassas bir ışığın ultraviyole, görülebilir ve yakın kızılötesi dalga boylarındaki elektromanyetik spektrumunu kapsayan sensöre sahiptir. Bu dedektörler gelen ışıktan kaynaklanan akımı 100 milyon kat kadar katlarlar (örneğin 160 dB). Dinot katlama sürecinde fotonların tek tek gözlemlenmesi mümkün olur ve ışığın akısı çok düşüktür. Çoğu vakum tüpünün aksine modası geçmiş değillerdir ve halen kullanılmaktadır.

Yüksek verim, düşük gürültü, yüksek frekans tepkisi ya da eşdeğer olarak ultra yüksek tepkisi ve geniş toplama alanı kombinasyonunun toplamı fotomultiperleri nükleer fizik, yüksek enerji fiziği, astronomi, kan testlerini de içeren tıbbi teşhisler, tıbbi görüntüleme sistemleri, hareketli fotoğraf tarama, radar yayını bozma ve yüksek bitli tarayıcılarda kullanılmaktadır. Fotomultiper teknolojisinin çalışma prensibi farklı bir şekilde entegre edildiğinde gece görüş cihazlarına benzer.

Yarıiletken cihazlar, özellikle avalanche fotodiyotları fotomultiperler için alternatif olarak düşünülebilmektedir ancak fotomultiperlerin sağlam ve karakteristik yapısı onları düşük gürültü uygulamaları, hizalama yapmak için yüksek hassasiyette çalışan ışık dedektörleri için özel kılar.

Yapısı ve çalışma ilkesi

Sintilatöre bağlanmış bir fotomultiperin şematik gösterimi. Gama ışınlarının tespiti için özel olarak dizayn edilmiştir.
Tipik fotomultiper voltaj bölücü devrelerde düşük ve yüksek voltaj kullanılır.

Fotomultiperler genel olarak fotokatot, birkaç tane dinot ve bir anot içeren tahliye cam gövdesiyle kurulur. Gelen fotonlar, genellikle ince bir buhar birikmiş olan cihazın giriş penceresindeki iletken katmana yani fotokatot malzemeye çarparlar. Elektronlar fotoelektrik etkinin bir sonucu olarak yüzeyden fırlatılırlar. Bu elektronlar ikincil emisyon işleminin parçası olarak elektron katlayıcıları boyunca elektrota odaklanarak yönelirler.

Tarih

İki bilimsel keşfin birlikteliği

Fotomultiperlerin icadı kendinden önceki iki önemli başarı sayesinde mümkün olmuştur. Bunlar fotoelektrik etki ve fotoelektrik etkinin ikincil emisyonudur.

Fotoelektrik etki

Fotoelektrik etkinin ilk ispatı 1887 yılında Heinrich Hertz'in ultraviyole ışığı kullanması sayesinde kendini gösterdi.[1] Dikkate değer pratik uygulamaları ise iki yıl sonra Elster ve Geitel tarafında aynı etkinin gözlemlenebilir dalga boyunun alkali metallere (potasyum ve sodyum) çarpması sonucunda ortaya çıktı.[2] Bir başka alkali metal olan sezyuma ek olarak görünür dalga boyundaki kırmızı kısmın daha uzun dalga boylarına doğru uzatılabilmesi için hassas dalga boyu aralığında çalışmaya olanak sağlamıştır.

Tarihsel olarak fotoelektrik etki 1905 yılında kuantum mekaniğinin temel prensiplerini kurmak için fotoelektrik etkiye güvenen Albert Einstein ile ilişkilendirilir.[3] Büyük bir başarı olarak görülen bu çalışma 1921 yılında Einstein'a Nobel Ödülünü kazandırmıştır. Aynı zamanda Heinrich Hertz'ün 18 yıl daha önce emisyona uğrayan elektronların kinetik enerjisinin frekansları ile ilişkili ancak optik yoğunluktan bağımsız olduğunun farkına varamamış olması düşünmeye değer. Bu durum ışığın ilk defa ayrı bir doğasının bulunduğuna dikkat çekmiştir, örneğin kuantaların varlığı.

İkincil emisyon

İkincil emisyon (vakum bir tüp ortamında bulunan elektronların elektrota çarparak yeni elektronların emisyonuna sebep olma kabiliyeti) ilk başta fotohassaslıktan yoksun cihazlar ve tamamen elektronik olaylar ile sınırlıydı.1902 yılında Austin ve Starke metal yüzeylerin elektron ışınlarını gelen elektronlardan daha yüksek sayıda yayarak etkilediğini rapor etti.[4] Yeni bir keşif olan ikincil emisyonun sinyallerin amplifikasyonunda uygulanabileceği I. Dünya Savaşından sonra Westinghouse bilim insanı Joseph Slepian tarafından 1919 alınan bir patent ile önerildi.[5]

Pratik bir elektronik televizyon kamerası yarışı

Fotomultiper icat etmek için gereken malzemeler 1920'li yıllarda bir araya getirildi çünkü o dönemde vakum tüpü teknolojilerinin gelişimi ivmelenmişti. Herkes için değil ama çoğu çalışan için öncelikli amaç pratik bir televizyon kamerası teknolojisine duyulan ihtiyacı kapatmaktı. Televizyon 1934 yılındaki ilk pratik kameranın (ikonoskop) kendini göstermesinin ardından yıllarca ilkel bir prototip olarak kaldı. Televizyon kamerasının ilk prototipleri oldukça başarısız ve hassaslıktan yoksundu. Fotomultiper teknolojisi ikonoskop ve sonrasında pratik olmak için yeterince hassas olan ortikon gibi televizyon kamerası tüplerini icat etmemizi sağladı. Böylece bu süreç fotoemisyon (yani fotoelektrik etki) ile ikincil emisyonun birlikte oluşturduğu bir kombinasyon haline geldi. Her iki doğal olay da pratik bir fotomultiper üretebilmek için daha önceden üzerinde çalışılmıştı ve aynı zamanda yeterince anlaşılmıştı.

İlk fotomultiper (1934)

Herkes tarafından kabul edilen ilk fotomultiper New Jersey'de bulunan Harrison merkezli bir RCA grubu tarafından 1934 yılının başlarında icat edilmiştir. Harley Lams ve Bernard Salzberg fotoelektrik etki katodu ve yalnız ikincil emisyon amplifikasyon sürecini yalnız bir vakum içinde birleştirmeyi ve onun performansını bir elektron amplifikasyon kazancı ile bir fotomultiper olarak karakterize etmeyi başaran ilk kişilerdi. Bu başarılar Haziran 1934'ten önce detaylı bir şekilde Radyo Mühendisleri Enstitüsü Tutanaklarına (İngilizce: Proceedings of the Institute of Radio Engineers (Proc. IRE)) el yazısı ile yazılmıştı. Cihaz yarı silindirik bir fotokatot, eksenlere monte edilen ikincil bir yayıcı ve ikincil yayıcıyı saran toplayıcı bir ızgaradan oluşuyordu. Tüpün yaklaşık sekiz kazancı vardı ve 10 kHz üzeri frekanslarda oldukça iyi bir çalışma performansı sergiliyordu.

Kaynakça

  1. ^ H. Hertz (1887). "Ueber einen Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung". Annalen der Physik. 267 (8). ss. 983-1000. Bibcode:1887AnP...267..983H. doi:10.1002/andp.18872670827. 1 Aralık 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Mayıs 2015. 
  2. ^ Elster, Julius; Geitel, Hans (1889). "Ueber die Entladung negativ electrischer Körper durch das Sonnen- und Tageslicht". Annalen der Physik. 274 (12). s. 497. Bibcode:1889AnP...274..497E. doi:10.1002/andp.18892741202. 
  3. ^ A. Einstein (1905). "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt" (PDF). Annalen der Physik. 322 (6). ss. 132-148. Bibcode:1905AnP...322..132E. doi:10.1002/andp.19053220607. 9 Temmuz 2011 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 30 Mayıs 2015. 
  4. ^ H.
  5. ^ J.

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Elektromanyetik radyasyon</span>

Elektromanyetik radyasyon, elektromanyetik ışınım, elektromanyetik dalga ya da elektromıknatıssal ışın bir vakum veya maddede kendi kendine yayılan dalgalar formunu alan bir olgudur. Elektromanyetik dalgalar, yüklü bir parçacığın ivmeli hareketi sonucu oluşan, birbirine dik elektrik ve manyetik alan bileşeni bulunan ve bu iki alanın oluşturduğu düzleme dik doğrultuda yayılan, yayılmaları için ortam gerekmeyen, boşlukta c ile yayılan enine dalgalardır. Elektromanyetik dalgalar, frekansına göre değişik tiplerde sınıflandırılmıştır. Bu tipler sırasıyla :

Dalga-parçacık ikililiği teorisi tüm maddelerin yalnızca kütlesi olan bir parçacık değil aynı zamanda da enerji transferi yapan bir dalga olduğunu gösterir. Kuantum mekaniğinin temel konsepti, kuantum düzeyindeki objelerin davranışlarında ‘’parçaçık’’ ve ‘’dalga’’ gibi klasik konseptlerin yetersiz kalmasından dolayı bu teoriyi işaret eder. Standart kuantum yorumları bu paradoksu evrenin temel özelliği olarak açıklarken, alternatif yorumlar bu ikililiği gelişmekte olan, gözlemci üzerinde bulunan çeşitli sınırlamalardan dolayı kaynaklanan ikinci dereceden bir sonuç olarak açıklar. Bu yargı sıkça kullanılan, dalga-parçacık ikililiğinin tamamlayıcılık görüşüne hizmet ettiğini, birinin bu fenomeni bir veya başka bir yoldan görebileceğini ama ikisinin de aynı anda olamayacağını söyleyen Kopenhag yorumu ile açıklamayı hedefler.

Fotoelektrik etki ya da fotoemisyon, ışık bir maddeyi aydınlattığında elektronların ya da diğer serbest taşıyıcıların ortaya çıkmasıdır. Bu bağlamda ortaya çıkan elektronlar, fotoelektronlar olarak adlandırılır. Bu olay genellikle elektronik fiziğinde hatta kuantum kimyası ya da elektrokimya gibi alanlarda çalışılır.

<span class="mw-page-title-main">Elektromanyetizma</span> elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşime neden olan fiziksel kuvvet

Elektromanyetizma, elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşime neden olan fiziksel kuvvet'tir. Bu etkileşimin gerçekleştiği alanlar, elektromanyetik alan olarak tanımlanır. Doğadaki dört temel kuvvetten biri, elektromanyetizmadır. Diğer üçü; güçlü etkileşim, zayıf etkileşim ve kütleçekim kuvvetidir.

<span class="mw-page-title-main">Yarı iletken</span> Normal şartlar altında yalıtkan iken belirli fiziksel etkilerde iletken duruma geçen madde

Yarı iletken üzerine yapılan mekanik işin etkisiyle iletken özelliği kazanabilen, normal şartlar altında yalıtkan olan maddelerdir.

<span class="mw-page-title-main">Elektrik akımı</span> elektrik yükü akışı

Elektrik akımı, elektriksel akım veya cereyan, en kısa tanımıyla elektriksel yük taşıyan parçacıkların hareketidir. Bu yük genellikle elektrik devrelerindeki kabloların içerisinde hareket eden elektronlar tarafından taşınmaktadır. Ayrıca, elektrolit içerisindeki iyonlar tarafından ya da plazma içindeki hem iyonlar hem de elektronlar tarafından taşınabilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Radyo dalgaları</span> Radyo Dalgaları (Radio Waves)

Radyo dalgaları, radyo frekansı ile gerçekleşen elektromanyetik dalgalardır. Tel gibi somut bağlantılar kullanmadan, atmosfer içerisinde veri taşınmasına olanak tanırlar. Radyo dalgalarını diğer elektromanyetik dalgalardan ayıran özellikleri görece uzun dalgaboylarıdır.

<span class="mw-page-title-main">X ışını</span> Elektromanyetik radyasyon

X ışınları veya Röntgen ışınları, 0,125 ile 125 keV enerji aralığında veya buna karşılık, dalgaboyu 10 ile 0,01 nm aralığında olan elektromanyetik dalgalar veya foton demetidir. 30 ile 30.000 PHz (1015 hertz) aralığındaki titreşim sayısı aralığına eşdeğerdir. X ışınları özellikle tıpta tanısal amaçlarla kullanılmaktadırlar. İyonlaştırıcı radyasyon sınıfına dahil olduklarından zararlı olabilirler. X ışınları 1895'te Wilhelm Conrad Röntgen tarafından Crookes tüpü (Hittorf veya Lenard tüpleri ile de) ile yaptığı deneyler sonucunda keşfedilmiştir. Klasik fizik sınırları içinde, X-ışınları aynı görünür ışık gibi bir elektromanyetik dalga olup, görünür ışıktan farkı düşük dalga boyu, dolayısıyla yüksek frekansları ve enerjileridir. Morötesi'nin ötesidir. X Işınlarının ötesi ise Gama ışınları'dır.

<span class="mw-page-title-main">Taramalı elektron mikroskobu</span> Elektron mikroskobu türü

Taramalı elektron mikroskobu veya SEM, odaklanmış bir elektron demeti ile numune yüzeyini tarayarak görüntü elde eden bir elektron mikroskobu tipidir. Elektronlar numunedeki atomlarla etkileşerek numune yüzeyindeki topografi ve kompozisyon hakkında bilgiler içeren farklı sinyaller üretir. Elektron demeti raster tarama ile yüzeyi tarar ve demetin konumu, algılanan sinyalle eşleştirilerek görüntü oluşturulur. SEM ile 1 nanometreden daha yüksek çözünürlüğe ulaşılabilir. Standart SEM cihazları yüksek vakumda, kuru ve iletken yüzeyleri incelemek için uygundur. Ancak düşük vakumda, nemli koşullarda, çok düşük sıcaklıklardan yüksek sıcaklıklara değişen koşullarda çalışabilen özelleşmiş cihazlar da mevcuttur.

<span class="mw-page-title-main">Philipp Lenard</span> Alman fizikçi (1862 – 1947)

Philipp Eduard Anton von Lenard, 1905'te katot ışınları ve özellikleri araştırmasıyla Nobel Fizik Ödülü almış Alman fizikçidir. Kendisi milliyetçi ve Yahudi aleyhtarı; aktif bir Nazi ideoloji savunucusudur. 1920'lerde Adolf Hitler'i desteklemiş ve Nazi döneminde “Deutsche Physik” hareketinde önemli bir rol-model olmuştur.

de Broglie hipotezini doğrulayan fizik deneyi, Davisson-Germer deneyi, Amerikalı fizikçi olan Clinton Davisson ve Lester Germer tarafından 1923-1927 yılları arasında yapıldı. Bu hipotez Louis de Broglie tarafından 1924 yılında ortaya konulmuştur ve hipoteze göre elektron gibi maddenin parçacıklarında dalga tipi bir özellik vardır. Bu deney ise sadece de Broglie hipotezini onaylama ve dalga-parçacık ikilisini sunmakla kalmayıp aynı zamanda kuantum mekaniğine ve Schrödinger denklemi için önemli bir tarihi gelişmedir.

Kuantum mekaniği madde ve atomların ve atom içindeki parçacıklar ölçeğinde enerji ile etkileşimlerinin davranışını açıklayan bilimsel ilkeler organıdır: Bu makaleye teknik olmayan konuların tanıtımında ulaşabilirsiniz.

Kuantum mekaniğinin tarihi modern fizik tarihinin önemli bir parçasıdır. Kuantum kimyası tarihi ile iç içe olan kuantum mekaniği tarihi özünde birkaç farklı bilimsel keşif ile başlar; 1838’de Michael Faraday tarafından elektron demetlerinin keşfi, Gustav Kirchhoff tarafından 1859-60 kışı siyah cisim ışıması problemi beyanı, Ludwig Boltzmann’ın 1877 yılındaki fiziksel bir sistemin enerji seviyelerinin ayrıklardan olabileceği önerisi, 1887 yılında Heinrich Hertz’in fotoelektrik etkiyi keşfetmesi ve Max Planck’ın 1900 yılında ileri sürdüğü, herhangi bir enerji yayan atomik sisteminin teorik olarak birkaç farklı “enerji elementi” ε (epsilon) ne bölünebilmesi, bu enerji elementlerinden her birinin frekansına ν orantılı olması ve ayrı ayrı enerji üretebilmesi hipotezi, aşağıdaki formülle gösterilmiştir;

Kimyasal elementlerin ya da kimyasal bileşiklerin emisyon spektrumu atom ya da moleküllerin yüksek enerji seviyesinden düşük enerji seviyesine geçişinden elde edilen elektromanyetik radyasyonun frekans spektrumudur. Yayılmış fotonun enerjisi iki enerji düzeyi arasındaki farka eşittir. Her atom için birçok mümkün geçişler vardır ve enerji düzeyleri arasındaki her geçiş spesifik enerji farkına sahiptir. Bu farklı geçişlerin toplamı, farklı ışınlar halinde gönderilmiş dalga boylarına ve emisyon spektrumunun düzenlenmesine neden olur. Her elementin emisyon spektrumu özeldir. Dahası, spektroskopi elementlerin madde içindeki bilinmeyen kompozisyonunu tespit etmek için kullanılabilir. Buna benzer olarak, moleküllerin emisyon spektrumları maddelerin kimyasal analizlerinde kullanılabilir.

Kuantum optiği yarı klasik ve kuantum mekaniği fiziğini kullanarak ışığı içeren olayları ve onun mikroskobik seviyelerdeki maddelerle etkileşimini inceler.

<i>Annus Mirabilis</i> makaleleri Einstein tarafından yayımlanan bazı makaleler

Annus Mirabilis makaleleri, Albert Einstein tarafından 1905 yılında Annalen der Physik bilim dergisinde yayınlanan makalelerdir. Bu dört makale modern fiziğin temelinin oluşturulmasına büyük ölçüde katkıda bulunmuş ve uzay, zaman, kütle ve enerji üzerindeki görüşleri değiştirmiştir. Annus Mirabilis, İngilizcede Miracle Year veya Almancada Wunderjahr olarak adlandırılır ve mucize yıl anlamına gelir.

<i>Annalen der Physik</i>

Annalen der Physik, fizik hakkındaki en eski bilimsel dergilerden biridir ve 1799 yılından beri yayımlanmaktadır. Dergi; deneysel, teorik, uygulamalı, matematiksel fizik ve ilgili alanlarda özgün, hakemli makaleler yayımlamaktadır. Şu anki baş editör, Stefan Hildebrandt'tır. 2008'den önce ISO 4 kısaltması Ann. Phys. (Leipzig) olan dergi 2008 yılından sonra kısaltma olarak Ann. Phys. (Berl.) kullanmaya başlamıştır.

<span class="mw-page-title-main">Elektron multipleri</span>

Bir elektron multipleri, gelen yüklerini çoğaltan bir vakum tüpü yapısıdır. İkincil emisyon adı verilen bir süreçte, tek bir elektron, ikincil emisyonlu malzeme üzerine bombardımana tutulduğunda, kabaca 1 ila 3 elektron emisyonunu indükleyebilir. Bu metal plaka ile bir başkası arasına bir elektrik potansiyeli uygulanırsa, yayılan elektronlar bir sonraki metal plakaya hızlanacak ve daha fazla elektronun ikincil emisyonunu indükleyecektir. Bu, birkaç kez tekrarlanabilir ve tümü metal bir anot tarafından toplanan büyük bir elektron yağmuru ile sonuçlanır. Bu olayların hepsi sadece bir elektron ile gerçekleşir.

<span class="mw-page-title-main">Kuantum termodinamiği</span>

Kuantum termodinamiği, iki bağımsız fiziksel teori olan termodinamik ve kuantum mekaniği arasındaki ilişkilerin incelenmesidir. Bu iki bağımsız teori, ışık ve maddenin fiziksel olaylarını ele alır. 1905'te Albert Einstein, formülünü elde ederek, termodinamik ve elektromanyetizma arasındaki tutarlılık gereksinimi dolayısıyla ışığın kuantumlanıyor olması gerektiği sonucuna vardı. Einstein'ın bu durumu ortaya koyduğu makale, kuantum teorisinin şafağıdır. Kuantum teorisi, Einstein'ın makalesinin yayımlanmasını takip eden birkaç on yıl içerisinde bağımsız bir dizi kuralla kabul gören bir teori hâline geldi. Kuantum termodinamiği, kuantum mekaniğinden termodinamik yasaların ortaya çıkışını ele almaktadır. Termodinamik dengede bulunmayan dinamik süreçleri ele alışında, istatistiksel kuantum mekaniğinden farklılık gösterir. Buna ek olarak, kuantum termodinamiği teorisinin tek başına bir kuantum sistemine uygulanabilir olması için bir arayış vardır.

<span class="mw-page-title-main">Albert W. Hull</span> Amerikalı mucit (1880 – 1966)

Albert Wallace Hull vakum tüplerinin geliştirilmesine katkıda bulunan ve magnetronu icat eden Amerikalı fizikçi ve elektrik mühendisi.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.