Photo-multipliers en lichtdetectors

Ik zag gisteren een video op youtube. Het dichtstbijzijne sterrenstelsel is zo'n 3 miljard lichtjaar hiervandaan. Ze hebben daar dus maarliefst de geboorte van de zon en onze aarde kunnen waarnemen... Maar niet veel meer....

De lichtbron die een enkel foton uitzend heb je volgens mij alleen nodig als je de quantummechanische eigenschappen wilt gaan meten, zonder photomultipliers kom je dan inderdaad nergens. Los van het feit dat je dan ook de spin wilt kunnen bepalen èn op de fs nauwkeurig zult moeten kunnen meten...
Maar voor de "gewone" experimenten volstaat een laserpointer o.i.d.

Connor had vroeger een harddisk-reeks die de positie van de heads bepaalde aan de hand van een streepjespatroon op een glaasje wat aan de arm zat, daar heb ik er enkele van "gered".

Het effect is duidelijk waarneembaar: zonder en met glaasje.

Ook duidelijk waarneembaar is de moeite die de camera heeft met zo weinig licht...

Fotomultiplicatorbuizen worden gebruikt als detector voor radioactieve straling.
Dit noemt men een scintillatieteller.
Het principe is dat ioniserende straling in een stof of vloeistof een foton opwekt door niet-elastische botsing. Dit foton komt door een venster in de buis terecht en slaat in op de fotogevoelige laag van de eerste elektrode. De botsing van dat foton op de elektrode maakt meerdere elektronen vrij uit de elektrode doordat dit foton meer energie bevat dan nodig is om 1 elektron vrij te maken. Dat heet secundaire emissie. Door nu telkens de volgende elektrode op een hoger potentiaal te zetten dan de vorig krijg je een immense versterking.
Lange tijd was er geen enkel ander alternatief dat zo nauwkeurig en gevoelig was. Je hebt bijvoorbeeld vanwege het quantumeffect van de multiplicatie veel minder last van thermische ruis dan bij een GM buis waar de puls van een enkel foton in de ruis zou verzuipen. Vooral dan door de eerste versterkertrap. Misschien dat er tegenwoordig een alternatief bestaat, ik volg dat niet meer zo.
Een veel gebruikt scintillatiemateriaal was zinksulfide. Dat is doorzichtig voor licht en erg gevoelig voor straling. Niet voor niets heeft men lange tijd zinksulfide met een kleine dosis radium gebruikt voor lichtgevende verf.

Ik heb er een gehad uit WW2. Lang geleden op de kop getikt bij een legersurplus. Toen ik thuis kwam kon ik natuurlijk nier wachten en demonteerde het spul om uit te vissen hoe het werkte. Informatie was destijds moeilijker te vinden dan nu. En ja, de buis lag op tafel.
Rolrolrol en poef. Ik heb het ding nog lang gehad , maar nooit meer een geschikte buis gevonden en uiteindelijk weggegooid. De telbuis zat met voorversterker ingebouwd in een 30 cm grote verchroomde metalen buis. voor het telvenster dat zo'n 10cm in doorsnee was zat ter bescherming van het kristalplaatje een zwaar metalen rooster.
Ik dacht dat het ook een verchroomd koperen ding was,zoals de behuizing maar nu denk ik dat het van platina was. dubbelsnif.

Geen kenner, maar PMT's van Hamamatsu schijnen top of the bill te zijn. Op de website kun je wel info vinden, ook over interne opbouw en zo. En datasheets uiteraard.

Fred, moet je voor het double-slit experiment niet een PMT hebben met een erg klein fotogevoelig oppervlak? De lichte en donkere strepen liggen erg dicht bij elkaar, behalve als je zeer smalle slits kunt maken op zeer korte afstand, en op grote afstand daarachter nog kunt meten.

Ha fred101,

Wat zou je dan willen meten of in welk experiment ben je geïnteresseerd?
Ik heb diverse photomultipliers zowel van RCA als van Hamamatsu zitten allemaal in een tonnetje licht dicht verpakt.
De HV is absoluut geen probleem stromen zijn zo klein.
Als je Zeeman effect of dubbel spleet experiment wil doen heb je geen laser of photomultiplier nodig.
Vandaag de dag gebruiken we voor de meeste van dit soort experimenten silicium/germanium detectors.
Maar als je interesse heb in een vermenigvuldiger dan heb ik er wel een voor je incl voeding en lens.

Groet Henk.

fotomultipliers worden nog steeds veel toegepast bij beeldvorming, in de nucleaire geneeskunde.
Er wordt dan bij een patiënt een stof toegediend, die een specifieke affiniteit heeft voor een orgaan. Dat kan bijvoorbeeld I¹³¹ zijn schildklieronderzoek of een eiwit dat met tritium is gemerkt. De patiënt wordt dan gescand met een array van photomultipliers. De afgegeven informatie in de vorm van foton detecties wordt dan middels een algoritme tot een beeld omgevormd.

Voorbeeld van een dergelijke buis. De octogonale vorm is om het array te vormen, zoals een honingraad (RCA 4880 DV212)

Verder zijn de astronomie en spectrometrie grote gebruikers.
Er zwerft een foto op internet rond, die uit honderden gigantische PMT's is opgebouwd voor een astronomische toepassing. Naar ik meen in Japan.
Mogelijk heb ik hem ergens op een HD staan....

Schematische voorstelling van de werking van een scintillatie detector.

EDIT
Grootste array met photomultipliers:

http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/detector/image-e.html fotoserie

Deze installatie is bedoeld om neutrino's uit kosmische bronnen te detecteren.
Besef dat iedere PMT hier een diameter heeft van zo'n cm of vijftig!!
/EDIT

Ha Tidak Ada,

Ja dat is waar Hamamatsu heeft tijdje geleden een nieuwe fabriek geopend niet voor niets mag je aannemen
Dit zijn voor de burgerij de beste.
Maar voor fysische experimenten waar bij een laser als bron gebruikt wordt of een zwaar deeltje gebruiken we andere detectoren.

Groet Henk.

Fred, ik heb zo'n detectorbuis ergens liggen.
Als je wilt en ik die buis vind, dan neem ik hem mee.

Het dichtstbijzijne sterrenstelsel is zo'n 3 miljard lichtjaar hiervandaan.

2 miljoen, Andromeda.

Ons eigen Nederlandse DEP imaging maakte ook photomultipliers. Een goede cathode is het belangrijkste (en lastigste) - en daar zijn ze specialist in voor hun restlichtversterkers. Die werken volgens hetzelfde principe, maar dan met een MCP in plaats van dynodes.

Ik heb over de jaren een viertal PMT's verzameld, dit jaar nog twee mee genomen op de beurs in Emmen. Er zijn bij dit soort bijna handgemaakte producten echter veel speciale types en gegevens zijn lastig te vinden.. Misschien insprireerd dit topic eens een testopstelling te maken

Als de buis uit is kan de kathode voor over ik weet overigens heel wat hebben, maar van te veel stroom gaan ze snel kapot.

[Bericht gewijzigd door Aart op maandag 3 oktober 2016 11:03:56 (10%)]

Op mijn buis staat:

RCA IP28A
72-39 MADE IN U.S.A.

Hier is de datasheet:
http://www.mif.pg.gda.pl/homepages/frank/sheets/049/1/1P28.pdf

@René het is geen IP28, maar 1P28, een fout, die ik sinds kort zelf ontdekte.

Inderdaad. Rode tekens op een lichtbruine ondergrond en de "1" is een "I".

@Aart welk experiment zou je dan willen doen ik kan mijn systeem redelijk snel laten draaien.
@heer rbeckers leuke buis is heel veel gebruikt ontwerp komt uit 1947 door Bell labs uitgevoerd door RCA maar dit is wel een heel oude buis en is wel aan rust toe.
Verder kan je er wel iets mee doen barcode scanner kleur meten noem maar op maar ja veel meer als in die richting weet ik niet.

Groet Henk.

Edit: Jullie zijn snel, ik loop achter zie ik.

Voor meelezers die niet weten waar het over gaat. https://youtu.be/DfPeprQ7oGc een heel duidelijk tekenfilmpje over het double slit experiment.

Rew: als je het heel abstract bekijkt kijken wij altijd terug in tijd. Door een telecoop zelfs een paar miljoen jaar. Als ik jou op 1 lichtjaar afstand zie, dan zie ik jou 1 jaar geleden. Als je nu 1 vinger opsteekt zie ik dat pas volgend jaar. Als jij een meter van mij afstaat werkt het op de zelfde manier, alleen is dat zo'n klein beetje tijd dat het niet opvalt.

Fatbeard, gaaf experiment. Je ziet het interference patroon zo erg goed. Dit is volgens mij een mooi voorbeeld van DIY een double slit experiment

GD, goede uitleg.

Er is best veel info over fotomuxen ansich te vinden, er zelfs een filmpje waar ze een defecte buis uit elkaar halen.

Er is ook veel info over de (quantum) theorie te vinden, bv van Feynmann, maar bijna iedere universiteit heeft tegenwoordig wel een kanaal met gefilmd materiaal. Voor dit soort dingen is film een ideaal medium. Maar ook hoe een fotomux werkt.

Ik heb een berg files van iemand gemailed gekregen die ga ik eens rustig lezen.

Maar er is weinig te vinden over hoe dit in de praktijk wordt gedaan. Wat voor stromen, spanningen, en vooral hoe 1 foton wordt afgeschoten. Wat voor fotomux er wordt gebruikt, Die dingen zijn best groot, de sleuven zijn heel klein, een foton is nog kleiner. Zo lijkt het een beetje boogschieten met blinddoek om, op een blazoen van een paar km diameter wat 1 meter van je vandaan is.
Ook in het filmpje hierboven. Een grote plank met twee enorme gleuven en letterlijk een "electronen kanon" Wel leuk voor de theorie. Ik ben een liefhebber van theoretische natuurkundige verschijnselen maar ik vind de praktische meetpraktijk nog leuker.

Wat ik zo fascinerend vind, is dat men blijkbaar in staat is een enkele foton af te schieten en te detecteren. Een foton is zowiezo een beetje een raadselachtig ding. Een bloedsnel materieloos pakketje energie wat miljoenen jaren kan blijven bestaan zolang het maar in beweging blijft. Door sommige dingen kan het heen, door sommige dingen (en zijn fotonen broertjes) wordt het hele ding gereflecteerd/van richting verandert als of het materie is, door sommige geabsorbeerd (de energie "losgelaten" en in iets omgezet (bv warmte) ) Overdag lopen we letterlijk door een zee van energie en we zien geen materie maar het effect van botsingen tussen fotonen en materie, eigenlijk een wereld van reflecties en absorptie. Wat is de natuur toch mooi.

Wat wil ik ? Gewoon wat spelen met fotomuxen en licht. Dus spelen met meetapparatuur (duh) ofwel meten in de praktijk. Natuurlijk is het ook leuk eens zelf het double slit experiment te doen (in beide varianten, dus het verschil tussen single shot fotonen en een lichtstraal. Zo wil ik ook nog eens een keer wat met actieve spectrometrie spelen. Dat is ook heel fascinerend. Licht was bij natuurkunde om de middelbare school mijn favorite onderdeel.

Ik heb twee HV voedingen die speciaal bedoeld zijn voor fotomuxen. Maar ik heb geen buis en eventueel overig glaswerk. Ik ben mechanisch vrij handig dus rondom onderdelen wat bouwen is meestal niet zo'n probleem. Maar dan moet ik wel weten hoe zo'n opstelling wordt gemaakt. bv 2 spleten is leuk, maar wat zijn de afmetingen, afstanden tussen bron en spleet, spleet en detector etc. ?

Henk, als je dat kan missen hou ik me aanbevolen. Blijkbaar zijn niet lichtdicht bewaarde buizen meestal nogal "doof" geworden. Dave jones kreeg in een mailbag een keer zoiets. Een zwart kastje, afgekeurd omdat de specs in dark counts was overschreden maar nog steeds mega gevoelig. Ik weet niet meer wat het was. Het was volgens mij een complete fotomux, niet alleen de buis. Ik kanb die video niet terug vinden.

Ha fred101,

Dit is allemaal een tijdje geleden voor me jaar of 40 vraag kan je verder iets meten m.b.t licht?
Ik vraag dit omdat je met heel veel experimenten een Monochromatische bron nodig heb dus een bekende golflengte.
Als het alleen om het vast stellen van een wavefront gaat kan je een kleine opening gemakkelijk maken ik deed veel met scheermesjes in een houdertje als je de afstand nauwkeurig kan instellen hen je een mooie tralie gemaakt.
Een enkele speet kan je gemakkelijk met je vingers doen heel dicht tegen elkaar naar het licht houden je ziet dan grijze balkjes.
Ik kan hier wel een en ander meten optische spectrum analyzer en TDR optische power meter modulator tot 25GHz en detectors lasers en spiegels lenzen en 4km glasvezel met diverse verdelers en aftak elementen.
Ik denk voor de experimenten die je (wil) kan doen een foto diode dus geen led of zo meer als voldoende is.
Ik ga voor je kijken ik heb multipliers veel jonger dan je op de markt kan kopen.

Groet Henk.

Op 2 oktober 2016 12:00:31 schreef fatbeard:
Het effect is duidelijk waarneembaar: zonder en met glaasje.

De meeste laserdioden produceren geen mooie evenwijdige lichtbundel, voor praktische toepassingen maakt men gebruik van een collimator om de beroerde eigenschappen wat op te peppen. Het patroon wat je waarneemt is het gevolg van constructieve en destructieve interferentie als gevolg van verschillende looptijden (faseverschil) omdat het licht niet evenwijdig afstraalt.

Overigens is het voor het double slit experiment noodzakelijk dat je in staat ben om slecht een enkel foton te versturen. Lukt je dat niet dan kun je enkel maar het resulterende interferentie patroon waarnemen.

Ha fred,

Er heeft indertijd in Radio Elektronica een ontwerp gestaan om een spectrometer(?) op te bouwen. Als je interesse hebt, wil ik het artikel wel opzoeken. Was een heleboel mechanica, die aanzienlijk te verbeteren valt met de juiste machines. Voor de spleet werden dacht ik twee scheermesjes gebruikt....

edit:
Verder is er nog een Duitse chemie leer site, die een zelfbouw spectroscoopje leveren. Een soort bouwplaat doosje met een lensje en een tralie. Ik dacht dat hier iemand op het forum dat eens verteld heeft. Ik heb er eentje gekocht voor een paar €€ plus post, maar moet hem nog bouwen. Wil het adres wel opzoeken.
Site: http://www.experimentalchemie.de/versuch-050.htm

(Ik moet je andere mail nog beantwoorden)

_{PS:
Het zijn multipliers, geen multiplexers! Afkorting} PMT

@elektron920:
Waarom geen Na-lamp gebruikt? Die is bijna monochromatisch Dan kan je met een spleet of tralie mooi die 592 nm lijn pakken

Zat ik ook aan te denken, je neemt een glazen plaatje met daarop een coating en maakt met twee op elkaar gestapelde scheermesje een opening door de coating weg te krassen.

Nee niet zo, maar met de scherpe kanten tegen elkaar, zodat er een spleet overblijft. Die van jou wordt véél te breed.

Een laser geeft monochromatisch en cohorent licht.

Ik had begrepen dat de goedkope halfgeleiderlasers nogal wat extra lijntjes vertoonden n.
Bovendien geven ze misschien te veel licht voor het fotonen experiment van fred.

Fred de URL is: http://www.experimentalchemie.de/versuch-050.htmaast de centrale lijn.

Dit zelfbouw spectroscoopje ligt hier al maanden op de plank maar ik kom er niet toe om het ding in elkaar te zetten.
Het liefst zou ik het karton overtekenen op een stuk blik dat ie wat steviger is.

Eric, ik had eerst niet door wat de schaal van die kamiokande link, ik zag een oranje ding aan de zijkant, zal wel een connectortje zijn, maar dat bleek een rubber bootje met 4 man te zijn
Als je dat artikel wil scannen dan graag. Ik heb pas nog een mechanische met een CD gemaakt.

Ik heb twee lasers, de specs weet ik zo niet, de ene heeft geen opdruk, de andere wel maar zit veilig in een box onder een van mijn tafels en daar staat nu even het nodige voor ivm een meetopstelling voor een reparatie. Ik heb daar ook wat heel kleine vreemde glaswerk dingen op "voetjes" erbij, Een ding is een heel vreemd glaasje.

De lasers zijn een cm of 30 lang, rood licht, werken op HV en als je het ding als laser waterpas wilt gebruiken haal je wel een km ofzo. Ik dacht dat het iets met neon was en 250 of 500mW. Als ze te fel zijn kan ik er toch wat alu voorzetten en daarin een klein gaatje boren zodat het een soort tunneltje wordt ?

Blackfin: Overigens is het voor het double slit experiment noodzakelijk dat je in staat ben om slecht een enkel foton te versturen. Lukt je dat niet dan kun je enkel maar het resulterende interferentie patroon waarnemen.

En dat deel fascineert mij het meeste, op wat voor manier versturen ze 1 foton. Daar kan ik me helemaal niks bij voorstellen.
ik denk niet dat ze een flesje fotonen met doseerdop gebruiken

Nu eerst weer wat werken