光電倍增器沉思錄
作者 : John Dunn，EDN專欄
我一直覺得「光電倍增器」一詞是錯誤的說法。每個入射光子都會引發一連串的事件，導致大量電子到達陽極。因此，這更像是一個電子倍增的過程...
「光電倍增器」(photomultiplier)是一種光檢測裝置，由一個專用的真空管組成，其結構如圖1所示。這些裝置可對小至單一光子加以反應，從而在非常低光度的輸入上進行有意義的測量。
在光電陰極和陽極之間有一組元件被稱為「電子倍增極 」(dynode)，透過從高壓到接地連接的一串電阻器在各個電壓下偏置。每個倍增電極都塗有一種層材料，當受到入射光子或電子撞擊時，就會發射二次電子，可經由倍增電極之間的靜電場加速。從倍增電極到倍增電極產生越來越多的二次電子，在最後一個倍增電極的情況下，被加速到陽極加以收集。
當一個入射光子撞擊到第一個倍增電極時，將會在陽極產生一個可檢測的輸出訊號。
圖1 ：光電倍增器的運作示意圖；透過倍增電極之間的靜電場，將入射光子/電子轉換為放大的電訊號。(資料來源：John Dunn)
我一直覺得「光電倍增器」一詞是錯誤的說法。每個入射光子都會引發一連串的事件，導致大量電子到達陽極。這更像是一個電子倍增的過程，但由於這一詞就在我們的詞彙中，所以就變成這樣了。
美國密西根大學(University of Michigan)曾經進行一項尋找質子衰變的實驗。實驗設置在一個廢棄的莫頓(Morton)鹽礦中，這是一個巨大的洞穴，裡面排列著光電倍增器，然後充滿著水。一般認為每個水分子的氫原子為氫原子的原子核提供了方便的暴露，而氫原子的原子核是一個質子。如果質子自發衰變，光電倍增器可以檢測到這個事件的光訊號。當時我受雇於貝爾坦高壓公司(Bertan High Voltage)，而光電倍增器的高壓電源是誰製造的你應該就知道了。
該實驗進行了數年，期間從未觀察到質子衰變事件。然而，無論如何，該實驗被認為是成功的，因為它為質子衰變半衰期設定了一個新的最小值。據我所知，也從未有任何後續實驗檢測到質子衰變，但目前對此類事件發生的最佳理論估計已提高到1029年。
這我可等不了。
編譯：Susan Hong
(參考原文：Meditations on photomultipliers，by John Dunn)
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