Zeitmessung

Zusammenfassung

Eines der gebräuchlichsten Instrumente zur Registrierung des Zeitpunktes eines Teilchendurchgangs ist der Photomultiplier (PM) oder Sekundärelektronenvervielfacher (SEV). Sichtbares Licht aus einem Szintillator (Kap.4.2) löst durch Photoeffekt Elektronen aus einer Alkali-Metall-Photokathode heraus. Für Kathoden aus einem Gemisch von zwei Alkalimetallen (Cs-K mit Sb, „Bialkali-Kathoden“) erreicht die Quantenausbeute, d.h. die Anzahl von ausgelösten Photoelektronen pro 100 einfallende Photonen, einen Wert von 25% bei einer Wellenlänge des Lichts von ca. 400 nm (Fig.4.1). Tabelle 12 enthält einige Eigenschaften von Photokathoden-Materialien. Verschiedene Anordnungen von Elektroden zur Fokussierung und Beschleunigung der Photoelektronen werden in industriell hergestellten Photomultipliern verwendet. Die Elektronen treffen dann auf die erste „Dynode“, eine Elektrode aus Material mit hohem Sekundäremissionskoeffizienten, wie z.B. BeO oder Mg-O-Cs. Die Emission von 3 biss Sekundärelektronen pro einfallendem Elektron bei 100–200 eV kinetischer Energie ist erreichbar. Für eine Anordnung von 14 solcher aufeinanderfolgender Dynoden mit jeweils ca. 150–200 V Potentialdifferenz zwischen den Dynoden kann eine Vervielfachung der Elektronenzahl von 10⁸ erreicht werden. Diese Ladung von 2 x 10⁻¹¹Cb kommt während 5 ns an der Anode an, und an einem Arbeitswiderstand von 50W ergibt dies einen Spannungsimpuls von ca. 200 mV. Die Anstiegszeit dieses Impulses ist ca. 2 ns, die gesamte Laufzeit im Photomultiplier von der Kathode zur Anode ca. 40 ns.