Explique como funcionam os seguintes detectores de radiação visível:
fotomultiplicadora

Passo 1

O enunciado pede para entendermos como funciona uma fotomultiplicadora, que é um tipo de detector de radiação visível muito sensível. O conteúdo principal aqui é optoeletrônica: vamos usar o efeito fotoelétrico e o princípio de multiplicação eletrônica em estágios (dínodos) para transformar fótons em um pulso de corrente amplificado.

Passo 2

Quando um fóton de luz visível atinge o fotocátodo – que é uma camada metálica ou semicondutora revestida internamente no tubo – ele pode arrancar um elétron via efeito fotoelétrico. Na prática, cada fóton de energia maior que o trabalho de saída do material do fotocátodo libera, em média, um elétron. Esse é o primeiro passo de conversão de luz em carga elétrica.

Passo 3

O elétron emitido no fotocátodo é acelerado por um campo elétrico até o primeiro dínodo. Ao colidir com ele, esse único elétron secundariza vários elétrons (típico de 3 a 5 elétrons secundários por estágio). Esses novos elétrons são atraídos pelo segundo dínodo, repetem o processo e geram ainda mais elétrons, e assim por diante, formando uma cascata.

Passo 4

Se o tubo tiver n estágios de dínodos e cada estágio tiver ganho secundário médio \delta_i, o ganho total da fotomultiplicadora é
G \;=\;\prod_{i=1}^{n}\delta_i
que pode chegar a valores de 10^6 a 10^8. Esse grande ganho transforma o sinal de poucos elétrons iniciais em uma corrente mensurável no anodo.

Passo 5

No anodo, toda essa corrente amplificada é coletada e convertida em um pulso de tensão por meio de um resistor de carga ou de um circuito transimpedância. A forma e a duração do pulso dependem da capacitância interna e da resistência de carga, mas tipicamente são da ordem de alguns nanosegundos, permitindo detectar eventos de luz muito rápidos.

Passo 6

Em resumo, a fotomultiplicadora é eficiente para contar fótons individuais, tem tempo de resposta rápido e alto ganho. Suas aplicações vão desde espectroscopia de fluorescência até cintilação em física de partículas.

Resposta

Uma fotomultiplicadora converte fótons em elétrons via efeito fotoelétrico no fotocátodo, usa uma cadeia de dínodos para multiplicar esses elétrons em cascata (ganho total \displaystyle G=\prod_{i=1}^n\delta_i) e coleta a corrente amplificada no anodo, gerando um pulso elétrico proporcional à intensidade da luz incidente.

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