PMT  Unità di conteggio dei fotoni

DigicSoft si occupa di apparecchiature di vario tipo. Alcune di queste non vengono pubblicizzate perché sono incluse in prodotti molto speciali dei nostri clienti, altre invece possono vivere di vita propria come questa unità di conteggio fotoni, sviluppata come sensore altamente raffinato per il conteggio delle particelle elementari della luce.

Il fotone infatti è un elemento costituente la materia, e rappresenta l'unità fondamentale della luce, una via di mezzo fra una particella ed un'onda, privo di massa, velocissimo (viaggia alla velocità della luce) e difficilissimo da conteggiare con esattezza.

Non ci sembra il caso comunque di parlare dei fotoni che sono adeguatamente descritti anche dai servizi come Wikipedia.

Se siete interessati invece al tubo fotomoltiplicatore troverete QUI una nostra piccola descrizione dei principi di funzionamento di questi tubi (la scoperta dell'effetto fotoelettrico data del 1887 ad opera di Hertz).

Il fatto che ancora questi tubi esistano e vengano impiegati in molte (modernissime) apparecchiature è indice del fatto che non si è ancora riusciti a realizzare completamente in altro modo la funzione di base di rilevazione di piccolissime quantità di fotoni.

(una piccola nota forse sconosciuta a molti: il grande fisico Albert Einstein ha ricevuto una sola volta il premio Nobel, nel 1921, e non è stato per i suoi studi sulla relatività generale o per la famosa equazione che lega massa ed energia, ma per i suoi studi sull'effetto fotoelettrico, che consiste appunto nella emissione di elettroni da parte di materiali colpiti da radiazioni elettromagnetiche, i quali poi hanno dato origine ai pannelli fotovoltaici e non solo)

 Ma torniamo a noi: il nostro dispositivo "rileva" allora il picco di corrente che si verifica nel tubo fotomoltiplicatore ogni volta che questo viene colpito da un fotone,  conteggia il numero di questi picchi, conteggiando di fatto il numero di fotoni che sono andati ad impattare sulla superficie sensibile del tubo.

Se il principio di funzionamento è semplice però i problemi che abbiamo dovuto affrontare sono moltissimi, e vanno ricercati per prima cosa nella frequenza alla quale questi impatti hanno luogo: una luminosità appena visibile dal nostro occhio è composta da varie decine di migliaia di fotoni al secondo. Il dispositivo di conteggio dovrà allora essere capace di discriminare le diverse collisioni di fotoni, e questo significa che dovrà essere davvero velocissimo.

Ma i problemi si annidano anche nel circuito di alimentazione, il quale deve fornire tensioni molto stabili indipendentemente dal numero di collisioni che avvengono, fornendo l'esatto numero di elettroni necessari al dispositivo per ripristinare la situazione dopo ogni collisione.

Un altro notevole problema è dato dalla grande dispersione delle caratteristiche di ogni tubo PMT: infatti bastano imprecisioni microscopiche nella costruzione per fare sì che due tubi abbiano sensibilità differenti anche di più del 20%: un tubo inserito in un circuito farà passare una certa corrente, mentre nel tubo gemello e nelle identiche condizioni questa potrà essere molto diversa!

In realtà di problemi ce ne sono molti altri ed i contatori di fotoni esistenti sul mercato li evidenziano in maniera a volte plateale: ad esempio è normale trovare contatori che, sottoposti anche per soli pochi istanti ad una frazione della luce diurna, perdono completamente la capacità di contare per tempi notevoli (a volte anche mezz'ora).

Il dispositivo da noi prodotto, che si appoggia su tubi fotomoltiplicatori di commercio, non ha questi problemi in quanto, in sede di fabbricazione, viene sottoposto ad una taratura in presenza di una sorgente di luce calibrata e sempre identica, azzerando le differenze tra i tubi, contenendo i problemi di saturazione e sopratutto conteggiando ad una velocità limite di 200 MHz.

Il nostro dispositivo è l'oggetto ideale per dare una valutazione numerica a tutte quelle reazioni chimiche che generano fotoni in numero pari al numero di molecole di un certo tipo contenute nel campione originale o per la rivelazione di sorgenti luminose di piccolissima entità come nel campo della astrofisica.

 

 

 

 

 

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