مضاعف ضوئي

المضاعف الضوئي أو  المضخم الضوئي صمامات إلكتروني مفرغ تتميز بحساسيتها الشديدة للضوء في نطاق الأشعة فوق البنفسجية و الضوء المرئي و الأشعة تحت الحمراء القريبة من الأحمر . ويتسم صمام التضخيم الضوئي بتكبير النبضة الكهربائية التي يحدثها امتصاص شعاع ضوء في المهبط الضوئي للصمام إلى نحو مليون ضعف . وتقوم بالتكبير أو التضخيم عدد من الأقطاب الخاصة المتتالية تسمى دينود dynode مرتبطة بجهد كهربائي عالي . يتوزع هذا المجال في العادة على نحو 12 من تلك الأقطاب في مدرج.
كل دينود يكون مطليا أيضا بمادة تساعد على إصدار عدد من الإلكترونات عند اصتدام إلكترون بها ، وهذا ما يحدث داخل الصمام ، حيث يتكاثر فيه عددالإلكترونات .
عند امتصاص الصمام لأحد الفوتونات (ضوء) في مهبطه الضوئي يصدر إلكترونا يسقط على الدينود الأول فيتكاثر إلى ثلاثة إلكترونات أو أربعة مثلا ، وتسقط تلك الثلاثة على الدينود الثاني فتحرر 9 إلكترونات و عندما تسقط على القطب الثالث تتحرر 27 إلكترونا ، وهكذا حتي القطب ال 12 فيكون عدد الإلكترونات الناتجة قد تزايد إلى درجة كبيرة بحيث تحدث نبضة كهربائية يسهل قياسها ومعاملتها تبعا لأغراض متعددة .
يستخدم صمام التضخيم الضوئي في البحث العلمي كما ينتشر استخدامه في أجهزة تصوير مقطعي محوسب وأجهزة تصوير مقطعي بالإصدار البوزيتروني المستخدمة في الفحص الطبي.

طريقة عمله

يستخدم صمام تضخيم الضوء مثلا لعد النيوترونات . فالنيوترون ليست له شحنة كهربية وبالتالي لا يستطيع تأيين المادة مباشرة . وأنما نجعله يصتدم بمادة غنية بالبروتونات مثل البلاستيك ، حينئذ يكتسب البروتون سرعة ويصتدم بجزيئات المادة فيؤينها على طول مساره خلال المادة حتى تمتصه المادة البلاستيكية ثانيا. تأين بعض جزيئات المادة لا يستمر طويلا بل تستعيد الالكترونات ارتباطها بالأيونات وتصدر فوتونات (ضوء) . يدخل هذا الفوتون إلى صمام التضخيم الضوئي ، وينتج نبضة إلكترونية يمكن توجيهها إلى مضخم إلكتروني وعداد فيعد عدد النيروتونات التي دخلت بلورة البلاستيك الموضوعة على السطح الدائري على قمة الصمام.
تضخيم عدد الإلكترونات في صمام التضخيم الضوئي يعتمد على عدد الدينودات Dynode .ولعادة يتكون الصمام من 10 من الدينودات . فإذا أطلق كل إلكترون أربعة إلكتونات من كل دينود يتزايد عدد الإلكترونات إلى δ ⁿ = 4¹⁰ ، أي يصل عددهم عند الدينود العاشر نحو مليون إلكترون ، وهؤلاء يشكلون نبضة كهربية يمكن قياسها . في نفس الوقت تعتمد النبضة الكهربية على شدة الضوء.
نظرا لشدة حساسية الصمام للضوء فيجب عدم تعريضه مباشرة للضوء ،حتى لا تستهلك مادته الحساسة التي تغطي الدينودات ، وهي في العادة من أكسيد الرصاص أو أكسيد المغنسيوم.

قياس الفوتونات

يستخدم صمام تضخيم الضوئي لعد الفوتونات أيضا فهو يستطيع عد كل فوتون على حده Photon Counting. كما يستطيع قياس مجموعات من الفوتونات بمعدل عدة ملايين فوتون في الثانية . وفعليا تقيس عدد الفوتونات بين 10 وعدة ملايين فوتون في الثانية ، وما يعده تحت 10 فوتونات فيكون مشوبا بشوشرة أو ضوضاء ناتجة عن تيارات كهربائية حرارية مشوشرة في درجة حرارة الغرفة . وبحسب عدد النبضات بين 10 إلى 5000 مثلا ، نقول 5000 نبضة في الثانية أو 30 نبضة في الثانية وهكذا ، ورمزها بالإنجليزية cps = counts per second .

تطبيقاته

يستخدم صمام التضخيم الضوئي  كثيرا في البحث العلمي وذلك باستخدام بلورات وميضية مناسبة ، واستخدامه كعداد للجسيمات الأولية. ويستخدم بصفة خاصة في تجارب قياس النيوترينو مثلما في تجربة AMANDA أو تجربة مكعب الثلج أو تجربة سوبر كاميوكاندي . وتقوم صمامات التضخيم الضوئي بعد الفوتونات الناتجة من جسيمات ثانوية تحررت في وسط المادة المختارة بفعل النيوترينوات . كذلك يستخدم صمام التضخيم الضوئي في تلسكوب تشيرينكوف Tscherenkow Telescope لقياس الومضات الضوئية الضعيفة الناتجة عن اصتدام الأشعة الكونية عالية الطاقة بطبقات الجو العليا.
وتستخدم في العدادات الوميضية لقياس أشعة غاما وكذلك في مطياف أشعة غاما ، ويكثر استخدامه في الطب في انظمة تصوير مقطعي بالإصدار البوزيتروني PET المستخدمة في الفحوص الطبية النووية.
كذلك يستخدم في المطياف الضوئي وفي المجهر الضوئي حيث يستخدم كمستقبل وتحليل أطوال موجة الضوء بين 100 نانومتر (وهي في نطاق الأشعة فوق البنفسجية) إلى نحو 1000 نانومتر (نطاق الأشعة تحت الحمراء). كما يمكنه القياس حتى طول موجة 1700 نانومتر عند استخدام كاثود ضوئي خاص .).
يستخدم الصمام أيضا كمكشاف في المجهر الضوئي الليزري .