Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) - это фотоэлектрический приемник излучения, преобразующий световой сигнал в электрический, который впервые был предложен и разработан Л. А. Кубецким в 1930–1934 годах. ФЭУ является прибором для определения интенсивности света, но в отличие от обычных фотодетекторов, ФЭУ способен регистрировать гораздо меньшие интенсивности света (от единиц фотонов в секунду), т.е. обладает большей чувствительностью. Он позволяет регистрировать и довольно интенсивные потоки: до 10¹⁰… 10¹² фотонов в секунду.

Фотоэлектронный умножитель представляет собой (Рисунок 1) баллончик из которого откачали воздух со множеством впаянных в него контактов, к которым приложено напряжение. Свет, попадающий в баллончик через кварцевое или стеклянное окошко, попадает на фотокатод. Фотокатоды ФЭУ выполняют из полупроводников на основе соединений элементов I или III группы периодической системы Менделеева с элементами V группы (Css Sb, GaAs и др.). Полупрозрачные фотокатоды обычно наносят на внутреннюю поверхность входного окна стеклянного баллона ФЭУ. Электроны, выбитые светом (эффект эмиссии электронов) из фотокатода в силу фотоэффекта, ускоряются электрическим полем, приложенным к первому диноду и ускорившись попадают в него, вызывая эмиссию вторичных электронов. Т.к. в процессе пролёта электроны приобрели значительную скорость, то они выбивают примерно в 4 раза больше электронов из следующего динода. Большинство вторичных электронов после ускорения попадают на следующий динод, где процесс повторяется, и т.д. За счёт многократности процесса создаётся эффект усиления, когда от каждого последующего динода летит всё большее количество электронов. Вторичные электроны с последнего из динодов собираются на аноде. В результате, сила тока на выходе ФЭУ будет пропорциональна интенсивности падающего на фотокатод излучения. А энергия электрического тока на выходе с ФЭУ будет во много раз превосходить энергию света, попавшего во входное окошко ФЭУ. Усиление достигается за счёт совершения работы динодами по ускорению потока электронов.
Основными параметрами ФЭУ являются:
1. Световая анодная чувствительность (отношение анодного фототока к вызывающему его световому потоку при номинальных потенциалах электродов), составляет 1–10⁴А/лм
2. Спектральная чувствительность (равная спектральной чувствительности фотокатода, умноженной на коэффициент усиления умножительной системы, лежащий обычно в пределах 10³–10⁸)
3. Темновой ток (ток в анодной цепи в отсутствие светового потока), как правило, не превышает 10^-9–10^-10 А.
Среди недостатков ФЭУ можно отметить необходимость использования высоковольтных блоков питания анодов (0.5…2.5 кВ) и довольно большими габаритами ФЭУ. Другим недостатком является большое время, необходимое прибору для отдыха (релаксации), по прошествии которого прибор способен зарегистрировать очередной фотон как отдельный.
Помимо фотоэлектронных умножителей используются также вторичноэлектронные умножители (ВЭУ) и микроканальные умножительные пластины (МКП), практическим отличием которых является возможность использования непосредственно на воздухе, без создания вакуума в баллончике. Ложкой дегтя ВЭУ и МКП является способность регистрации света только в ультрафиолетовой области.
 

Наибольшее применение ФЭУ получили в ядерной физике (спектрометрические ФЭУ, сцинтилляционный счетчик) и в установках для изучения кратковременных процессов (временные ФЭУ). ФЭУ используют также в оптической аппаратуре, устройствах телевизионной и лазерной техники. Так в самых совершенных сканерах в качестве детектирующих элементов используется ФЭУ.

Наиболее распространены ФЭУ, в которых усиление электронного потока осуществляется при помощи системы дискретных динодов – электродов корытообразной, коробчатой или жалюзийной формы с линейным (см. рисунок 1) либо (реже) круговым расположением, обладающих коэффициентом вторичной эмиссии s > 1. В таких ФЭУ для ускорения и фокусировки электронов катодной камере (собирающей электроны, вылетевшие с фотокатода, в пучок и направляющей этот пучок на вход динодной системы), динодам и аноду сообщают определенные потенциалы относительно фотокатода при помощи высоковольтного источника (напряжением 600–3000 в). Кроме электростатической фокусировки, в ФЭУ иногда применяют магнитную фокусировку и фокусировку в скрещенных электрическом и магнитном полях.

Сцинтилляционный счётчик, прибор для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, g-квантов, мезонов и т. д.), основными элементами которого являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор), и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Визуальные наблюдения световых вспышек (сцинтилляций) под действием ионизирующих частиц (a-частиц, осколков деления ядер) были основным методом ядерной физики в начале 20 в. (см. Спинтарископ). Позднее Сцинтилляционный счётчик был полностью вытеснен ионизационными камерами и пропорциональными счётчиками. Его возвращение в ядерную физику произошло в конце 40-х гг., когда для регистрации сцинтилляций были использованы многокаскадные ФЭУ с большим коэффициентом усиления, способные зарегистрировать чрезвычайно слабые световые вспышки.
Принцип действия Сцинтилляционный счётчик состоит в следующем: заряженная частица, проходя через сцинтиллятор, наряду с ионизацией атомов и молекул возбуждает их. Возвращаясь в невозбуждённое (основное) состояние, атомы испускают фотоны (см. Люминесценция). Фотоны, попадая на катод ФЭУ, выбивают электроны (см. Фотоэлектронная эмиссия), в результате чего на аноде ФЭУ возникает электрический импульс, который далее усиливается и регистрируется (см. рис.). Детектирование нейтральных частиц (нейтронов, g-квантов) происходит по вторичным заряженным частицам, образующимся при взаимодействии нейтронов и g-квантов с атомами сцинтиллятора.