광전 증폭관

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1. 개요

광전 증폭관은 빛을 감지하여 전기 신호로 변환하는 진공관의 일종이다. 광전 효과와 2차 전자 방출 현상을 이용하여 빛을 증폭한다. 1930년대에 개발되어 과학 연구, 의료, 산업 등 다양한 분야에서 활용되었으며, 특히 방사선 검출, 분광 분석 등에 널리 사용된다. 광전 증폭관은 광음극 재료, 창 재료, 구조에 따라 다양한 종류가 있으며, 고전압 사용, 주변광 차폐, 자기장 차폐, 암전류 등의 사용상 고려 사항이 존재한다.

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진공관 - 광전관
광전관은 광전 효과를 활용하여 빛을 전기 신호로 변환하는 광센서로, 빛이 광음극에 닿으면 방출된 전자가 양극으로 이동하며 전류를 발생시키고, 이 전류 세기는 입사광의 세기와 주파수에 비례한다.

광전 증폭관
개요
광전자 증배관 작동 방식 다이어그램
광전자 증배관
유형	광전관
발명	1936년 블라디미르 Zworykin 조지프 슬라터리
작동 원리	외부 광전 효과
주요 특징	낮은 조명 감지 빠른 응답 시간 높은 이득
상세 정보
설명	광전자 증배관(光電子増倍管, photomultiplier tube, PMT)은 빛을 감지하는 매우 민감한 진공관이다.
작동 방식	빛이 튜브 입사창에 들어오면, 입사창 안쪽에 코팅된 감광면에서 광전 효과에 의해 전자가 방출된다. 이 전자들은 전기장을 통해 다이노드(dynode)라고 불리는 다른 전극으로 가속된다.
다이노드	다이노드는 감광면과 비슷한 물질로 코팅되어 있어, 하나의 전자가 충돌할 때마다 더 많은 전자를 방출한다. 이렇게 방출된 전자들은 다음 다이노드로 가속되어 더 많은 전자를 방출하는 과정을 반복한다.
증폭 과정	이 과정을 통해 전자의 수가 기하급수적으로 증가하여, 최종적으로는 매우 큰 전류 펄스가 생성된다. 이 전류 펄스를 측정하여 원래 입사한 빛의 강도를 알 수 있다.
응용 분야	의료 영상 천문학 핵물리학 그 외 극미량의 빛을 측정해야 하는 다양한 과학 및 산업 분야
장점	높은 감도: 매우 약한 빛도 감지 가능 빠른 응답 속도: 빠른 속도로 변화하는 빛의 신호 측정 가능 높은 이득: 작은 빛 신호를 크게 증폭
단점	비교적 큰 크기 높은 작동 전압 필요 외부 자기장에 민감
추가 정보
유사 용어	광전 증폭기 광전자 곱셈관
관련 항목	광전 효과 광다이오드 섬광 계수기

2. 역사

광전 증폭관의 발명은 두 가지 선행된 업적, 즉 광전 효과와 2차 전자 방출의 개별적인 발견을 기반으로 한다.

2. 1. 광전 효과의 발견 (1887년)

1887년 하인리히 헤르츠는 자외선을 이용하여 금속 표면에 빛을 쪼였을 때 전자가 방출되는 현상, 즉 광전 효과를 처음으로 발견했다.^[2] 하지만 실용적인 응용에 더 중요했던 것은 2년 뒤인 1889년, 엘스터와 게이텔이 알칼리 금속(칼륨, 나트륨)에 ''가시''광선을 쪼여 동일한 효과를 확인한 것이다.^[3] 이후 또 다른 알칼리 금속인 세슘을 추가하면서 감광 파장의 범위를 가시광선 스펙트럼의 적색 부분까지 확장할 수 있게 되었다.

역사적으로 광전 효과는 1905년 알베르트 아인슈타인이 이 현상을 통해 빛이 입자(양자)의 성질을 가진다는 양자역학의 기본 원리를 설명하면서 더욱 중요해졌다.^[4] 아인슈타인은 이 연구 결과로 1921년 노벨 물리학상을 수상했다. 흥미로운 점은 광전 효과를 처음 발견했던 하인리히 헤르츠는 방출된 전자의 운동 에너지가 빛의 세기와는 관계없이 빛의 주파수에 비례한다는 사실까지는 알아내지 못했다는 것이다. 이 사실은 빛이 불연속적인 성질, 즉 '양자'로 이루어져 있음을 시사하는 중요한 단서였다.

2. 2. 2차 전자 방출 현상의 발견 (1902년)

2차 전자 방출은 진공관 내부의 전자가 전극에 부딪힐 때 추가적인 전자를 내보내는 현상을 말한다. 처음에는 광 감도가 없는 순수한 전자 장치에서만 관찰되었다. 1899년, 빌라르(Villard)가 이 효과를 처음으로 보고했다.^[5] 1902년에는 오스틴(Austin)과 스타케(Starke)가 금속 표면에 전자빔을 쏘면 들어간 전자보다 더 많은 수의 전자가 방출된다는 사실을 발표했다.^[6] 제1차 세계 대전 이후인 1919년, 웨스팅하우스 전기 회사의 과학자 조셉 슬레피언(Joseph Slepian)은 이 2차 전자 방출 현상을 이용해 신호를 증폭하는 기술에 대한 특허를 제안했다.^[7]

2. 3. 광전 증폭관의 개발

진공관 기술이 발전하면서 1920년대부터 광전 증폭관 발명을 위한 기반이 마련되었다. 당시 연구자들의 주된 관심사 중 하나는 실용적인 텔레비전 카메라 기술 개발이었다. 텔레비전은 1934년 최초의 실용적인 비디오 카메라인 아이코노스코프가 등장하기 전까지 수십 년 동안 초기 형태의 시제품으로 연구되었으나, 초기 텔레비전 카메라는 감도가 매우 부족했다. 이러한 문제를 해결하고 아이코노스코프나 이후 개발된 오쏘콘과 같은 텔레비전 카메라 튜브의 감도를 실용적인 수준까지 높이기 위해 광전 증폭관 기술 연구가 활발히 진행되었다. 연구자들은 이미 잘 알려진 광전 방출(광전 효과) 현상과 2차 전자 방출 현상을 결합하여 실용적인 광전 증폭관을 만들고자 했다.

최초의 광전 증폭관 시연은 1934년 초, 미국 뉴저지주 해리슨에 위치한 RCA 연구팀에 의해 이루어졌다. 할리 아얌스(Harley Iams)와 버나드 살츠버그(Bernard Salzberg)는 광전 효과를 이용하는 광음극과 단일 2차 전자 방출 증폭 단계를 하나의 진공관 안에 통합하는 데 성공했다. 이들은 또한 개발된 장치가 전자 증폭 이득을 가지는 광전 증폭관으로서 작동함을 처음으로 입증하고 그 성능을 측정했다. 이들의 연구 성과는 1934년 6월 이전에 완료되었으며, 관련 내용은 미국 무선 공학회 회보(Proc. IRE)에 제출된 논문에 상세히 기술되었다.^[8] 이 초기 장치는 반원통형 광음극, 축에 장착된 2차 전자 방출기, 그리고 이를 둘러싼 수집 그리드로 구성되었다. 개발된 광전 증폭관은 약 8배의 증폭 이득을 보였으며, 10kHz 이상의 주파수에서도 작동했다.

2. 3. 1. 자기 증폭 광전 증폭관 (1934-1937)

초기 단일 증폭 단계의 광전 증폭관은 이득에 한계가 있었다. 예를 들어 1934년 RCA의 할리 아얌스(Harley Iams)와 버나드 살츠버그(Bernard Salzberg)가 개발한 초기 광전 증폭관은 약 8배의 이득을 가졌는데,^[8] 이는 이차 전자 방출 과정에서 얻을 수 있는 이차 전자의 수율이 제한적이기 때문이다. 당시 기술로는 단일 증폭 단계에서 얻을 수 있는 최대 이득은 약 10배 정도였다. (1960년대에 음의 전자 친화력 다이노드가 개발되면서 25배 이상의 이득이 가능해졌다.)

이러한 한계를 극복하고 더 높은 이득을 얻기 위해, 광전자를 여러 단계에서 순차적으로 증폭시키는 다중 증폭 방식이 연구되었다. 초기에는 강한 자기장을 사용하여 전자의 궤적을 구부려, 광전자가 순차적으로 더 높은 전압의 전극에 충돌하도록 유도하는 방식이 시도되었다. 이 아이디어는 1919년 J. 슬레피언(J. Slepian)에 의해 처음 구상되었다.

이러한 배경 속에서 소련의 레오니드 A. 쿠베츠키(Leonid A. Kubetsky)는 자기장을 이용하여 이차 전자를 가두는 방식의 다중 증폭 광전 증폭관을 1930년에 제안했고,^[10] 1934년에 실제로 제작했다. 이 장치는 "쿠베츠키 튜브"라고도 불리며, 1934년 6월 시연 당시 1000배 이상의 이득을 달성하는 성과를 보였다. 이 연구 결과는 1936년 7월에 발표되었다.^[11]^[12] 쿠베츠키 튜브는 제너럴 일렉트릭에서 개발한 Ag-O-Cs 광음극을 사용했다. 당시 소련은 요시프 스탈린의 주도로 방송 네트워크 구축을 위해 RCA 장비를 도입하는 등 기술 발전에 힘쓰고 있었고, RCA 과학자들과의 교류도 있었다. 1934년 9월 소련을 방문한 RCA의 블라디미르 즈보리킨은 쿠베츠키의 초기 다중 다이노드 광전관을 직접 확인하기도 했다.^[9]

한편, 미국 RCA에서도 다중 증폭 광전 증폭관 연구가 진행되었다. 1935년 10월, 블라디미르 즈보리킨, 조지 애슈먼 모턴(George Ashmun Morton), 루이스 말터(Louis Malter)는 다중 다이노드 구조를 가진 광전 증폭관 프로토타입에 대한 포괄적인 실험 및 이론 분석 결과를 Proc. IRE에 발표했다.^[13] 이 RCA 프로토타입 역시 Ag-O-Cs 광음극을 사용했으며, 800 nm 파장에서 최대 0.4%의 양자 효율을 보였다.

2. 3. 2. 정전형 광전 증폭관 (1937-현재)

이전의 광전 증폭관들이 전자의 경로를 제어하기 위해 자기장을 사용했던 것과 달리, 1930년대 후반 미국 뉴저지주 프린스턴에 위치한 RCA 연구소의 얀 A. 라즈만은 자기장 없이 전극의 기하학적 구조와 전압 분배만으로 전자를 증폭시키는 정전형 광전 증폭관을 개발하여 시연했다.^[14] 이 방식은 복잡한 자기장 생성 장치가 필요 없어 구조가 간단하고 소형화에 유리했으며, 이후 모든 상업용 광전 증폭관의 표준으로 자리 잡게 되었다. RCA는 이 설계를 바탕으로 최초의 대량 생산 모델인 931형 광전 증폭관을 출시했으며, 이 모델은 오늘날까지도 여전히 상업적으로 생산되고 있다.^[14]

2. 4. 광음극 재료의 발전

1936년, P. 괴를리히는 이전보다 훨씬 향상된 성능을 가진 Cs₃Sb (세슘-안티몬) 광음극을 개발했다고 보고했다.^[15] 이 세슘-안티몬 광음극은 400nm 파장에서 12%라는 획기적인 양자 효율을 보였으며, RCA에서 만든 최초의 상업적으로 성공한 광전증배관인 931형에 광음극과 다이노드의 이차 전자 방출 물질로 사용되었다. 사용된 광음극 재료에 따라 서로 다른 스펙트럼 응답 특성을 나타냈다.

1940년대 초, 표준화를 담당하는 산업 위원회인 JEDEC(공동 전자 장치 기술 위원회)는 광전 증폭관의 스펙트럼 응답을 체계적으로 지정하는 시스템을 개발했다.^[16] 이는 제품 사용자가 장치가 어떻게 만들어졌는지보다는 장치의 성능(응답 특성)에만 관심을 가지면 된다는 철학에 기반했다. 다양한 광음극 재료와 창 재료의 조합에 따라 S-1부터 S-40까지의 "S-번호"(스펙트럼 번호)가 부여되었으며, 이 분류 체계는 오늘날에도 여전히 사용되고 있다. 주요 S-번호의 예시는 다음과 같다.

S-번호	창 재료	광음극 재료	특징
S-11	라임 유리	세슘-안티몬 (Cs-Sb)	-
S-13	용융 실리카	세슘-안티몬 (Cs-Sb)	S-11과 동일 광음극, 다른 창 재료
S-25	(명시되지 않음)	다중알칼리 (나트륨-칼륨-안티몬-세슘, Na-K-Sb-Cs)	가시광선 스펙트럼의 적색 부분에서 확장된 응답

현재까지 특별한 (InP/InGaAs(Cs)) 광음극을 제외하고는 약 1700nm보다 긴 파장을 감지할 수 있는 적절한 광방출 표면은 보고되지 않았다.^[17]

2. 5. 주요 제조사

수십 년 동안 RCA는 광전 증폭관 개발 및 개선에 있어 가장 중요한 역할을 수행했으며, 상용화에도 크게 기여했다. 이 회사는 권위 있고 널리 사용되는 광전 증폭관 핸드북을 편집하고 출판했다.^[18] RCA는 요청 시 인쇄본을 무료로 제공했으며, 이 핸드북은 후계자에 의해 온라인으로 계속 무료로 제공되어 필수적인 참고 자료로 여겨진다.

1980년대 후반, 제너럴 일렉트릭이 RCA를 인수한 후 여러 사업부가 매각되는 과정에서 RCA의 광전 증폭관 사업은 독립적인 회사로 분리되었다. 펜실베이니아주 랭커스터에 위치한 시설은 원래 1942년 미국 해군이 진공관 및 마이크로파관 생산을 위해 개설하고 RCA가 운영했던 곳이다. 제2차 세계 대전 이후 RCA가 이 시설을 인수하여 상업용 텔레비전 제품 개발 및 생산 기지로 삼았고, 이후 음극선관, 광전 증폭관, 모션 감지 조명 제어 스위치, 폐쇄 회로 텔레비전 시스템 등으로 생산 품목을 확장했다.

1986년 제너럴 일렉트릭의 RCA 인수 후, RCA 랭커스터 신제품 부문이 매각되면서 에리히 버르핑거(Erich Burlefinger)가 이끄는 경영진이 해당 부서를 인수하여 1987년 'Burle Industries'를 설립했다. Burle Industries는 RCA 기업의 후계자로서 광전 증폭관 사업을 이어갔다.

독립 기업으로 18년간 운영된 후, 2005년 Burle Industries와 주요 자회사는 유럽 지주 회사인 포토니스 그룹(Photonis Group)에 인수되었다. 인수 이후 포토니스 그룹은 Photonis 네덜란드, Photonis 프랑스, Photonis USA(1999년 Burle Industries가 인수한 전 갈릴레오 공사(Galileo Corporation) 과학 탐지기 제품 그룹 운영, 매사추세츠주 스터브리지 소재) 및 Burle Industries로 구성되었다. Photonis USA는 마이크로채널 플레이트 검출기(MCP) 전자 증폭기로 유명했는데, 이는 광전 증폭관의 통합된 마이크로 진공 튜브 버전으로 야간 투시경을 포함한 이미징 및 과학 응용 분야에 사용된다.

2009년 3월 9일, 포토니스 그룹은 펜실베이니아주 랭커스터와 프랑스 브리브 공장에서 모든 광전 증폭관 생산을 중단할 것이라고 발표했다.^[19]

한편, 일본에 본사를 둔 하마마츠 포토닉스(Hamamatsu Photonics)는 1950년대부터 광전 증폭관 산업의 선두 주자로 부상했다. 하마마츠는 RCA의 전통을 따라 자체 핸드북을 출판했으며, 이 핸드북은 회사 웹사이트에서 무료로 제공된다.^[20] 하마마츠는 특정 광음극 제형에 대해 자체적인 명칭을 사용하며, 독자적인 연구 개발을 통해 이러한 기술을 발전시키고 있다.

3. 구조 및 작동 원리

광전 증폭관(Photomultiplier Tube, PMT)은 매우 약한 빛을 감지하여 전기 신호로 크게 증폭시키는 고감도 광센서이다. 기본적으로 진공관의 일종으로, 높은 진공 상태를 유지하는 유리 용기 안에 빛을 전자로 변환하는 광음극(photocathode)^[25], 전자를 단계적으로 증폭시키는 여러 개의 다이노드(dynode)^[26], 그리고 최종적으로 증폭된 전자를 모아 전기 신호로 출력하는 양극(anode)^[27] 등의 전극^[28]으로 구성된다.

작동 원리는 다음과 같다. 외부에서 빛(광자)이 광전 증폭관의 입사창을 통해 들어와 광음극에 부딪히면, 광전 효과에 의해 광전자가 방출된다. 이 광전자는 전기장에 의해 가속되어 첫 번째 다이노드에 충돌하고, 이차 전자 방출 현상에 의해 여러 개의 이차 전자를 만들어낸다. 이 이차 전자들은 다시 다음 다이노드로 가속되어 더 많은 전자를 방출시키는 과정을 반복한다. 이러한 연쇄적인 증폭 과정을 통해 초기 광전자의 수는 수백만 배 이상으로 늘어나며, 이를 전자 사태(electron avalanche)라고 한다. 최종적으로 양극에 도달한 많은 수의 전자는 측정 가능한 크기의 전기 펄스 신호를 형성한다.

각 다이노드에 단계적으로 높은 전압을 공급하여 전자를 가속하고 증폭시키기 위해 전압 분배기 회로가 사용된다. 또한, 빛이 들어오는 방향과 광음극의 형태에 따라 빛이 튜브 끝으로 들어오는 헤드온(head-on 또는 end-on) 방식과 옆으로 들어오는 사이드온(side-on) 방식으로 나눌 수 있다.

광전 증폭관의 상세한 구조, 구체적인 작동 단계, 전압 분배 방식 등에 대한 자세한 내용은 각각의 하위 문단에서 다룬다.

3. 1. 구조

그림 1: 섬광체에 연결된 광전 증폭관의 개략도. 감마선 감지에 사용되는 배열이다.

그림 2: 음(-)의 고전압을 사용하는 일반적인 광전 증폭관 전압 분배 회로.

광전 증폭관 내부. 금속 코팅은 외부 빛이나 전기장으로부터 내부 구조를 보호하는 역할을 한다.

광전 증폭관은 기본적으로 진공관의 일종으로, 매우 높은 진공 상태를 유지하는 유리 또는 금속 용기 안에 여러 전극이 유리-금속 밀봉 기술로 봉입된 구조를 가진다. 주요 구성 요소는 빛을 감지하는 광음극(photocathode)^[25], 전자를 증폭시키는 여러 개의 다이노드(dynode)^[26], 그리고 최종 신호를 출력하는 양극(anode)^[27]이다.^[28]

빛(입사 광자)이 광전 증폭관으로 들어오면, 가장 먼저 입구 창(window) 안쪽에 진공 증착 방식으로 얇게 코팅된 광음극 물질에 부딪힌다. 광음극은 광전 효과에 의해 빛 에너지를 흡수하여 전자를 방출하는 역할을 한다. 이때 방출되는 전자를 광전자(photoelectron) 또는 1차 전자라고 부른다. 광음극 재료로는 보통 일함수가 작은 알칼리 금속 화합물이 사용되어 적은 빛 에너지로도 쉽게 전자를 방출할 수 있도록 한다. 방출된 1차 전자는 광음극의 일함수를 제외하고 입사 광자의 에너지(예: 청색광의 경우 약 3eV)를 가지고 튀어나온다.

광음극에서 방출된 소수의 1차 전자는 초점 전극에 의해 전자 증배기(electron multiplier) 역할을 하는 다이노드 쪽으로 유도된다. 전자 증배기는 보통 10개 내외의 다이노드로 구성되며, 각 다이노드는 바로 앞 단계의 다이노드보다 약 100V 정도 더 높은 양(+)의 전압이 걸려 있다. 광음극을 떠난 1차 전자는 이 전압 차이에 의해 첫 번째 다이노드로 가속되어 충돌한다. 이때 약 100eV의 운동 에너지를 가지고 다이노드 표면에 부딪히면, 이차 전자 방출 현상에 의해 여러 개의 2차 전자가 추가로 방출된다. 이 2차 전자들은 다시 다음 단계의 다이노드로 가속되어 충돌하고, 더 많은 수의 전자를 방출시킨다. 이러한 과정이 다이노드 단계를 거치면서 반복되어, 마치 눈사태처럼 전자의 수가 기하급수적으로 늘어나는 전자 사태(avalanche)가 발생한다. 예를 들어, 각 단계에서 전자 하나당 평균 5개의 새로운 전자가 방출되고 총 12개의 다이노드 단계가 있다면, 마지막 다이노드에서는 초기 1차 전자 하나당 약 5¹²개(대략 1억 개 이상)의 전자가 생성될 수 있다.

다이노드 연쇄의 마지막 단계에는 양극이 위치한다. 전자 사태를 통해 엄청나게 증폭된 수많은 전자가 양극에 도달하면, 이는 측정 가능한 크기의 날카로운 전류 펄스를 형성한다. 이 전류 펄스는 약 50나노초 전에 광자가 광음극에 도달했음을 나타내는 전기적 신호가 되며, 오실로스코프와 같은 장비로 쉽게 감지하고 분석할 수 있다.

다이노드에 필요한 단계적인 전압은 외부에서 공급되는 고전압을 저항으로 나누어 공급하는 전압 분배 회로(그림 2 참조)를 통해 만들어진다. 일반적인 방식 중 하나는 광음극에 약 -1000V 정도의 높은 음(-) 전압을 걸고, 양극은 접지 전위(0V)에 가깝게 유지하는 것이다. 각 다이노드는 이 사이의 전압을 단계적으로 나누어 가지게 된다. 회로에서 마지막 다이노드들 사이에 연결된 커패시터는 순간적으로 많은 전류가 흐를 때 전압 강하를 막아 다이노드의 전압을 안정적으로 유지하는 데 도움을 준다. 실제 광전 증폭관의 전압 분배 회로는 용도에 따라 다양한 형태로 설계된다.

광전 증폭관은 빛이 들어오는 방향과 광음극의 형태에 따라 크게 두 가지 구조로 나뉜다.

헤드온(head-on) 또는 엔드온(end-on) 방식: 튜브의 끝부분(머리 부분)에 있는 평평한 창을 통해 빛이 들어오며, 반투명한 광음극을 통과하면서 전자를 방출하는 구조이다. (그림 1 형태) 투과형(transmissive mode)이라고도 불린다.
사이드온(side-on) 방식: 튜브의 측면으로 빛이 들어오며, 불투명한 광음극 표면에 빛이 부딪혀 전자를 방출하는 구조이다. 반사형(reflective mode)이라고도 불린다. 최초로 대량 생산된 PMT인 931형이 대표적인 사이드온 방식이다.

이 외에도 광음극의 재질, 빛이 통과하는 창 재료의 종류와 투과율, 다이노드의 개수와 배열 방식 등 다양한 설계 요소들이 광전 증폭관의 감도, 반응 속도, 증폭률 등 성능에 영향을 미친다. 따라서 사용 목적에 맞는 특성을 가진 모델을 선택하는 것이 중요하다.

3. 2. 작동 원리

광전 증폭관은 기본적으로 진공관처럼 밀폐된 유리 용기 안에 광음극(photocathode), 여러 개의 다이노드(dynode), 그리고 양극(anode)이 들어있는 구조이다. 빛(광자)이 입구 창을 통해 들어와 광음극이라는 얇은 금속층에 부딪히면, 광전 효과에 의해 전자가 방출된다. 이 방출된 전자를 광전자라고 부른다.

광전자는 집속 전극^[29]에 의해 전자 증배기 쪽으로 유도된다. 전자 증배기는 여러 개의 다이노드로 이루어져 있으며, 각 다이노드는 바로 앞의 다이노드보다 약 100V 정도 더 높은 양(+) 전압을 유지한다. 광음극에서 방출된 광전자는 전기장에 의해 가속되어 첫 번째 다이노드로 향한다. 이때 광전자는 입사한 광자의 에너지에서 광음극 물질의 일함수를 뺀 만큼의 초기 에너지를 가지며, 다이노드 간의 전위차(약 100V)에 의해 추가로 에너지를 얻어 약 100eV의 운동 에너지로 첫 번째 다이노드에 충돌한다.

첫 번째 다이노드에 충돌한 광전자는 이차 전자 방출 현상에 의해 더 많은 저에너지 전자(이차 전자)들을 방출시킨다. 이 이차 전자들은 다시 전기장에 의해 가속되어 두 번째 다이노드로 향하고, 그곳에 충돌하여 더 많은 이차 전자를 만들어낸다. 이런 과정이 다이노드를 거치면서 반복되어 전자의 수가 마치 눈사태처럼 기하급수적으로 늘어나는 전자 사태(electron avalanche)가 발생한다. 예를 들어, 각 단계에서 입사 전자 하나당 평균 5개의 새로운 전자가 생성되고 12개의 다이노드 단계가 있다면, 마지막 단계에서는 초기 광전자 하나당 약 5¹²개(대략 1억 개)의 전자를 얻을 수 있다.

이렇게 증폭된 수많은 전자는 마지막 단계인 양극에 도달하여 순간적으로 강한 전류 펄스를 형성한다. 이 전류 펄스를 측정 장치(예: 오실로스코프)로 감지함으로써, 약 50나노초 전에 광자가 광음극에 도달했음을 알 수 있다. 즉, 매우 약한 빛 신호를 측정 가능한 전기 신호로 변환하고 증폭하는 것이다.

다이노드에 필요한 단계별 전압은 그림 2와 같은 전압 분배 회로를 통해 공급된다. 일반적으로 광음극에는 높은 음(-)의 전압(예: -1000V)을 걸어주고, 양극은 접지 전위(0V)에 가깝게 유지한다. 회로의 커패시터들은 전자들이 증폭되어 이동하는 동안 각 다이노드의 전압을 안정적으로 유지하는 역할을 한다. 실제 광전 증폭관에는 다양한 설계 방식이 사용되며, 그림 2는 그중 한 예시일 뿐이다.

광전 증폭관은 빛이 들어오는 방향과 광음극의 위치에 따라 크게 두 가지 방식으로 나뉜다. 빛이 튜브의 둥근 앞면으로 들어와 투명한 광음극을 통과하는 정면형(end-on 또는 head-on) 설계와, 빛이 튜브 옆면으로 들어와 불투명한 광음극에 부딪히는 측면형(side-on) 설계가 있다. 최초로 대량 생산된 931형 광전 증폭관이 측면형 설계의 예이다. 광전 증폭관의 성능은 광음극 재료의 종류, 빛이 통과하는 창 재료의 투과율, 다이노드의 배열 방식 등 여러 요소에 의해 결정된다. 다양한 특성을 가진 모델들이 존재하므로, 사용 목적에 맞는 최적의 광전 증폭관을 선택하기 위해서는 제조사에서 제공하는 정보를 참고하는 것이 중요하다.

3. 3. 전압 분배

광전 증폭관이 제대로 작동하기 위해서는 광음극과 양극 사이에 일반적으로 약 1000V 정도의 높은 전압이 필요하다. 또한, 전자 증배 과정에서 각 다이노드는 전자를 효과적으로 다음 단으로 가속시키기 위해 이전 다이노드보다 약 100V 정도 더 높은 전위를 유지해야 한다.

이러한 다이노드 사이의 단계적인 전압 분포는 보통 전압 분배 회로(voltage divider chain)를 통해 구성된다. 그림 2는 음의 고전압을 사용하는 전형적인 전압 분배 회로의 예를 보여준다. 이 예시에서는 광음극이 약 -1000V의 음의 고전압으로 유지되고, 최종 양극은 접지 전위에 가깝게 설정된다. 각 다이노드는 이 회로를 통해 순차적으로 약 100V씩 증가하는 전압을 공급받는다.

회로의 마지막 몇몇 다이노드 단에는 커패시터가 연결되기도 하는데, 이는 짧은 시간 동안 많은 전자가 통과할 때(전자 사태가 튜브를 통해 전파되는 동안) 다이노드의 전압을 안정적으로 유지하는 데 도움을 주며, 전하의 국소적인 저장소 역할을 한다. 실제 광전 증폭관 설계에서는 다양한 방식의 전압 분배 회로가 사용되며, 그림 2는 그중 한 가지 예시일 뿐이다.

4. 종류 및 특징

슈퍼 카미오칸데에 설치된 '''광전 증폭관'''(국립과학박물관 전시. 하마마츠 포토닉스 제조)

광전 증폭관은 광음극 및 창 재료의 조합에 따라 115nm의 진공 자외선 영역에서 1700nm의 적외선 영역에 이르는 넓은 범위의 빛을 파장 선택적으로 감지할 수 있다. 예를 들어, 바이알칼리 광전면은 안티몬(Sb)에 칼륨(K), 세슘(Cs)을 반응시켜 가시 영역에 감도를 가지며, 요오드화 나트륨(NaI(Tl)) 신틸레이터의 발광 파장과 잘 일치하여 방사선 계측 등에 널리 응용된다. 멀티알칼리 광전면은 안티몬(Sb)에 나트륨(Na), 칼륨(K), 세슘(Cs)을 반응시켜 300~850nm까지 넓은 파장 영역에 감도를 가져 분광 광도계나 바이오·유전자 관련 분야의 형광 계측 등 다양한 용도로 이용되고 있다.^[30]

광전 증폭관의 크기는 직경 10mm 정도의 작은 것부터 슈퍼 카미오칸데에서 중성미자 관측에 사용되는 직경 50cm에 이르는 것까지 매우 다양하다.

4. 1. 광음극 재료

광음극은 다양한 특성을 가진 여러 재료로 만들 수 있다. 일반적으로 이들 재료는 일함수가 낮아 열전자 방출에 취약하며, 이는 특히 적외선에 민감한 재료에서 잡음과 암전류를 유발하는 원인이 된다. 광음극을 냉각하면 이러한 열잡음을 줄일 수 있다.^[21]

1940년대 초, JEDEC(공동 전자 장치 기술 위원회)는 광음극의 스펙트럼 응답을 표준화하기 위해 S-번호(스펙트럼 번호) 시스템을 개발했다.^[16] 이는 사용자가 제조 방식보다는 장치의 응답 특성에 집중할 수 있도록 하기 위함이었다. 다양한 광음극과 창 재료 조합에 S-1부터 S-40까지 번호가 부여되었으며, 이 시스템은 현재도 사용되고 있다. 예를 들어, S-11은 라임 유리 창과 세슘-안티몬(Sb-Cs) 광음극 조합을, S-13은 용융 실리카 창과 동일한 광음극을 사용한다. S-25는 가시광선 적색 영역에서 확장된 응답을 보이는 "다중알칼리" 광음극(나트륨-칼륨-안티몬-세슘, Na-K-Sb-Cs)을 지칭한다. 현재까지 약 1700 나노미터보다 긴 파장을 감지할 수 있는 적절한 광방출 표면은 보고되지 않았으며, 이는 특수한 InP/InGaAs(Cs) 광음극으로 접근 가능한 한계이다.^[17]

가장 흔하게 사용되는 광음극 재료와 그 특성은 다음과 같다.^[21]^[30]

재료 (S-번호)	구성	주요 특징	응답 범위 (nm)	주요 용도
Ag-O-Cs (S1)	은-산소-세슘	투과형, 높은 암전류 (냉각 필요)	300 ~ 1200	근적외선 감지
GaAs:Cs	세슘-활성화된 갈륨 비소	평탄한 응답	300 ~ 850 (930까지 감소)	자외선 ~ 근적외선
InGaAs:Cs	세슘 활성화된 인듐 갈륨 비소	GaAs:Cs보다 높은 적외선 감도, 높은 신호 대 잡음비	900 ~ 1000 (적외선)	고감도 적외선 감지
Sb-Cs (S11)	세슘 활성화된 안티몬	반사형, 널리 사용됨	자외선 ~ 가시광선	일반적인 광 감지
바이알칼리 (Sb-K-Cs, Sb-Rb-Cs)	세슘 활성화된 안티몬-루비듐 또는 안티몬-칼륨 합금	Sb:Cs보다 높은 감도, 낮은 잡음, 투과형 가능	자외선 ~ 가시광선	방사선 계측 (NaI(Tl) 신틸레이터와 조합)
고온 바이알칼리 (Na-K-Sb)	나트륨-칼륨-안티몬	최대 175°C 작동 가능, 낮은 암전류	가시광선	유정 검층 등 고온 환경
멀티알칼리 (Na-K-Sb-Cs, S20)	나트륨-칼륨-안티몬-세슘	넓은 스펙트럼 응답 (특수 처리 시 930까지 확장 가능)	300 ~ 850 (930까지)	광대역 분광 광도계, 바이오/유전자 형광 계측
태양광 맹(solar-blind)	세슘-텔루륨 (Cs-Te), 세슘-요오드 (Cs-I)	자외선 민감, 가시/적외선 둔감	UV (Cs-Te는 320에서 차단, Cs-I는 200에서 차단)	자외선 선택적 감지

이 외에도 NaI:Tl 섬광체의 섬광에 유리한 응답을 보이는 재료는 감마선 분광법 및 방사선 검출에 널리 사용된다.^[21]

광음극 재료를 적절히 선택하면 115 nm의 진공 자외선 영역부터 1700 nm의 적외선 영역에 이르는 넓은 범위에서 특정 파장의 빛을 선택적으로 감지할 수 있다.^[30] 예를 들어, 바이알칼리 광전면은 NaI(Tl) 신틸레이터의 발광 파장과 분광 감도 특성이 잘 일치하여 방사선 계측에 널리 응용된다. 멀티알칼리 광전면은 300~850 nm까지 넓은 파장 영역에 감도를 가져 분광 광도계나 바이오·유전자 관련 분야의 형광 계측 등 다양한 용도로 이용되고 있다.^[30]

4. 2. 창(window) 재료

광전 증폭관의 창은 일종의 파장 필터처럼 작동한다. 따라서 창 재료의 빛 투과 특성은 광전 증폭관이 감지할 수 있는 빛의 파장 범위를 결정하는 중요한 요소이다. 사용하려는 빛의 파장이 창 재료의 차단 파장 밖에 있다면 큰 문제가 없지만, 특정 파장, 특히 자외선 영역에서는 창 재료 선택에 신중해야 한다.

붕규산 유리: 가장 일반적으로 사용되는 창 재료로, 근적외선 영역부터 약 300nm의 자외선까지 빛을 투과시킨다. 고붕산염 붕규산 유리는 254nm 파장의 자외선도 잘 투과시키는 특수한 종류이다.^[22] 또한, 칼륨 함량을 매우 낮춘 유리는 바이알칼리 광음극과 함께 사용하여 자연 방사성 동위원소인 칼륨-40에서 발생하는 배경 신호를 줄이는 데 사용되기도 한다.
자외선 유리: 가시광선 영역뿐만 아니라 185nm까지의 자외선 영역 빛을 투과시켜 분광학 등의 분야에 사용된다.
합성 실리카: 160nm까지의 더 짧은 파장의 자외선을 투과시킨다. 일반적인 융합 실리카보다 자외선 흡수가 적다는 장점이 있다. 다만, 금속 합금인 코바와 열팽창률이 다르기 때문에, 창과 튜브 본체를 연결할 때 등급별 밀봉이라는 특수한 처리가 필요하며, 이 부분은 기계적 충격에 약할 수 있다.
플루오린화 마그네슘: 현재 사용되는 창 재료 중 가장 짧은 파장인 115nm까지의 진공 자외선 영역 빛을 투과시킨다. 다른 자외선 창 재료로 쓰이는 알칼리 할로겐화물보다는 덜하지만 흡습성이 있어 습기에 약한 편이다.

이처럼 입광창(창)의 재료를 무엇으로 선택하느냐에 따라 115nm의 진공 자외선 영역에서 약 1700nm의 적외선 영역에 이르기까지 넓은 범위에서 특정 파장의 빛을 선택적으로 감지할 수 있게 된다.^[17]

4. 3. 기타

일반적인 광전 증폭관 외에도, 2차 전자 증배부로 다이노드 대신 마이크로채널판(MCP)^[31]이나 채널트론을 사용하는 종류도 있다. 또한, 형광체와 결합하면 X선이나 감마선(γ선) 같은 방사선도 검출할 수 있다.

최근에는 MEMS 기술을 활용하여 기존 제품보다 훨씬 작아진 광전 증폭관도 개발되어 여러 회사에서 판매하고 있다^[32]^[33]。 이러한 소형 광전 증폭관은 기존 제품보다 작고 가벼우며, 소비 전력이 적고 충격에도 강하다. 이러한 장점 덕분에 휴대 가능한 폭발물 탐지기 등 다양한 분야에서 활용된다^[34]^[35]^[36]。

5. 응용 분야

광전 증폭관은 매우 민감한 광센서로서 다양한 분야에서 활용된다. 초기에는 빛의 흐름을 감지하는 전기 눈 장치로 사용되었으며, 섬광체와 결합하여 입자 방사선이나 전리 방사선을 감지하는 데 널리 쓰인다. 이는 휴대용 방사선 측정기부터 대규모 물리학 실험에 이르기까지 다양하게 응용된다.^[23]

연구 분야에서는 화합물 반도체나 양자점 같은 발광 물질의 특성을 분석하거나, 분광 광도계 등에서 고감도 검출기로 활용되어 기기의 성능을 높이는 데 기여한다. 의료 분야에서는 혈액 분석 장치나 유세포 분석 장비, 감마 카메라 등 정밀한 측정이 필요한 장비에 사용된다. 또한, 플라잉 스폿 스캐너와 같은 영상 장비의 검출기로도 사용된다.

5. 1. 과학 연구

광전 증폭관은 극도로 미약한 빛을 감지하여 전기 신호로 증폭하는 능력 덕분에 다양한 기초 과학 연구 분야에서 핵심적인 역할을 수행한다. 특히 입자물리학, 핵물리학, 천체물리학 등에서 중요한 측정 장비로 사용된다.

주요 활용 분야는 다음과 같다.

입자 및 방사선 검출: 섬광체(Scintillator)와 결합하여 입자 방사선이나 전리 방사선을 감지하는 데 널리 사용된다. 이는 휴대용 방사선 측정기부터 대규모 물리학 실험에 이르기까지 다양하게 응용된다.^[23] 형광체를 이용하여 X선이나 감마선(γ선) 같은 고에너지 방사선 검출도 가능하다.
분광 분석: 많은 분광 광도계에서 검출기로 사용되어 기기의 동적 범위를 크게 향상시킨다. 광전 증폭관은 열 잡음의 한계를 넘어서는 매우 높은 감도를 제공할 수 있다.
광자 계수: 매우 낮은 광량에서는 개별 광자를 검출하는 '광자 계수 모드' 또는 가이거 계수기 모드로 작동할 수 있다. 이를 통해 단일 광자가 광전면에 충돌할 때 큰 출력 신호를 생성하여 빛의 입자성을 직접 확인할 수 있다. 이는 알베르트 아인슈타인이 제시한 광자의 양자화 원리를 실험적으로 보여주는 중요한 사례이다. 다만, 입사하는 광자가 없을 때도 미세한 전류가 흐르는 암전류가 존재하며, 광자 계수 응용에서는 이를 최소화하는 것이 중요하다.

특히, 일본의 슈퍼 카미오칸데와 같은 대형 중성미자 검출 실험에서는 수많은 대형 광전 증폭관(직경 50cm에 달하는 것도 사용됨)이 핵심 검출기로 사용되어 우주에서 오는 미세한 중성미자 신호를 포착한다.

재료 과학 연구에서도 광전 증폭관은 중요한 도구이다. 화합물 반도체, 양자점, 형광체와 같은 다양한 발광 물질의 빛 방출 강도와 스펙트럼을 정밀하게 측정하는 데 활용된다.^[30] 입광창이나 광전 음극의 재료를 선택함으로써 115nm의 진공 자외선 영역부터 1700nm의 적외선 영역에 이르기까지 넓은 파장 범위에서 선택적으로 빛을 감지할 수 있다. 예를 들어, 바이알칼리 광전면은 가시광선 영역에 민감하여 방사선 계측에 주로 사용되고, 멀티알칼리 광전면은 300nm~850nm의 넓은 파장 영역에 감도를 가져 분광 광도계나 생명 과학 분야의 형광 측정 등에 널리 이용된다.^[30]

5. 2. 의료

광전 증폭관은 다양한 의료 장비 설계에 활용된다. 대표적으로 임상병리 실험실에서 사용하는 혈액 분석 장치나 유세포 분석 장비에 광전 증폭관이 들어간다. 이 장비들은 광학 필터, 백열 전구 등과 함께 광전 증폭관을 이용하여 혈액 샘플 내 특정 성분의 상대적인 농도를 측정한다.

또한, 감마 카메라와 같은 의료 영상 장비에도 광전 증폭관 배열이 사용된다. 광전 증폭관은 형광체와 결합하여 X선이나 감마선(γ선)과 같은 방사선을 검출할 수 있는데,^[30] 이러한 원리를 이용해 감마 카메라 등에서 인체 내부를 촬영하는 데 쓰인다.

5. 3. 산업

광전 증폭관은 최초의 전기 눈 장치로, 빛의 빔의 방해를 측정하는 데 사용되었다. 섬광체와 함께 사용하여 휴대용 및 고정식 방사선 방호 기기, 그리고 물리학 실험에서 입자 방사선을 감지하여 전리 방사선을 감지한다.^[23] 연구 실험실에서는 화합물 반도체나 양자점과 같은 발광 물질의 빛 강도와 스펙트럼을 측정하기 위해 사용된다.

광전 증폭관은 많은 분광 광도계에서 검출기로 사용된다. 이를 통해 기기의 감도를 열 잡음 한계를 벗어나도록 설계할 수 있으며, 따라서 기기의 동적 범위를 실질적으로 증가시킬 수 있다. 또한, 바이오 및 유전자 관련 분야의 형광 계측에도 널리 쓰인다.^[30]

수많은 의료 장비 설계에도 사용된다. 예를 들어, 유세포 분석과 같은 임상 의학 실험실에서 사용되는 혈액 분석 장치는 광학 필터와 백열 전구와 함께 광전 증폭관을 사용하여 혈액 샘플의 다양한 구성 요소의 상대적 농도를 결정한다. 감마 카메라에는 광전 증폭관 배열이 사용된다. 광전 증폭관은 일반적으로 플라잉 스폿 스캐너의 검출기로 사용된다.

입광창이나 광음극 재료를 선택함으로써 115nm의 진공 자외선 영역에서 1700nm의 적외선 영역에 이르는 넓은 범위에서 파장 선택적으로 빛을 감지할 수 있다는 것도 특징이다.

바이알칼리 광음극: 안티몬(Sb)에 칼륨(K), 세슘(Cs)을 반응시켜 가시 영역에 감도를 가지며, 이 광음극의 분광 감도 특성은 요오드화 나트륨(NaI(Tl)) 섬광체의 발광 파장과 잘 일치하기 때문에 섬광 계수법에 의한 방사선 계측 등에 널리 응용된다.^[30]
멀티알칼리 광음극: 안티몬(Sb)에 나트륨(Na), 칼륨(K), 세슘(Cs)을 반응시켜 300~850nm까지 넓은 파장 영역에 감도를 가지며, 분광 광도계나 바이오·유전자 관련 분야에서의 형광 계측 등 폭넓은 용도로 이용되고 있다.^[30]

직경은 10mm 정도에서 슈퍼 카미오칸데에서 중성미자 관측용으로 사용되는 50cm에 이르는 것까지 있다.

또한 일반형 외에도 2차 전자 증배부에 다이노드를 사용하지 않고, 마이크로채널판(MCP)^[31]이나 채널트론을 사용한 타입도 존재한다. 형광체를 조합하여 X선이나 감마선(γ선) 등 방사선의 검출도 가능하다.

최근에는 MEMS 기술을 사용하여 종래보다 대폭 소형화된 기종도 각 회사에서 판매되고 있다.^[32]^[33] 종래의 기종보다 소형, 경량이며 소비 전력이 적고 충격에 강하기 때문에, 가반식 폭발물 탐지기 등의 용도로 사용된다.^[34]^[35]^[36]

5. 4. 환경 감시

광전 증폭관은 섬광체와 함께 사용하여 휴대용 및 고정식 방사선 방호 기기에서 입자 방사선을 감지하여 전리 방사선을 측정하는 데 사용된다.^[23] 이를 통해 주변 환경의 방사능 오염 여부를 감시할 수 있다. 특히, 바이알칼리 광전면은 요오드화 나트륨(NaI(Tl)) 신틸레이터의 발광 파장과 잘 일치하여 신틸레이션 카운팅을 통한 방사선 계측에 널리 응용된다.^[30] 또한, 형광체를 조합하면 X선이나 감마선(γ선)과 같은 다양한 종류의 방사선 검출도 가능하다.

5. 5. 기타

형광체와 결합하여 X선이나 감마선(γ선)과 같은 방사선을 검출하는 데에도 사용될 수 있다. 일반적인 광전 증폭관 외에도 2차 전자 증배부에 다이노드 대신 마이크로채널판(MCP)^[31]이나 채널트론을 사용하는 종류도 있다.

최근에는 MEMS 기술을 적용하여 기존 제품보다 훨씬 작게 만든 광전 증폭관도 여러 회사에서 개발하여 판매하고 있다.^[32]^[33] 이러한 소형 광전 증폭관은 크기가 작고 가벼우며, 소비 전력이 적고 충격에도 강하다는 장점이 있어 휴대용 폭발물 탐지기 등 다양한 분야에서 활용된다.^[34]^[35]^[36]

6. 사용 시 고려 사항

광전 증폭관은 빛을 감지하고 증폭하는 매우 민감한 장치이므로 사용 시 여러 요소를 신중하게 고려해야 한다. 빛 입사 방향에 따라 머리 부분에서 빛이 들어오는 헤드온(엔드온)형과 측면에서 빛이 들어오는 사이드온형으로 나뉘며, 사용 환경과 목적에 맞는 형태를 선택하는 것이 중요하다. 이 외에도 작동에 필요한 고전압 인가 방식, 주변 빛과 자기장으로부터의 보호, 그리고 암전류 문제 등 다양한 기술적 고려 사항이 따른다.

6. 1. 고전압

광전 증폭관은 일반적으로 1000~2000 볼트의 고전압을 사용하여 다이노드 체인 내의 전자를 가속시킨다. 가장 음의 전압은 음극에, 가장 양의 전압은 양극에 연결한다. 일반적으로 음의 고전압 공급 장치(양극 단자를 접지)를 선호하는데, 이는 후속 전자 회로가 저전압에서 광전류를 측정하여 증폭하기 용이하기 때문이다. 그러나 광음극이 고전압 상태에 있으면 누설 전류로 인해 원치 않는 "암전류" 펄스가 발생하여 작동에 영향을 줄 수 있다. 전압은 보통 저항 전압 분배기를 통해 다이노드에 분배되지만, 트랜지스터나 다이오드를 이용한 능동형 설계도 가능하다. 분배기 설계는 주파수 응답이나 상승 시간에 영향을 미치므로, 다양한 응용 분야에 맞게 선택할 수 있다. 일부 기기에서는 시스템의 이득을 조절하기 위해 양극 전압을 변경하는 기능도 있다.

광전 증폭기는 전원이 켜져 있을 때(전압이 가해진 상태) 과도한 빛에 노출되어 파괴되는 것을 막기 위해 주변 빛으로부터 반드시 차폐해야 한다. 이러한 보호는 광전 증폭기 격실을 열 때 튜브를 보호하는 전기 인터록이나 셔터를 통해 기계적으로 이루어지기도 한다. 또한, 외부 회로에 과전류 보호 장치를 추가하여 측정된 양극 전류가 안전 한계를 넘으면 고전압을 자동으로 낮추는 방법도 있다.

강한 자기장이 있는 곳에서는 전자 경로가 휘어져 다이노드에서 전자가 멀어지고 이득이 손실될 수 있으므로, 광전 증폭기는 보통 연철이나 뮤 메탈 층으로 자기 차폐를 한다. 이 자기 차폐는 종종 음극 전위로 유지되며, 이 경우 외부 차폐 역시 고전압 상태이므로 절연 처리가 필요하다. 특히 광음극과 첫 번째 다이노드 사이의 거리가 긴 광전 증폭기는 자기장에 더욱 민감하다.^[21]

6. 2. 주변광 차폐

광전 증폭관은 매우 민감하여 전원이 켜진 상태, 즉 전압이 가해진 상태에서 주변 빛에 노출되면 과도한 여기로 인해 손상될 수 있다. 따라서 작동 중에는 반드시 주변 빛으로부터 보호해야 한다.

이를 위한 보호 방법에는 여러 가지가 있다. 일부 응용 분야에서는 광전 증폭기가 있는 격실을 열 때 튜브를 보호하기 위해 기계적인 셔터나 전기 인터록 장치를 사용한다. 또 다른 방법으로는 외부 회로에 과전류 보호 장치를 추가하는 것이다. 이 장치는 측정된 양극 전류가 안전 한계를 초과할 경우, 자동으로 고전압을 낮춰 광전 증폭관의 손상을 방지한다.

6. 3. 자기장 차폐

강한 자기장은 광전 증폭관 내부 전자의 경로를 휘게 만들어 다이노드에서 전자가 벗어나게 할 수 있으며, 이는 결국 이득(gain) 손실로 이어진다. 따라서 자기장이 강한 환경에서 광전 증폭관을 사용할 때는 일반적으로 연철이나 뮤 메탈 층을 이용하여 자기장을 차폐해야 한다. 이 자기 차폐막은 종종 음극과 같은 전위로 유지되는데, 이 경우 외부 차폐막에도 고전압이 인가되므로 반드시 절연 처리가 필요하다. 특히 광음극과 첫 번째 다이노드 사이의 거리가 긴 광전 증폭기는 자기장의 영향에 더 민감하다.^[21]

6. 4. 암전류

극저온에서는 광전 증폭관의 온도가 낮아짐에 따라 전자 방출이 증가하는 현상(버스팅)이 나타나는 것으로 알려져 있다. 이 현상은 아직 어떤 물리학 이론으로도 설명되지 않고 있다.^[24]

참조

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