Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 10:35 • sest 15:55 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 15:54 • Sest 06:12 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 04:43 • Síðdegis: 16:58 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 10:56 • Síðdegis: 23:07 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Verkfræði og tækni
Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg

Hvernig virka nætursjónaukar, á hverskonar eðlisfræði byggja þeir?

Ari Ólafsson

Svarinu við spurningunni er skipt í tvo kafla. Sá fyrri gefur almenna yfirlitsmynd um uppbyggingu og virkni nætursjónauka, meðan líta má á seinni kaflann sem ýtarefni um íhluti sjónaukans. Fyrri kaflinn ætti að nægja mörgum lesendum en sá seinni er ætlaður þeim kröfuharðari. Hann fjallar um tæknilega útfærslu og er því erfiðari aflestrar.

Yfirlit

Mynd 1. Myndin sýnir uppbyggingu nætursjónauka. Upplýsingar um myndefnið koma inn með daufu mynstri í ljóseindaþéttleika frá vinstri og er skilað út með sterkara mynstri til hægri. Plata A millifærir ljóseindastraum í rafeindastraum, plata B magnar rafeindastrauminn og plata C millifærir aftur í ljóseindastraum. Spennumunur er settur upp milli plananna a, b, c og d eftir þörfum eins og nánar er útfært í megintexta.

Einfaldast er að líta á nætursjónaukann sem nokkurra þrepa vinnslulínu. Mynd 1 sýnir uppbyggingu fyrirbærisins, þar sem ljóseindir með upplýsingar um dauft útsýnið koma inn frá vinstri og athugandi horfir frá hægri á bjartari mynd af útsýninu. Í fyrsta þrepi varpar linsa mynd af fyrirmyndinni á plötuna sem merkt er með A. Þar er daufum tvívíðum ljóseindastraumnum breytt í straum rafeinda. Á bilinu milli A og B fá rafeindirnar hröðun og þar með aukna orku. Íhluturinn B er tvívíður straummagnari. Hann skilar hærri straumþéttleika út hægra megin en fór inn á tilsvarandi stað vinstra megin. Mögnunin getur numið allt að 100000 (105). Á plötu C er þéttleikamynstrið í rafeindastraumnum aftur millifært í ljóseindastraum sem gefur bjartari mynd af upprunalegu fyrirmyndinni. Af tæknilegum ástæðum fer mögnunin fram meðan upplýsingarnar um fyrirmyndina liggja í þéttleika rafeindastraums frekar en ljóseindastraums. Millifærslan milli ljóseinda og rafeinda varðveitir hins vegar ekki upplýsingar um lit ljóssins í fyrirmyndinni svo lokamyndin verður einlit, oftast með grænum blæ.

Mynd 2. Lokamyndin sem athugandi sér í nætursjónauka verður einlit, oftast með grænum blæ. Ástæðan er sú að millifærslan milli ljóseinda og rafeinda varðveitir ekki upplýsingar um lit.

Viðauki

Á bakhlið plötu A (hægri hlið A á mynd 1) verður það sem kallast ljósröfun (e. photoelectric effect). Platan er húðuð með ljósnæmu lagi sem sleppir rafeind þegar ljóseind fellur á plötuna (e. photocatode). Milli plananna a og b á mynd 1 er lögð rafspenna sem gefur rafeindunum hröðun til hægri og orku. Dreifing á ljósstyrk í plani a endurspeglast í rafeindastraumþéttleika í plani b.

Mynd 3. Örpípuplatan (merkt B á mynd 1) er byggð upp sem safn af smásæum pípum með lengdarás sem myndar svolítið horn við ás nætursjónaukans. Hröðunarspenna sem er lögð á milli endaflata plötunnar gefur rafeindastraumi í pípunum hröðun til hægri. Rafeindirnar rekast á veggina og losa við það fleiri rafeindir svo rafstraumurinn í hverri pípu vex á leiðinni í gegnum pípuna. Örpípuplatan myndar þannig fjölrása straummagnara.

Við skulum kalla plötu B á mynd 1 örpípuplötu (e. microchannel-plate). Platan er safn fjölmargra örgrannra pípna með endafleti í plönum b og c eins og mynd 3 sýnir. Stefna pípnanna víkur svolítið frá ás sjónaukans svo rafeindir sem koma inn frá vinstri rekast margoft á veggina áður en þær sleppa út hægra megin. Við hvern árekstur losna fleiri rafeindir. Rafspenna er sett upp milli endaflatanna svo allar rafeindirnar fá hröðun til hægri svo rafstraumurinn í hverju röri margfaldast frá inntaki til úttaks. Örpípuplatan virkar því sem fjölrása straummagnari. Á framhlið plötu C er húð sem gefur frá sér ljóseind þegar rafeind er skotið á hana. Oft er þetta fosfórhúð og fyrirbærið kallað fosfórljómun (e. phosphoresence) og platan fosfórskjár (e. phosphor screen). Litur myndarinnar í sjónaukanum ræðst af ljómunarefninu á plötu C.

Plötur A, B og C ásamt svæðunum á milli þeirra mynda fjölrása ljósmargfaldara (e. multi channel photomultiplier, image intensifier).

Myndir:

Höfundur

Ari Ólafsson

Ari Ólafsson

dósent í eðlisfræði við HÍ

Útgáfudagur

5.9.2018

Spyrjandi

Haukur Harðarsson
Sigurjón Antonsson
Gísli Freyr Svavarsson

Efnisorð

Tilvísun

Ari Ólafsson. „Hvernig virka nætursjónaukar, á hverskonar eðlisfræði byggja þeir?“ Vísindavefurinn, 5. september 2018. Sótt 27. nóvember 2020. http://visindavefur.is/svar.php?id=8966.

Ari Ólafsson. (2018, 5. september). Hvernig virka nætursjónaukar, á hverskonar eðlisfræði byggja þeir? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=8966

Ari Ólafsson. „Hvernig virka nætursjónaukar, á hverskonar eðlisfræði byggja þeir?“ Vísindavefurinn. 5. sep. 2018. Vefsíða. 27. nóv. 2020. <http://visindavefur.is/svar.php?id=8966>.

Chicago | APA | MLA

Tengd svör

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvernig virka nætursjónaukar, á hverskonar eðlisfræði byggja þeir?
Svarinu við spurningunni er skipt í tvo kafla. Sá fyrri gefur almenna yfirlitsmynd um uppbyggingu og virkni nætursjónauka, meðan líta má á seinni kaflann sem ýtarefni um íhluti sjónaukans. Fyrri kaflinn ætti að nægja mörgum lesendum en sá seinni er ætlaður þeim kröfuharðari. Hann fjallar um tæknilega útfærslu og er því erfiðari aflestrar.

Yfirlit

Mynd 1. Myndin sýnir uppbyggingu nætursjónauka. Upplýsingar um myndefnið koma inn með daufu mynstri í ljóseindaþéttleika frá vinstri og er skilað út með sterkara mynstri til hægri. Plata A millifærir ljóseindastraum í rafeindastraum, plata B magnar rafeindastrauminn og plata C millifærir aftur í ljóseindastraum. Spennumunur er settur upp milli plananna a, b, c og d eftir þörfum eins og nánar er útfært í megintexta.

Einfaldast er að líta á nætursjónaukann sem nokkurra þrepa vinnslulínu. Mynd 1 sýnir uppbyggingu fyrirbærisins, þar sem ljóseindir með upplýsingar um dauft útsýnið koma inn frá vinstri og athugandi horfir frá hægri á bjartari mynd af útsýninu. Í fyrsta þrepi varpar linsa mynd af fyrirmyndinni á plötuna sem merkt er með A. Þar er daufum tvívíðum ljóseindastraumnum breytt í straum rafeinda. Á bilinu milli A og B fá rafeindirnar hröðun og þar með aukna orku. Íhluturinn B er tvívíður straummagnari. Hann skilar hærri straumþéttleika út hægra megin en fór inn á tilsvarandi stað vinstra megin. Mögnunin getur numið allt að 100000 (105). Á plötu C er þéttleikamynstrið í rafeindastraumnum aftur millifært í ljóseindastraum sem gefur bjartari mynd af upprunalegu fyrirmyndinni. Af tæknilegum ástæðum fer mögnunin fram meðan upplýsingarnar um fyrirmyndina liggja í þéttleika rafeindastraums frekar en ljóseindastraums. Millifærslan milli ljóseinda og rafeinda varðveitir hins vegar ekki upplýsingar um lit ljóssins í fyrirmyndinni svo lokamyndin verður einlit, oftast með grænum blæ.

Mynd 2. Lokamyndin sem athugandi sér í nætursjónauka verður einlit, oftast með grænum blæ. Ástæðan er sú að millifærslan milli ljóseinda og rafeinda varðveitir ekki upplýsingar um lit.

Viðauki

Á bakhlið plötu A (hægri hlið A á mynd 1) verður það sem kallast ljósröfun (e. photoelectric effect). Platan er húðuð með ljósnæmu lagi sem sleppir rafeind þegar ljóseind fellur á plötuna (e. photocatode). Milli plananna a og b á mynd 1 er lögð rafspenna sem gefur rafeindunum hröðun til hægri og orku. Dreifing á ljósstyrk í plani a endurspeglast í rafeindastraumþéttleika í plani b.

Mynd 3. Örpípuplatan (merkt B á mynd 1) er byggð upp sem safn af smásæum pípum með lengdarás sem myndar svolítið horn við ás nætursjónaukans. Hröðunarspenna sem er lögð á milli endaflata plötunnar gefur rafeindastraumi í pípunum hröðun til hægri. Rafeindirnar rekast á veggina og losa við það fleiri rafeindir svo rafstraumurinn í hverri pípu vex á leiðinni í gegnum pípuna. Örpípuplatan myndar þannig fjölrása straummagnara.

Við skulum kalla plötu B á mynd 1 örpípuplötu (e. microchannel-plate). Platan er safn fjölmargra örgrannra pípna með endafleti í plönum b og c eins og mynd 3 sýnir. Stefna pípnanna víkur svolítið frá ás sjónaukans svo rafeindir sem koma inn frá vinstri rekast margoft á veggina áður en þær sleppa út hægra megin. Við hvern árekstur losna fleiri rafeindir. Rafspenna er sett upp milli endaflatanna svo allar rafeindirnar fá hröðun til hægri svo rafstraumurinn í hverju röri margfaldast frá inntaki til úttaks. Örpípuplatan virkar því sem fjölrása straummagnari. Á framhlið plötu C er húð sem gefur frá sér ljóseind þegar rafeind er skotið á hana. Oft er þetta fosfórhúð og fyrirbærið kallað fosfórljómun (e. phosphoresence) og platan fosfórskjár (e. phosphor screen). Litur myndarinnar í sjónaukanum ræðst af ljómunarefninu á plötu C.

Plötur A, B og C ásamt svæðunum á milli þeirra mynda fjölrása ljósmargfaldara (e. multi channel photomultiplier, image intensifier).

Myndir:

...