Ein Elektronenvervielfacher ist ein Gerät, das die Elektronenemissionsrate eines Elektronenstroms erhöht. Es bombardiert ein emittierendes Material mit einem Elektronenstrom, wodurch das Material Elektronen emittiert. Jedes Elektron, das auf das emittierende Material trifft, kann dazu führen, dass es bis zu drei Elektronen emittiert, wodurch die Emissionsrate des Elektronenstroms vervielfacht wird.
Das emittierende Material ist typischerweise eine Metallplatte, und ein Elektronenvervielfacher enthält normalerweise eine Reihe dieser Platten. Das Anlegen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Platten bewirkt, dass die emittierten Elektronen von der ersten Platte zur zweiten Platte springen, was die Emission weiterer Elektronen von der zweiten Platte bewirkt. Dieser Prozess setzt sich durch die gesamte Plattenserie fort und führt zur Emission von viel mehr Elektronen als im ursprünglichen Elektronenstrom. Eine Anode sammelt dann die vom Elektronenvervielfacher erzeugten Elektronen.
Der Kaskadeneffekt von Elektronen erfordert, dass die Elektronen mit ausreichender Energie auf das emittierende Material auftreffen, um eine Sekundäremission zu induzieren. Diese Anforderung ermöglicht es einem Elektronenvervielfacher, als Ionendetektor zu fungieren. Ein Photonenstrom kann auch die Emission von Photonen verursachen, wie im Fall einer Photomultiplier-Röhre. Diese Vorrichtung trennt jede emittierende Oberfläche durch eine Reihe von Anoden, die als Dynoden bekannt sind. Eine Reihe von Widerständen trennt die Dynoden voneinander, so dass das elektrische Potential zwischen aufeinanderfolgenden Dynoden typischerweise +100 Volt bis +200 Volt beträgt.
Diese Struktur erfordert, dass das Elektrodenmaterial einen hohen elektrischen Widerstand hat, um die Spannungsteilerfunktion mit der Sekundäremissionsfunktion zu verschmelzen. Ein Elektronenvervielfacher hat typischerweise die Form eines Trichters und ist aus Glas aufgebaut. Der Glastrichter hat eine dünne Beschichtung aus einer Substanz mit einer begrenzten Fähigkeit, Elektrizität zu leiten, bekannt als Halbleiter.
Der Elektronenvervielfacher erhält am breiten Ende des Trichters eine hohe negative Spannung und am schmalen Ende des Trichters eine niedrige positive Spannung. Diese Spannungskonfiguration bewirkt, dass der Trichter Elektronen von seiner Oberfläche emittiert, die sich dann vom breiten Ende zum schmalen Ende des Trichters bewegen. Die Elektronen legen eine kurze Strecke zurück, bevor sie auf die Oberfläche des Trichters treffen, wodurch mehr Elektronen emittiert werden.
Eine Anode am schmalen Ende des Trichters sammelt die Elektronen. Diese Anordnung ist insbesondere als Einkanal-Elektronenvervielfacher bekannt. Eine Mikrokanalplatte ist eine komplexere Art von Elektronenvervielfacher, der eine zweidimensionale Anordnung von Einkanal-Elektronenvervielfachern verwendet.