Двухканальный приемник излучения

 

ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий эталоннзда и исследуемую мишени, две микроканальные усилительные пластины в шевронном включении и два коллектора, расположенные напротив мишеней, а также цепь отрицательной обратной связи, включающую двухвходовый дифференциальньм усилитель, разделительные диоды, два формирователя импульсов, интегратор, компараторинтегратор , генератор импульсов, причем коллекторы подключены к входам дифференциального усилителя, выходы которого через разделительные диоды подключены к входам формирователей импульсов, а выходы формирователей импульсов соединены с входами интегратора и компаратораинтегратора , к второму входу которого подключен генератор импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения квантового выхода электронной эмиссии в промежуток между микроканальными пластинами установлен замедлитель из четырех металлических сеток, общих для обоих каналов, с прозрачностью не ниже 80% и с расстоянием между ними соответственно i 0,5-1,5, 10-15, 0,5-1,5 мм, а в цепь обратной связи введена дополни (Л тельная цепь формирователя импульсов с пороговым устройством и усилителем , причем первая сетка замедлителя включена на вход формирователя его выход подключен к четвертой сетке , а выход компаратора-интегратора подключен к входу порогового устройства формирователя.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) эю Н 01 Л 40/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ?3

К ABTOPCKOMV СВИД.:ТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3464705/18-21 (22) . 07, 05. 82 (46) 07. 07.84. Бюл. ¹ 25 (72) О.М. Сорокин (53) 621. 385.832 (088.8) (56) 1. "Rev. Sci 3nstr.", 1977, 48, 9, 1217.

2. Авторское свидетельство СССР № 814072, кл. H 01 J 40/00, 1981 (прототип) . (54) (57) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПРИЕМНИК

ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий эталонную и исследуемую мишени, две микроканальные усилительные пластины в шевронном включении и два коллектора, расположенные напротив мишеней, а . также цепь отрицательной обратной связи, включающую двухвходовый дифференциальный усилитель, разделительные диоды, два формирователя импульсов, интегратор, компараторинтегратор, генератор импульсов, причем коллекторы подключены к входам дифференциального усилителя, выходы которого через разделительные диоды подключены к входам фор— мирователей импульсов, а выходы формирователей импульсов соединены с входами интегратора и компаратораинтегратора, к второму входу которого подключен генератор импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измере— ния квантового выхода электронной эмиссии в промежуток между микроканальными пластинами установлен замедлитель из четырех металлических сеток, обских для обоих каналов, с прозрачностью не ниже 807. и с расстоянием между ними соответственно

0,5-1,5, 10-15, 0,5-1,5 мм, а в цепь обратной связи введена дополнительная цепь формирователя импульсов с пороговым устройством и усилителем, причем первая сетка замедлителя включена на вход формирователя

его выход подключен к четвертой сетке, а выход компаратора — интегратора подключен к входу порогового устройства формирователя .

1 1101

Изобретение относится к технической физике, а именно к технике регистрации электронов и фотонов и может быть применено для исследования спектров квантового выхода фотоэмиссии и вторичной эмиссии из твердого тела в области энергий 2-1000 эВ,с наибольшим эффектом оно может быть использовано в исследовании спектральных и энергетических характеристик фото- 10 катодов из изолирующих материалов„ при излучении энергетики электронных возбуждений в кристаллах и тонких пленках.

Известно измерительное устройство.

/ работающее в режиме счета импульсов от отдельных электронов после усиле— ния в двух микроканальных пластинах, стоящих друг за другом (схема "шеврон"). .Схема состоит из двух MKII, 2б на первую из которых падает УФ излу— чение, а вторая усиливает электрон— ный поток из первой. При расстоянии между ИКП в 150 мкм в напряжении

100 В можно добиться такого усиления, 2s что образующийся в момент импульса электронный пространственный заряд на выходе второй NKII ограничивает электронную лавину и сужает распределение импульсов по амплитуде до гауссавой функции, в результате чего резко повышается амплитудное, а также пространственное разрешение L1J .

Однако этот прибор работает в режиме прямой регистрации и, обладая недостаточно широким динамическим диапазоном не может осуществить линейную регистрацию сигнала при перепаде интенсивности от 10 до 10 импульсов в 1 с, привносит перемен- 4О ный уровень рассеянного фона или непостоянную электромагнитную помеху, поэтому встает вопрос о необходимости управления чувствительностью самого приемника, Однако менять коэффициент усиления его нера- ционально, так как при работе в режиме счета приемник может выходить из области плато счетной характеристики.

5О

Известен приемник излучения, представляющий собой дифференциальный приемник, содержащий две MKII и промежуточную сетку, общие для обоих каналов, но разделенные мишени 5 и коллекторы. В цепь коллекторов введена отрицательная обратная связь, включающая, кроме дифференциального

9?7 2 (единог0 для обоих каналов) импульсного усилителя два формирователя, цва сглаживающих усилителя-интегратора и компаратор-интегратор, который непрерывно аравнивает сглажен-ный сигнал эталонного канала с фиксированным калиброванным потенциалом ат генератора импульсов, соединенного с вторым входом компаратара-интегратора, и проинтегрированную разность в виде управляющего напряжения пацает на сетку между

MKII. Благодаря замкнутой цепи авторегулирования на сетке создается такой потенциал, чта сигнал эталонного канала поддерживается на заданном уровне скорости счета, при этом в канале образца отрабатывается напряжение, пропорциональное отношению квантовых выходов мишеней, измеряемой и эталонной. Таким образом, черезмерно большой возбуждающий входной поток на мишенях ограничивается регулируемым задерживающим потенциалам на сетке, чта предотвращает перегрузку МКП и усилительного тракта и как бы заменяет диапазон изменения входного потока излучения на диапазон изменения отношения квантовых выходов мишеней, что обычна гораздо меньше (2) .

Однако устройство обладает сущест-. венным недостатком. Поскольку выход кампаратора-интегратора потенциальный, та регулировка потока осуществляется только в виде прапускания сеткой отрезков электронных импульсов, включающих максимальные энергии электронов, вышедших из ИКП-1. Естественно, чта чем больше выходкой поток излучения, тем выше задерживающий потенциал н меньше пропущенная часть электронной лавины, следовательно, тем меньше общий коэффициент усиления шеврона . В результате искажается амплитудное распределение выходных импульсов и грибар начинает работать не на плато счетной характеристики, даже если питание ИКП-2 первоначально устанавливалось оптимальным. При этом возможны ошибки в регистрации квантового выхода измеряемого образца.

Выход мажет быть найден в применении стробирования.

Цель изобретения — повышение точности регистрации квантового выхода электронной эмиссии методом срав3 1101Э нения токов эмиссии известного эталона и исследуемого образца.

Поставленная цель достигается тем, что в двухканальном приемнике

t излучения, содержащем эталонную и исследуемую мишени, две микроканальные усилительные пластины в шевронном включении и два коллектора, расположенные напротив мишеней, а также цепь. отрицательной обратной связи, 10 включающую двухвходовый дифференциальный усилитель, разделительные диоды, два формирователя импульсов, интегратор, компаратор-интегратор, генератор импульсов, причем коллекто- 15 . ры подключены к входам дифференциального усилителя, выходы которого через разделительные диоды подключены к входам формирователей импульсов а выходы формирователей импульсов сое20 динены с входами интегратора и компаратора-интегратора, к второму входу которого подключен генератор импульсов в промежуток между микроканальными пластинами установлен замедлитель из четырех металлических сеток, общих для обоих каналов, с прозрачностью не ниже 80Х, и с расстоянием между ними соответственно

0,5-1,5, 10-15, 0,5-1,5 мм, а в цепь обратной связи введена дополнительная цепь формирователя импульсов с пороговым устройством и усилителем, причем первая сетка замедлителя включена на вход форми35 рователя, его выход подключен к четвертой сетке, а выход компаратораинтегратора подключен к входу порогового устройства формирователя.

27 4 ванне потока электронных лавин в

"шевроне" и регулировку сигнала на выходе канала эталона на уровне, задаваемом частотой генератора стан% дартных импульсов на втором входе компаратора. Благодаря этому ликвидируется перегрузка обоих каналов на сильных линиях излучения источника, устраняется уменьшение коэффициента усиления стробируемых лавин, работа MKII происходит на плато счетной характеристики. В результате осуществляется непрерывное вычисление отношения квантовых выходов измеряемого образца и эталона, что и регистрируется самописцем на выходе интегратора. канала образца.

Действительно, если общий поток первичных частиц N делится между эталоном и образцом на g, к (1 — ttI ), то при квантовых выходах их и Y выходные скорости отсчета выражаются как Й„Хз и Н (1 в К ) Уо . Когда в процессе измерений и сканирования спект. ра изменяется, цепи стробирования и управления посредством регулирования напряжения на входе порогового устройства формирователя-одновибратора поддерживают величину скорости счета стробируемых импульсов постоянной N< Y> k = const,ãäå К вЂ” коэффициент стробирования, т.е,. коэффициент повторения импульсов формирователя по отношению к скорости счета на первой сетке, причем этот коэффициент общий для обоих каналов.

Тогда в канале образца сигнал равен

Сущность изобретения заключается

40 в том, что с помощью введения четырехсеточного замедлителя электронных лавин внутрь двухканального приемника, состоящего из двух ИКН, вклюtt tt 45 ченных по схеме шеврон, и стробирующей цепи формирователя от первой сетки на четвертую через предусилитель и формирователь-одновибратор с пороговым устройством, цепь обратной связи от коллектора канала

50 эталона через дифференциальный усилитель, формирователь-одновибратор, компаратор-интегратор импульсов за счет выработки пьедестала — на вход порогового устройства формирователя- 55 одновибратора, соединенного с четвертой сеткой замедлителя, осуществляет синхронное импульсное стробирот. е. пропорционален отношению квантовых выходов.

На чертеже представлена блок-схе ма двухканального приемника излучения е

Схема двухканального приемника излучения содержит эталонную 1 и исследуемую 2 мишени МКП-1 и ИКП-2

3 и 4 общие для обоих мишеней коллектор 5 эталонной мишени и коллектор 6 измеряемой мишени, двухвходовой дифференциальный усилитель 7 импульсов с линейной характеристикой до 25 дБ с коэффициентом подавления синфазных помех до 40 дБ, основной

5 1101927 6 и согласующий усилители 8 и 9, формирователи 10 и 11 импульсов, саз— дающие стандартные импульсы для интегратора 12 и кампаратора — интегратора 13, который выдает напряже- 5 ние, пропорциональное интегралу среднейй разности скорости счета формирователя 11 и частоты стандартных импульсов генератора 14 импульса (электронная щель), предусилитель

15, формирователь lá импульсов с пороговым устройством, порог которого преодолевается выходным напряжением интегрирующего компаратора

13, формирователь 16 выдает стандарт- 15 ные по амплитуде и длительности строб-импульсы, открывающие сетку в момент прохождения некоторых из электронных лавин по каналам эталонов или образца, самописец 17, сигнальную сетку l8 замедлителя, сетки 19 и 20, определяющие пролетную базу для замедленных электронных потоков, строб †сет 21, регулирующую скорость счета импульсов, диоды

22 и 23, разделяющие импульсы разных каналов.

Приемник работает следующим образом.

Выбитые излучателем из разных мишеней 1 и 2 фотоэлектроны умножаются в ИКП-1, образовавшиеся электрон4ые лавины замедляются в промежутке между сетками 18 и 19, а за конеч )5 ное время 0,1 мкс проходят дрейфовый промежуток между сетками 19 и

20. Это время требуется для формирования строб-импульса пс тракту формирователь 18 — коллектор 15 — коллек10 тор 16 для того, чтобы он совпал с приходом лавины на сетку 21, если выходное напряжение интегратора-компаратора 13 позволяет пороговому устройству формирователя 16 выработать

15 импульс для пропуска лавины. Далее лавина еще умножается в ИКП-" достигая полного коэффициента усиления

10, что соответствует режиму насыt1 щения счетной характеристики шевра50 на", Простробираванные лавины создают йа коллекторах 5 и 6 соответствующие импульсы, которые проходят через усилители 7 — 9 в соответствующей полярности, разделяются диодами на разные формирователи 10 и 11, из них 5

55 импульсы эталонного канала проходят на диод 23, формирователь 11 и интегрирующий компаратор 13. Если средняя скорость счета „на формирователе 11 больше заданной частоты генератора 1 л., то напряжение на выходе кампаратора 1115падает, запирая пороговое устройство формирователя 16, возникают просчеты лавин и, как следствие — падение величины rttt, что вызывает открывание формирователя

16 и сети 21.

Таким образом осуществляется авторегулировка потока лавин на уровне, задаваемом частотой fr<, независимо от величины первичного облучения мишеней. При этом интегратор 12 и самописец регистрируют отношение ква нт а вых выход а в Чд CЧ q .

Чтобы не нарушить информацию о величине импульса, поступающего на

ИКП-2 и коллекторы 5 и б, необходимо, чтобы четырехсеточный замедлитель ослаблял сигнал на входе ИКП-2 только в два раза. Поскольку общий коэффициент прозрачности замедлителя равен Т, то при Т < 807. ослабь ление электронного потока составит более 507 (0,8 = 0,5), что уже нарушает информацию о структуре электронно. . о импульса с первой микроканальнсл пластины. В частности, может потеряться информация о численности пачек эмиссии в 2-3 электрона в отдельных эмиссионных актах, а также а спектральной зависимости квантовога выхода эмиссии с исследуемых мишеней. При меньшей прозрачности квантовый выход эмиссии регистрируется с ошибкой более 15-207., что недопустима

Расстояние между сетками замедлитсля и их диапазон расс плтываются слецующим образом.

Исходя из необходимости набрать время пролета электронной лавины в

О, 10-0, 15 мкс между сетками 19 и

20, рассчитаем дрейфовае расстояние между этими сетками . Основная масса вторичной эмиссии, выходящей из ИКП-1 имеет энергии в районе 5 эВ. Если ее замедлить да 30 мэВ между сетками 18 и 19 путем подачи задерживающего напряжения на сетку 19, то чтобы набрать время пролета в О, 10—

О, 15 мкс., необходимое для выработки строб-имяульсоз по цепи сетка 18 предусилитель 15 — формирователь 16, 1101927 (,0,10-0Ä1 51 10

=10-15 м м, 30

20 где йС = 2 мм, о4 = 60.

Но, так как

ЗО 2 20 Ф ю) 0 82Я „80о

45 нужно обеспечить расстояние между сетками 19 и 20, равное

Промежутки между сетками 18-19 и 20-21, служащие для замедления (ускорения) электронных лавин, не столь критичны для расчета. Чтобы тангенциальный разлет ливней электронов из каналов МКП-1 при углах вылета до 60 не превышал6 = 2 мм в сечении сетки 19, необходимо, чтобы расстояние между сетками 18 и 19 было не более d п = 1,2 мм. Действительно, время тангенциального разлета при энергии еМ равно ъ 1

= hE /М Sin< . И за это же время электрон смещается по оси сеточного замедлителя на д(„Мсо оС =6 ctp Î ="2me то для охвата диапазона углов выпета

0 = 45-65 необходимо иметь

Таким обра зом, вариация расстояния

Ь д от 0,5 до 1,5 мм обеспечивает сбор эмиссии в пределах углов вылета 45-65"для любых энергий.

Предлагаемое устройство при условии введения новых элементов: четырехсеточного замедлителя между двумя ИКП, стробирующей цепи форми-. рователя импульсов от первой до четвертой сетки в цепь обратной связи от коллектора канала эталонов до четвертой сетки, поддерживающих поток электронных лавин на постоянном уровне, независимо от интенсивности первичного облучения и величины чувствительности самого эталона, позволяет измерять отношение квантовых выходов образца и эталона при превышении входного потока в

10-20 раз против нормального с исключением ошибки, происходящей от модуляции коэффициента усиления

"шеврона излучения на выходе. Отпа— дает также необходимость регулировки из-за перепадов интенсивности возбуждающего падающего потока щелями или фильтрами или выпрямления спектра газоразрядного источника.

Достоинство устройства состоит также и в том, что за счет строб— управления электронным потоком стандартными импульсами с помощью сеток и наличия возможности синхронизации этих строб-импульсов, отпирающих шеврон, с моментом прохождения электронной лавины, коэффициент усиления, "шеврон не уменьшается, ам.плитудное распределение коллекторных импульсов не нарушается и счет импульсов всегда происходит на плато счетной характеристики ИКП.

Особенностью устройства является то, что выработка строб-импульсов от сетки 18 производится от любой электронной лавины безразлично в каком канале, однако разрешение на выдачу строб-импульса на сетку 21 определяется уровнем напряжения лишь с компаратора-интегратора канала эталона. Это повышает точность измерения на 10-15%.

1101927 1

- й2,Яивщ сное

-К, г.ужгород, улЯроежтная, 4