Многоканальная вторично-эмиссионная умножительная система

 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к вторично-эмиссионным умножительным системам, используемым в многоканальных фотоэлектронных умножителях. Технический результат от использования изобретения - повышение процента сбора фотоэлектронов на первый динод, а также возможность использования для изготовления динодов метода штамповки. Многоканальная вторично-эмиссионная умножительная система содержит диноды в виде пластин, в каждой из которых выполнено N отверстий, где N - число каналов умножительной системы. Каждый динод образован двумя прижатыми друг к другу пластинами - эмиттирующей и полеобразующей. Эмиттирующая пластина содержит N идентичных участков в виде воронок с отверстиями в их вершинах. В полеобразующей пластине выполнено N отверстий и N отогнутых под прямым углом экранов, причем экраны одного канала умножительной системы лежат в одной плоскости. Диноды расположены друг под другом так, что отверстия в полеобразующей пластине i-го динода расположены по одну сторону экранов, в полеобразующей пластине (i + 1)-го динода - по другую сторону экранов, а экраны полеобразующей пластины i-го динода своими концами входят в отверстия эмиттирующей пластины (i - 1)-го динода. 2 ил.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к вторично-эмиссионным умножительным системам, используемым в многоканальных фотоэлектронных умножителях (МкФЭУ).

Обычно в МкФЭУ используют вторично-эмиссионные умножительные системы с широким входом, т.е. умножительные системы, содержащие диноды, у которых размер рабочей (приемной) части динода близок к его наружному размеру (без крепежных элементов). В настоящее время известны три разновидности таких умножительных систем.

Известны многоканальные вторично-эмиссионные умножительные системы на сеточных динодах [1]. Недостатком таких систем является их невысокая эффективность из-за того, что, во-первых, значительная часть первичных электронов пролетает в отверстие последующего динода, не умножаясь, и, во-вторых, часть поверхности, i-го динода находится под значительным отрицательным потенциалом (i - 1)-го динода и потому не может эмиттировать вторичные электроны.

Известны многоканальные вторично-эмиссионные умножительные системы на основе перфорированных фольг [2]. В такой системе происходит значительный отсев электронов в процессе умножения и в силу того, что система открытая, т.е. фотоны и ионы, возникающие на выходных каскадах, имеют прямой доступ на первые диноды и катод, возникают обратные связи и, как следствие, увеличивается темновой ток и появляется нестабильность МкФЭУ, в котором используют эту систему.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является многоканальная умножительная система жалюзийного типа [3], разработанная фирмой Hamamatsu (Япония). Достоинством такой системы в сравнении с предыдущей является отсутствие сквозных зазоров, приводящих к возникновению обратных связей, возрастанию темнового тока и появлению нестабильности работы МкФЭУ. Жалюзийная умножительная система содержит диноды в виде пластин сложного фигурного профиля с щелевыми отверстиями, количество которых превышает количество каналов системы, так что на один канал приходится несколько входных щелевых отверстий.

Недостатком прототипа является невысокий процент сбора фотоэлектронов на первый динод за счет того, что один канал умножительной системы включает несколько входных щелевых отверстий, и фотоэлектроны, попадающие между отверстиями, оказываются в отсеве. Кроме того, для обеспечения требуемого профиля динодов используют метод вытравливания динодов из пластин, являющийся сложным, дорогостоящим и малопроизводительным.

Техническим результатом от использования заявляемого изобретения является повышение процента сбора фотоэлектронов на первый динод, а также возможность использования для изготовления динодов метода штамповки, более простого, дешевого и производительного, чем метод вытравливания.

Технический результат достигается тем, что в многоканальной вторично-эмиссионной умножительной системе, содержащей диноды в виде пластин с отверстиями, каждый динод образован двумя прижатыми друг к другу пластинами - эмиттирующей и полеобразующей, эмиттирующая пластина содержит N идентичных участков, где N - число каналов умножительной системы, в виде воронок с отверстиями в их вершинах, в полеобразующей пластине выполнено N отверстий с отогнутыми под прямым углом экранами, причем экраны одного канала умножительной системы лежат в одной плоскости, диноды расположены друг под другом так, что отверстия в полеобразующей пластине i-го динода расположены по одну сторону экранов, в полеобразующей пластине (i+1)-го динода - по другую сторону экранов, а экраны полеобразующей пластины i-го динода своими концами входят в отверстия эмиттирующей пластины (i- 1)-го динода.

Предлагаемая многоканальная вторично-эмиссионная умножительная система представлена на фиг.1, на фиг.2 показан один канал системы. Принятые обозначения: 1 - эмиттирующая пластина, 2 - полеобразующая пластина, 3 - отверстие в эмиттирующей пластине, 4 - отверстие в полеобразующей пластине, 5 - экран, 6 - пучок вторичных электронов. Многоканальная вторично-эмиссионная умножительная система содержит от i > 1 до i = n динодов, расположенных друг под другом, количество которых определяется требуемым усилением системы. Каждый динод образован двумя прижатыми друг к другу пластинами - эмиттирующей 1 и полеобразующей 2. Каждая эмиттирующая 1 пластина содержит N идентичных участков, где N - количество каналов умножительной системы, каждый из которых выполнен в виде воронки с отверстием 3 в ее вершине. В каждой полеобразующей 2 пластине выполнено N отверстий 4 и N экранов 5, отогнутых под прямым углом. Экраны 5 одного канала умножительной системы лежат в одной плоскости. Диноды расположены друг под другом так, что отверстия 4 в полеобразующей 2 пластине i-го динода расположены по одну сторону экранов 5, отверстия 4 в полеобразующей 2 пластине (i + 1)-го динода - по другую сторону экранов 5. При этом экраны 5 полеобразующей 2 пластины i-го динода своими концами входят в отверстия 3 эмиттирующей 1 пластины (i - 1)-го динода. Отверстия в эмиттирующих 1 и полеобразующих 2 пластинах имеют круглую или овальную форму, в отличие от прототипа, где отверстия щелевые. Была разработана конструкция 15 - канальной умножительной системы.

Пластины умножительной системы изготовлены методом штамповки. Эмиттирующие пластины штампуют из вторично-эмиттирующих материалов (сплавы или никель с напылением на него сурьмы), а для изготовления полеобразующих пластин используют любой вакуумный металл.

При подаче соответствующих потенциалов на диноды умножительной системы фотоэлектроны попадают в умножительную систему через отверстия в первом диноде. Так как каждый канал умножительной системы имеет одно входное отверстие, за которым расположены последующие диноды, образующие данный канал, то сбор фотоэлектронов на первый динод оказывается существенно выше, чем в прототипе, где на один канал умножительной системы приходится несколько входных отверстий, и фотоэлектроны, попадающие между этими отверстиями, отсеиваются.

Заявляемая конструкция вторично-эмиссионной умножительной системы, была подобрана экспериментально путем многократного моделирования на ЭВМ.

Таким образом, заявляемая многоканальная вторично-эмиссионная умножительная система в сравнении с прототипом позволяет более эффективно осуществлять сбор фотоэлектронов на первый динод, который близок к 100%, и фокусировку вторичных электронов. В зависимости от требуемого усиления число динодов умножительной системы может быть различным.

Кроме того, конструкция умножительной системы позволяет использовать для изготовления пластин более простой, производительный и дешевый метод штамповки, чем метод вытравливания, используемый для получения сложного фигурного профиля динодных пластин в прототипе.

Источники информации 1. Photomultiplier Tubes, Hamamatsu, 1995, р.5.

2. Photomultiplier Tubes, Principles and applications, Philips Photonics, 1994, p. 15.

3. IEEE Transactions on Nuclear Science; v.41, N 4, p. 725-729, 1994 (прототип).

Формула изобретения

Многоканальная вторично-эмиссионная умножительная система, содержащая диноды в виде пластин с отверстиями, отличающаяся тем, что каждый динод образован двумя прижатыми друг к другу пластинами - эмиттирующей и полеобразующей, эмиттирующая пластина содержит N идентичных участков, где N - число каналов умножительной системы, в виде воронок с отверстиями в их вершинах, в полеобразующей пластине выполнено N отверстий с отогнутыми под прямым углом экранами, причем экраны одного канала умножительной системы лежат в одной плоскости, диноды расположены друг под другом так, что отверстия в полеобразующей пластине i-го динода расположены по одну сторону экранов в полеобразующей пластине (i + 1)-го динода - по другую сторону экранов, а экраны полеобразующей пластины i-го динода своими концами входят в отверстия эмиттирующей пластины (i + 1)-го динода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2