Дифференциальный электронный умножитель

 

) Автор изобретения

О. М. Сорокин (7!) Заявитель. (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ

УМ НОЖИТЕПЬ

Изобретение относится к разделу тех- нической физики, а именно к технике регистрации заряженных частиц (электронов) и может быть применено для исследования спектров квантового выхода фотоэмиссии, а также энергетических спектров фото- и вторичной эмиссии с твердого тела в области энергий 5 — 1000 эВ, кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано в исследовании спектральных. характеристик фотокатодов из изолируюших материалов, при изучении энергетики фотоэффекта в тонких пленках, а также различных процессов электронных возбуждений, и рассеяния в кристаллах.

Известны измерительные устройства, работающие в режиме счета импульсов от отдельных электронов после усиления в двух микроканальных пластинах, стояших друг за другом (схема . шеврон" ).

Эта схема имеет высокую чувствительность (1 ) и (2 ) .

Однако недостаточно широкий динамический диапазон,не позволяет работать при

Ф больших перепадах интенсивности источника излучения, например, обладающего линейчатым спектром.

Известна также другая система шеврон с реэистивным анодом, состоящая из двух микроканальных пластин (МКП) и при расстоянии между МКП в 150 мкм и напряжении 100 В позволяет добиться такого усиления, что образующийся в мо мент импульса пространственный электронный заряд на выходе второй МКП ог» раничивает электронную лавину, так чу амплитудное распределение импульсов цриобретает гауссов вид. Это резко повыша ет амплитудное разрешение 633 °

Однако известное устройство так же как и первое не может осуществить линейную регистрацию сигнала при перепаде интенсивности от 10 до 10 импульсов

20 в 1 с, а между тем подобные перепады обычны при работе с источниками ВУФ излучения с линейчатым спектром. Компенсация перепада с помощью регулировки

3 9838 щелей монохромагора или фильтров-ослабителей связана с большими погрешностями, а применение "выпрямленных " исгочккков света привносит переменшiй уровень рассеяного излучения или постоянную электромагнитную помеху.

Указанные недостатки устранены в устройствах, работающих в режиме стробирования и в области плато счетной характерис тики. IO

Известен двухканальный эпектронный

1 умножитель, построенный также по схеме

"шеврон" из двух МКП с промежуточной управляющей сеткой, на которую подаются отпираюшие импульсы с генератора импульсов следящей частоты (ГИСЧ), включенного в GeIIb отрицательной обратной связи с коллектора эталонного канала на управляющую сетку "шеврона . Бепь коллектора эталона содер>кит импульсный уси->О литель, формирователь, измеритель скорости счета, компаратор-интегратор и генератор импульсов следящей частотЫ и при переменном входном потоке работает так, что при росте потока возбуждающего излучения частота отпирающих строб-импульсов падает, а число пропущенных электронных ливней, на вторую МКП сокращается, и наоборот. В результате этого выходная скорость счета канала эталона поддерживается на постоянном уровне, задаваемом потенциометром "электронная щель, на отдельном Входе компаратора-интегратора независимо От уровня входного Возбу>кдения, который может изменяться в диапа35 зоне скоростей счета 10 — 100 импульсов в 1 с. Привсдение к постоянной интенсивности счета в канале эталона при условии, что управляющая сетка является общей для обоих каналов, означает, что в канале образца счет импульсов оказывается пропорционален отношению квантовых выходов мишени и эталона L4 ) .

23 4

Указанная цель достигается тем, что в дифференциальном электронном умножителе, содержащем эталонну>о и исследуему:О мишени, два Коллектора, стоящие напротив мишеней, две микроканальные усилительные пластины, расположенные одна за другой между мишенями и коллекторами и цепь коллекторов, включающ чо дифференциальный импульсный усилитель, согласующий усилитель, два измерителя скорости счета (ИСС), компарагор-интегратор и источник калиброванного напряжения, в промежутке между двумя

МКП установлен замедлитель из четырех металлических сеток, обших для обоих каналов, прозрачностью 80 — 90%, в цепь коллекторов Введена цепь отрицатель-, чой обратной связи, содержащая импульсный предусилитель, два формирователя-одновибра тора, трехвходовой суммирующий усилитель и второй источ= ник калиброванного напряжения, при этом коллекторы соединены с разными входами дифференциального усилителя, Выход кото рого через согласующий усилитель и разделительные диоды соединен с входами измерителей скорости счета, выход ИСС эталонного канала подсоединен к инверт>ирующему входу компаратора-интеграто л, Выход которого соединен с первым

Входом трехвходового суммирующего усилителя, и выход трехвходового суммирующего усилителя через первый формирователь-Одновибратор соединен с четвертой сеткой замедлителя, первая сетка замедлителя подключена через импульсный предусипитель с входом второго формирователя-одновибратора, выход которого соединен с вторым входом трехвходового суммирующего усилителя, к третьему входу которого и к неинвертируюшему входу компаратора-интегратора подключены источники калиброванных напряжений.

Этот двухканальный электронный умножитель обладает существенным недостатком, заключающимся в отсутствии синхронизации отпираюших импульсов с проходящими в данный момент электронными лавинами через управляемую сетку

"шеврона . B результате несовпадений возникает дисперсия коэффициента усиления и рабочая точка сходит с плато счетной характеристики "шеврона". Получа ощаяся при этом погрешность счета может достигать 20 - 30%.

Бель изобретения - повышение точности регистрации квантового выхода электр ронной эмиссии.

Сущность изобретения заключается в том, что с помощью введения четырехсеточного замедлителя электронных лавин внутрь двухканального приемника, состояшего из двух МКП по схеме "шеврон", стробируюшей цепи усиления-формирования от первой сетки на четвертую через предусилитель, формирователь-одновибратор, суммирующий усилитель и второй формирователь, а также управляющей цепи обратной свчзи от коллектора канала эталона через дифференциальный усилитель, из» меритель скорости счета, компаратор-интегратор (на второй вход сумматора), за счет импульсного стробирования электрон5 98382 ных лавин в «шевроне" осуществляется стабилизация сигнала на выходе канала эталона на уровне, задаваемом постоянными потенциалами на самостоятельных входах компаратора и сумматора, и ликвидируется дисперсия коэффициента усиления, обусловленная несинхронностью отпираюших импульсов с пропускаемыми электронными лавинами. Благодаря этому, ликвидируется ошибка в счете импульсов, . 10 устраняется перегрузка обоих каналов на сильных линиях излучения источника, а также осуществляется непрерывное вычисление квантовых выходов измеряемого образца и эталона, регистрируемое само- 15 писцем на выходе ИСС канла образца.

Пусть общий поток первичных частиц И делится эталоном и образцом на с и (1- at) соответственно. При квантовых выходах эталона У и образца У, выход- 20 ные скорости счета выражаются как Йс(Y и 8(1 — о() Уо . Когда в процессе измерений М изменяется, цепи стробирования и- обратной связи посредством регулирования пьедестала импульсов на выхо- 25 де сумматора поддерживают величину скорости счета стробированных импульсов в канале эталона постоянной Й - Ы У К=

Э

=coIIsQ где K — - коэффициент пропускания числа злектройных лавин на сетке С, 3р задаваемый числом импульсов формирователя на выходе сумматора, по отношенщо к скорости счета на сетке С, общий для обоих каналов. Тогда в канале образца сигнал равен N (1 — at) Уо. K = (1 — с(,)

Уо cons

На чертеже дана блок-схема дифференциального электронного умножителя. 40

Умножитель содержит эталонную 1 и исследуемую 2 мишени, МКП 3 и 4, общие для обеих мишеней, сигнальную сет» ку 5 четырехсеточного замедлителя, се ки 6 и 7 замедлителя, определяющие пролетную базу для замедленных электронных лавин, стробируюшую сетку 8, регулирующую скорость счета импульсов, коллекто- . ры 9 и 10 эталонной и измеряемой мишеней, дифференциальными усилитель 11 с линейной характеристикой до 25 дБ и коэффициентом подавления синфазных помех .до 40 дБ, основной 12 и согласующий 13 усилители, диоды 14 и 15, разделяющие импульсы разной. полярности от разных каналов по разным ИСС 16 и 17, выдан шим выходные напряжения, пропорциональ ные числу импульсов в 1 с на выходах, компаратор-интегратор 18, выдающий иа3 6 пряжение, пропорциональное интегралу от разности потенциалов ИСС 16 и калиброванного потенциометра 19 ("электронная щель ), сумммируюший усилитель 20, где складываются напряжения импульса от сетки 5, усиленного в предусилителе 21 и сформированного формирователем-одновибратором 22 до стандартной амплитуды

1 и выходного напряжения — "пьедестала от компаратора 18. Кроме того, HB сумматор подается напряжение потенциометра 23 (начальный "пьедестал") для преодоления порога срабатывания второго формировате-ля-одновибратора 24, выдающего стандартные по амплитуде и длительности стробимпульсы, открывающие "шеврон по сетке

8 в момент прохрждения некоторых из электронных лавин. Устройство также содержит самописец 25.

Приемник работает следующим образом.

Выбитые излучением из разных мишеней фотоэлектроны умножаются в МКП-3.

Возникающие электронные лавины входят в замедлитель, образованный сетками 58,,и проходят его за конечное время 0,1 мкс в нулевом поле между сетками 6 и 7. Это время необходимо для формирования с троб-импульс& по тракту сиг» нальная сетка 5 — предусилитель 21одновибратор 22 — усилитель 20 — формирователь-одновибратор 24 для того, чтобы он совпадал с приходом лавины на се ку 8, если выходное напряжение "пьедестал» - суммирующий усилитель 20 позволяет импульсу с формирователя-одновибратора 22 запустить формировательодновибратор 24. Прошедшая сквозь сетку ,8 лавина умножается в МКП 4, достигая полного коэффициента усиления - 108, соответствующего режиму насыщения счетной характеристики. По своим коллекторам

9 и 10 соответствующие импульсы проходят через усилители 11 — 13, разделяются диодами 14 и 15 на разные ИСС; из них импульсы эталонного канала - на

ИСС 16 и компаратор 18. Если скорость счета на коллекторе 9 эталона велика, то выходное напряжение U<< больше, чем

О, поэтому U< на выходе компаратораинтегратора падает, уменьшая "пьедестал для импульсов формирователя 22, что нв. позволяет срабатывать формирователю 24, увеличивая просчеты электронных лавин, поэтому скорость счета в канале эталона начинает падать. При обратном соотноше» нии 01g u V все происходит наоборот.

Таким образом осуществляется автоматическая регулировка потока электронных лавин на уровне, задаваемом 01,вне зависимости от уровня первичного облучения мишеней 1 и 2. При этом ИСС 17 и самописец 25 регистрируют отношение кванто- 5 ,вых выходов У (Ч

В предлагаемом устройстве за счет стробирования электронного потока стандартными импульсами с помощью сеток и обеспечения синхронизации этого стробирования регулировкой времени пролета базы между сетками 6-7, так что момент отпирания сетки 8 строб-импульсом совпа дает с прохождением электронной лавины через сетку 8, коэффициент усиления "ruea >5 рона" не испытьпзает дисперсии, не умень шается, и амплитудное распределение коллекторных импульсов сохраняется ненарушенным. Счет импульсов всегда происходит на плато счетной характеристики МКП,2о что позволяет ликвидировать погрешность в счете импульсов, достигающую 20-30%.

Формула изобретения 25

Дифференциальный .электронный умножитель, содержащий эталонную и исследуемую мишени, два коллектора, стоящие .напротив мпиеней, две микроканальные зо усилительные пластины, расположенные одна за другой между мишенями и коллекторами, и цепь коллекторов, включающую диАЬеренциальный импульсный усилитель, согласующий усилитель, два измерителя скорости счета, компаратор-интегратор и источник калиброванного напряжения, о тл и ч а -.o шийся тем, что, с целью повышения точности регистрации кванто« вого выхода электронной эмиссии, в про- 40 межутке между двумя микроканальными пластинами установлен замедлитель из

23 8 четырех металлических сеток, общих для обоих каналов, прозрачностью 80-90%; в цепь коллекторов введена цепь отрицательной обратной связи, содержащая импульсный предусилитель, два формирователя-одновибратора, трехвходовой суммирующий усилитель и второй источник калиброванного напряжения, при этом коллекторы соединены с разными входами диф-. ференциального усилителя, выход которого через согласующий усилитель и разделительные диоды соединен с входами измерителей скорости счета, выход измерителя скорости счета эталонного канала подсоединен к инвертируюшему входу компаратора-интегратора, выход которого соединен с первым входом трехвходового суммирующего усилителя, и выход трехвходового суммирующего усилителя через первый формирователь-одновибратор соединен с четвертой сеткой замедлителя, первая сетка замедлителя соединена через импульсный предусилитель с входом второго формирователя-одновибратора, выход которого соединен с вторым входом трехвходового суммирующего усилителя, к третьему входу которого и к неинвертируюшему входу компаратора-интегратора подключены источники калиброванных напря жений.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. "Реч 5ci 3nstr 47, № 3, 1976, с. 282.

2. "Кеч 5с 3n sir ", 48, № 1, 1977, с. 95.

3. " еч sci instr", 48, N 9, 1977, с. 12 17.

4. Авторское свидетельство СССР № 2964554/18-21, кл. Н 01 Х 40/14, 24.07.80.