Вторичные электронные умножители

Оценка раздела:

0

Вторичные электронные умножители

- Пассив - Вторичные электронные умножители Вторичные электронные умножители ФЭУ, фотоэлектронные умножители - достаточно известный класс приборов. А вотподобные им ВЭУ - куда более редкая вещь. Вообще говоря, вторичные электронные умножители, как таковые,являются составной частью некоторых электровакуумных приборов (техже ФЭУ, электронно-оптических преобразователей, ряда передающих электронно-лучевых приборов— диссекторов, суперортиконов и др., а также приемно-усилительных ламп).Однако, когда обычно их упоминают, то имеют в виду самостоятельные приборы,служащие для непосредственной регистрации электромагнитного излучения или частиц. ВЭУ находят широкое применение в ядерной физике, космических исследованиях, метрологии и др.Приборы предназначены для регистрации заряженных частиц малых энергий, а также жесткого ультрафиолетовогои мягкого рентгеновского излучений. Эти излучения сильно поглощаются веществом оболочки,поэтому вторично-электронные умножители изготавливаются с открытым входом. Такие приемники, выполняемые без оболочки или имеющие незащищенное (открытое) входное окно, называются ВЭУ открытого типа.Их используют в установках, работающих в условиях естественного вакуума (при космических исследованиях),и в высоковакуумных измерительных устройствах (сканирующих электронных микроскопах, масс-спектрометрах и др.)при давлениях обычно не более 10 −3 Па. Специфическое требование, предъявляемое к ВЭУ открытого типа, — способность сохранять рабочие параметрыпри соприкосновении его эмитирующих поверхностей с воздухом. Этому способствуют защитные свойства тонкой(2,5-5нм) оксидной эмиссионной пленки (Al 2 O 3 , BeO) на алюминии или сплаве CuBe. В отличии от ФЭУ, вторичные электронные умножителине имеют специального фотокатода.Роль катода - непосредственного приемника исследуемого излучения- выполняет первый динод в жалюзийных ВЭУ (ВЭУ-1; ВЭУ-2; ВЭУ-5) и начало канала в каналовых ВЭУ (ВЭУ-4; ВЭУ-6 ). Достоинство ВЭУ - устойчивость параметров к воздействию воздуха, а каналовых ВЭУ, кроме того,малые габариты, масса и удобство в эксплуатации. Напряжение питания ВЭУ 2,5…4,5 кВ, коэффициент усиления составляет 10 7 ...10 8 ,собственные шумы не более 1 одноэлектронного импульса в секунду. Как видно, параметры достаточно хороши, чтобы с такимиумножителями было удобно работать в режиме счета одноэлектронных импульсов для измерения слабых потоков. ВЭУ очень удобны во многих отношениях, в том числе тем, что не требуют для питанияделителей напряжения. Их внутренняя поверхность покрыта тонким полупроводниковым окисным слоем, по которомупри рабочем напряжении питания течет ток порядка долей миллиампера. Из-за этого возникают два интересных эффекта. Во-первых, амплитуда одноэлектронного импульса на выходе ограничена.Короткий (порядка 10 -8 с) выходной импульс уносит с поверхности около 10 -10 ...10 -11 Кл,так что поверхность заряжается положительно. Увеличение напряжения питания не поможет поэтому сделать амплитудуимпульса больше некоторой, при которой эта положительная зарядка станеткритичной. В рабочем режиме одноэлектронные импульсы ВЭУ имеют поэтомусущественно более узкое амплитудное распределение, чем в обычных ФЭУ. Это удобно, но одновременно возникает второй,неудобный эффект. При токе питания 10 -4 А наведенный заряд 10 -10 Кл может быть нейтрализован толькоза время порядка 10 -6 с. Следовательно, в течение примерно микросекунды ВЭУне способен отработать следующий импульс, так что допустимая скорость счета ВЭУ ограничена загрузкамипримерно 10 5 или меньше импульсов в секунду. Канальные умножительные системы представляют собой трубку, которую изготовляют из материала,обладающего необходимыми величинами электрического сопротивления и коэффициента вторичной электронной эмиссии,например высокосвинцового стекла, у которого после термообработки в водороде образуется слой окиси свинца с R =10 7 -10 8 Ом, коэффициентом эмиссии 3,5-4,5 при Ер = 300 эВ. При подаче напряжения около 2,5 кВна концы трубки в слое канала возникнет ток, создающий падение напряжения вдоль канала. Распределенный вдоль канала потенциалсоздает внутри него однородное поле. Вторичные электроны, выбитые из внутренней стенки канала у входа трубки,под действием электростатического поля ускоряются и ударяются о стенку канала в области более высокого потенциала. Коэффициент усиления при калибре трубки (отношении длины к внутреннему диаметру) К = 50 ирабочем напряжении 1,5-2 кВ может достигать 10 5 —10 6 . Для обеспечения линейности световой характеристикивыходной ток сигнала не должен превышать десятой доли тока, протекающего в стенках канала.Значение тока в стенках канала ограничено возможным разогревом и разрушением эмиссионного слоя.Поэтому канальные умножительные системы являются слаботочными. У канальных умножителей эффективность сбора вторичных электроновмала, так как часть потока вторичных электронов за счет распределения по углам вылета попадает в тормозящее поле ине участвует в процессе умножения. В канальных системах из-за отсутствия фокусировки наблюдается значительнобольшая неоднородность траекторий электронов, чем в дискретных системах. Однако это не приводит к значительному разбросувремен пролета электронов за счет малых размеров канала и абсолютная величина разброса может бытьсущественно меньше, чем в системах на дискретных динодах. Недостатками прямых трубок являются оптическая и ионная обратные связи,поэтому их изгибают или придают форму спирали. ВЭУ-6 Пожалуй, это самый распространенный из ВЭУ, он выпускается и до сих пор. Вторично-электронный умножитель канального типа, с электростатической фокусировкой электронови открытым входом, предназначен для регистрации заряженных и нейтральных частиц, ультрафиолетовогои мягкого рентгеновского излучений. Конструктивные особенности - имеет открытый вход, диаметр входного окна 8 мм. Число динодов - 1. Канал ВЭУ-6 представляет собой тонкую трубку, диаметром около 1.5 мм, изогнутую по радиусу5...6 мм. На входе канал расширяется конусом 90° до диаметра 1 см. Функции делителя напряжения выполняют собственно каналовые эмиттеры. Существует в двух модификациях - с клеевым или механическим креплением умножителя и выводов к корпусу. Подробные данные на негоот производителя, и справочныйлист из отраслевого справочника. Производитель - предположительно, орджоникидзевский завод "Гран". Электрические параметры Коэффициент усиления напряжения - не менее 1х10 8 Ток питания канала при напряжении 4000 В - 5...20 мкА Напряжение между источником электронов и входом прибора - 200...600 В Темновой фон - не более l имп/с Амплитудное разрешение - не более 0,5 Скорость счета - не более 10 5 имп/с. Средний выходной ток - не более 1 мкА Напряжение питания - не более 4 кВ Коэффициент усиления 1х10 8 ...7х10 8 Температура прогрева в вакууме не ниже 133х10 -5 Па(10 -5 мм рт. ст.) в течение не более 5 ч - 200°C Наработка - 300 ч Источники: 1. Кацнельсон Б.В. и др. Электровакуумные электронные и газоразрядные приборы:Справочник / Б.В. Кацнельсон, А.М. Калугин, А.С. Ларионов; Под общ. ред. А.С. Ларионова. -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985.