электровакуум.приборы (1084498), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Получить такое усиление в однокамерном ЭОП за счет повышения чувствительности фотокатода, светоотдачи экрана, увеличения напряжения питания и сжатия изображения не представляется возможным. Существуют два способа дальнейшего повышения коэффилиента усиления яркости: каскадное усиление, основанное на последовательном соединении однокамерных ЭОП, и внутрикамерное усиление фото. катода с помощью вторичных электронных эмиттеров. Последовательное соединение ЭОП позволяет получить общее усиление светового потока, близкое к произведению коэффициентов усиления отдельных ЭОП, с учетом спектральных характеристик излучения экрана и чувствительности фотокатода.
Последовательное соединение, при котором изображение объекта проецируется с экрана предыдущего преобразователя на фотокатод последующего с помощью оптических систем, является малоэффективным из-за больших потерь светового потока в промежуточных оптических системах.
Распространение получили конструкции ЭОП, основанные на принципе оптического контакта, когда однокамерные преобразователи объединяются в общий вакуумный баллон (рис. 23.4). Каждая камера отделяется от соседней тонкой !около нескольких микрон) прозрачной пластинкой слюды или стекла, на которую с одной стороны наносится слой люминофора, а с другой — фоточувствительный слой. Комбинация экран — слюда — фоюкатод называется каскадом усиления, а ЭОП, содержащий каскады усиления, — мноюкамерным или каскадным.
Камер всегда на одну больше, чем каскадов усиления; так, двухкамерный ЭОП содержит один каскад усиления, В практических конструкциях число каскадов усиления обычно не превышает пяти, что позволяет регистрировать каждый электрон, вьшетающнй из фото- катода. Для получения высокого коэффициента преобразования спектральные характеристики экрана и фотокатода каждого каскада усиления должны быть хорошо согласованы, т.е. необходим высокий коэффициент использования фотокатодом потока излучения с экрана. При этом неважно, в каком участке спектра работает каскад с согласованными спектральными характеристиками.
Предел разрешения многокамерных ЭОП определяется свойствами экрана и толщиной слюдяной перегород- 266 Рнс. 224. Конструкция двухкамерного однокаскадного ЭОП: 1 — фотокатод первой камеры; 2 — анод первой камеры; 5 — экран первой камеры; 4 — фотокатод второй камеры; 5 — анод второй камеры; б — экран второй камеры 1 Р 5 б Рнс. 23.5. Трехмодульный двухкаскадный ЗОП: ! — фотокатоды; 2 — экраны; 5 — стекловоло- конные пластины ки.
Порошковые экраны на слюдяной перегородке толщиной 5 — 10 мкм обеспечивают предел разрешения около 50 пар диний на миллиметр. Недостатками многокамерных ЭОП с электростатической фокусировкой являются высокое напряжение питания, неравномерность предела разрешения по поверхности экрана (разрешение от центра к краям экрана спадает в 5 — !0 раз), а также громоздкость конструкции и сложносп изготовления.
В значительной мере лишены указанных недостатков многокамерные ЭОП, составляемые из отдельных однокамерных ЭОП-модулей, с использованием для оптического контакта стекловолоконных плоско- вогнутых пластин (рис. 23,5) . Эти пластины состоят из мнохсества тонких (диаметром несколько микрон) стеклянных волокон. Плоские отполированные наружные поверхности пластин позволяют осуществить хоропщй оптический контакт отдельных модулей, которые обычно вставляются в общую цилиндрическую капсулу. Определенный профиль внутренней поверхности стекловолоконных пластин, на которые наносится фоточувствительный слой или люминофор, обеспечивает равномерную разрешающую способность по экрану.
В результате раз. решающая способность на краях поля зрения увеличивается более чем в 10 раз. Коэффициент усиления яркости многомодульных ЭОП несколько ниже, чем в мноюкамерных ЭОП с таким же количеством камер, что объясняется большими потерями света (до 40%) в стекловолокон- 267 1 2 3 а1 Рнс. 23.6. Устройство ЭОП с пннопным умнояителем, работающим "на прострел". 1 — фотокатод; 2 — фокуснруюшая катушка; 3 — днноды; 4 — экран ных межкаскадных соещанениях по сравнению с потерями в тонких слюдяных пластинках.
Эффективным способом повышения коэффициента усиления яркости является внутрикамерное усиление фототока вторично-электронными умножителямн. В настоящее время в ЭОП применяются гюа типа умножительных систем: система с плоскими вторичными эмиттерами сквозного типа, работающими "на прострел", и распределенная умножнтельная система в виде микроканальных пластин (см. 8 14.3) . Тонкопленочные эмиттеры, работающие "на прострел", бьши рассмотрены в 8 13.2, поэтому остановимся только на особенностях их использования в ЭОП. При ускоряющем напряжении между пластинами около 5 кВ коэффициент вторичной эмиссии динода достигает 5. Более высокий коэффициент вторичной эмиссии (30 — 40) может быть получен в толстых (около 10 мкм) рыхлых пленках хлористого калия, нанесенных на алюминиевую пленку путем испарения в атмосфере инертного газа.
Вдоль слоя пористого диэлектрика располагается мелкоструктурная сетка, на которую подается напряжение 50 — 250 В относительно проводящей подложки. В результате в слое диэлектрика возникает сильное электрическое поле, напряженность которого достигает 10' В/см. Это поле облегчает выход вторичных электронов, образуемых в результате лавинной ионизации первичными электронами.
Коэффициент усиления яркости в таких ЭОП может быль получен около 104 105 Предел разрешения каскада усиления "на прострел" в основном опрее деляется большим значением начальной энергии вторичных электронов 268 Рнс. 23.7. Конструкции ЭОП с умножнтельной системой на мнкроканальных пластннах: а — плоский ЭОП; б — ЭОП с электростатической линзой (1 — фотокатод; 2 — анод; 3 — мнкроканальная пластала; 4- экран) по сравнению с фотоэлектронами. Снижение предела разрешения и уменьшение контрастности изображения происходит также в результате пролета первичных электронов через динод без потери энергии. Высокая энергия электронов (более 50 эВ) препятствует нх фокусировке, что значительно снижает качество изображения. На рнс.
23.6 схематически изображен ЭОП с динодным умножнтелем, работающим "на прострел". Фокусировка электронов осуществляется длинной магнитной катушкой. Поле катушки создает ряд фокальных плоскостей, с которыми и совмещены диноды. Предел разрешения пятидинодного ЭОП с магнитной фокусировкой достигает 30 пар линий на миллиметр. Серьеэньш недостаток ЭОП с умножительной системой, работающей "на прострел*', — малая долговечность, которая объясняется отравлением фотокатода хлором, выделяющимися из динодов при электроннойй бомбардировке. В последнее время широкое распространение получают системы умножения ЭОП на МКП.
Множество соединенных параллельно каналов аме м 10 — 20 мкм в одну микроканальную пластину усиливает двухмерное электронное изображение с фотокатода, р р сох аняя и н этом пространственное распределение информации. В плоском ЭОП с МКП (рис. 23.7, а) электронное изображение с фотокатода переносится на входную поверхность микроканальной пластины однородным электростатическим полем.
Разделенное множеством независимых каналов на элементы, электронное изображение уснли- 269 вается по интенсивности и с выхода МКП переносится на экран также однородным полем. Входная поверхность МКП находится на расстоянии 0,1 — 0,2 мм от фотокатода, что обеспечивает высокую напряженность поля при сравнительна небольшом ускоряющем напряжении (300 — 500 В). Предел разрешения такою ЭОП составляет 30 — 40 пар линий на миллиметр. При расстоянии МКП от экрана 0,5 мм и ускоряющем напряжении 5 кВ кружок рассеяния получается меньше отверстия канала. Недостатками плоских ЭОП с МКП являются сложность изготовления, ионная и оптическая обратные связи, а также "сквозной" пролет электронов через канал беэ соударений со стенками. Эти недостатки почти устранены в ЭОП с электростатической линзой и МКП (рис.
23.7, б). Увеличение расстояния фотокатод — МКП дает возможность увеличить напряжение, ускоряющее фотоэлектроны. Повышение энергии фотоэлектронов, в свою очередь, позволяет нанести на входную поверхность МКП тонкую алюминиевую пленку, предатвращаюшую появление ионной и оптической обратных связей: Кроме того, угловое распределение электронов на выходе такой пленки почти не зависит от угла прихода первичных фотоэлектронов, что обеспечивает более равномерное усиление по всей поверхности МКП. Применение МКП дает возможность получить в одном приборе коэффициент преобразования 10 — 10', т.е. такое же значение, какое дает трехкамерный ЭОП с двумя каскадами усиления, построенными по принципу оптического контакта экран — фотокатад.
Рентгеновские ЭОП. Широкое применение ЭОП находят в рентгенов. ской технике. Малая допустимая доза рентгеновского облучения в медицинской рентгеноскопии не позволяет получить удовлетворительное иэображение объекта исследования на люминесцентном экране. Увеличение эффективности рентгенолюминофоров до максимального теоретического значения позволило бы повысить яркость современных экранов не более чем на порядок, а лля существенного улучшения качества рентгеновских приборов необходимо усиление яркости в несколько тысяч раз.
Использование рентгеновского ЭОП обеспечивает усиление яркости в 5 — 15 тыс. раз при пределе разрешения, отнесенном к входному экрану, до 3 пар линий на миллиметр. В рентгеновском ЭОП в отличие от обычного происходит тройное преобразование изображения: рентгеновское излучение преобразуется ренттенолюминофорным экраном в световое, световое изображение с экрана передается на находящийся с ним в оптическом контакте фотокатод, далее электронное изображение прееносится на катодолюминофорный экран, на котором возникает световое изображение, обычно сжатое в 10 раз. Применение рентгеновских ЭОП в области нераэрушающего контроля материалов и изделий позволило повысить информативность и чувствительность дефектоскопов.
Контрольные вопросы и задания 1 Каково назначение ЭОП? 2. От чего зависят и чем отличаются коэффициент усиления яркости и коэффициент преобразования? 3. Какие достоинства и недостатки имеют плоские ЭОП? 4. Какую роль в работе ЭОП играет ею ЭОС? 5. Для чего применяются волоконно-оптические элементы в конструкции ЭОП? 6. Как осуществляется фокусировка электронов в ЭОП с динодным усилителем, работающим "на прострел"? 7. Опишите принцип работы и конструкцию ЭОП с умножительной системой на МКП. 8. Каково принципиальное отличие рентгеновских ЭОП? Часть пятая ИОННЫЕ ПРИБОРЫ Рнс 24.1.
Вольт-емнернея хе- 0 В ректернстнке дяодного газо- разрядного промежутка 17 в юв Глава двадцать четвертая ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИОННЫХ ПРИБОРАХ 24.1. ВОЛЬТ.АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА И ОСОБЕННОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ ИОННЫХ ПРИБОРОВ Электрический разряд (ток) в газе возникает, когда к электродам газонаполненного промежутка приклагютвается напряжение, способное вызвать ионизацию атомов и молекул газа и превратить его из диэлектрика в проводник. Рассмотрим вольт-амперную характеристику (ВАХ) простейшего диошюго газонаполненного промежутка, представляющего собой два холодных металлических электрода (анод и катод), пространство между которыми заполнено газовой средой. Такая ВАХ для стационарного включения изображена на рис.
24.1, причем по оси абсцисс откладывается ток в погарифмическо м масштабе. При низких напряжениях (менее 50 В) газовый промежуток является почти идеальным изолятором, а небольшой начальный ток 10 ' 10 " А, протекающий через него, обусловлен внешними ионизирующими факторами, в частности космическим излучением. Увеличение начального тока с напряжением на участке АВ ВАХ обусловливается более полным собиранием на электродах ионов и электронов, появившихся в результате иониэацни внешними факторами нейтральных атомов или молекул в объеме. На участке ВС ВАХ собирание происходит полностью и ток достигает почти постоянного значения. Когда напряжение становится выше 50 — 200 В (в зависимости от материала катода и используемого газового наполнения), электроны, созданнъзе благодаря внешним факторам, ускоряются в эдектрическом поле настолько сильно, что приобретают способность ионизировать атомы или молекулы нейтрального газа; при этом возникают вторичные электроны и ионы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
