zlobina_af01 (519754), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

а) системы на дискретных динодах;

б) системы на распределенных динодах;

в) системы с полупроводниковыми умножающими элементами.

Основные требования, предъявляемые к эмиттерам вторичных электронов (динодам), используемым в ФЭУ:

1. коэффициент вторичной эмиссии динода должен быть большим при сравнительно малых энергиях первичных электронов (60100 эВ);

2. коэффициент вторичной эмиссии должен быть стабильным в рабочем режиме;

3. динод не должен обладать фотоэлектронной и термоэлектронной эмиссиями, создающими дополнительный шум;

4. изготовление динодов должно быть простым и не оказывать вредного воздействия на параметры фотокатода;

5. эмиттеры должны иметь достаточно хорошую проводимость.

Число динодов ФЭУ может достигать 23. Напряжение источника питания зависит от числа динодов и достигает 25003000 В.

Интегральная чувствительность ФЭУ (К_ф) равна произведению интегральной чувствительности фотокатода (К_к) на коэффициент усиления ФЭУ:

.

Интегральная чувствительность фотокатода такая же, как в любом фотоэлементе, и составляет 20100 мкА/лм. При коэффициенте усиления М  10⁶ интегральная чувствительность ФЭУ достигает 100 А/лм ток анода может достигать величины 10 мА.

Области применения мнокаскадных ФЭУ очень разнообразны, так как ФЭУ имеют большой коэффициент усиления, малую инерционность и низкий уровень собственных шумов.

С точки зрения применения, все ФЭУ можно разделить на две группы, взяв за основу классификации характер регистрируемого излучения:

1. ФЭУ для измерения предельно малых постоянных или медленно изменяющихся потоков излучения;

2. ФЭУ для регистрации кратковременных быстро изменяющихся малых потоков излучения.

ФЭУ первой группы используются в астрономии и оптической спектроскопии, второй – в ядерной спектроскопии, телевидении (передающие телевизионные трубки) и в качестве приемников излучения оптических квантовых генераторов (ОКГ).

5.5 Микроканальные пластины

М
икроканальная пластина (МКП) – это стеклянная пластина, пронизанная большим числом параллельных каналов (рис. 5.10).

Внутренняя поверхность каналов покрыта полупроводниковым слоем с определенной проводимостью и коэффициентом вторичной электронной эмиссии  > 1. На обе торцевые поверхности нанесены низкоомные металлические слои. Разность потенциалов, приложенная к ним, создает осевое электрическое поле во всех каналах. Электрон, влетая в канал и ударяя по его стенке, вызывает появление вторичных электронов. Электрическое поле ускоряет вторичные электроны в осевом направлении. Двигаясь одновременно под воздействием начальной скорости в радиальном направлении, они ударяются о стенки канала, вызывая появление новых вторичных электронов. Количество электронов внутри канала нарастает, пока не кончится канал. Число каналов в МКП может быть подсчитано по формуле:

N_к 0,907 ,

где N_к – число каналов, Д_п – диаметр пластины, h_к – расстояние между центрами каналов.

Так, в микроканальной пластине диаметром 30 мм при h_к=12 мкм содержится около 5,7 миллиона каналов.

Микроканальная пластина обеспечивает высокий коэффициент усиления (~10¹⁰), который зависит от величины коэффициента вторичной эмиссии поверхности каналов, напряжения на пластине и от отношения длины каналов l_к (толщины МКП) к диаметру канала d_к.. Это отношение _к называют калибром канала:

.

Если между металлическими слоями пластины приложено напряжение U_п, то напряженность электрического поля в канале E = U_п / l_п. Анализ показывает, что существует оптимальное значение калибра канала:

_к.опт. = .

Это означает, что максимальное усиление достигается в том случае, когда разность потенциалов между двумя точками по длине канала, отстоящими друг от друга на расстоянии его диаметра, равно постоянной величине 22 В.

Средняя величина энергии электронов, выходящих из МКП составляет 70 эВ при _к = 60 и U_п = 1000 В.

При умножении электронов в канале образуются ионы, число которых зависит от остаточного газа и от газа, поглощенного стенками. Интенсивная ионизация газа наблюдается на последних 30% пути в канале, где плотность электронов наибольшая. Ионы ускоряются к фотокатоду, бомбардируют его, а это искажает временные характеристики и разрушает катод. При этом значительно сокращается срок службы. Чтобы избежать этого, совершенствуют технологию откачки, улучшают обезгаживание электродов, применяют МКП с криволинейными каналами, устанавливают две или три пластины с прямолинейными наклонными каналами, чтобы затруднить движение ионов к катоду. В результате коэффициент усиления снижается до 10⁶, а срок службы возрастает в несколько раз.

В передающих современных трубках на вход микроканальной пластины методом распыления наносят алюминиевую пленку толщиной 13 нм (рис. 5.11).

Рис. 5.11 – Схема ФЭУ с алюминиевой пленкой

На фотокатод 1 падает поток света ( ). Электроны эмиттируются фотокатодом и попадают в ускоряющее поле анода (4). Однако на их пути расположена алюминиевая пленка 2 и микроканальная пластина 3. Электроны, ускоренные до энергии  1,3 кэВ, проникают через алюминиевую пленку и ударяются многократно в канале пластины. Внутренняя поверхность канала имеет коэффициент вторичной эмиссии . В одной пластине обеспечивается коэффициент усиления В конце пути в канале образуются ионы, которые полем анода ускоряются в противоположном направлении к катоду. Однако алюминиевая пластина для ионов  непреодолимое препятствие, они не могут пройти через нее, поскольку имеют большую массу, а следовательно, значительно меньшую скорость. В результате алюминиевая пластина решила почти все проблемы, стоящие перед МКП. Сейчас они широко применяются в передающих ЭЛТ.

Микроканальные пластины нашли применение в электронно-оптических преобразователях, электронно-лучевых трубках, ФЭУ. МКП размещается перед экраном прибора, при этом резко улучшаются все параметры прибора при значительно меньших токах луча электронов, улучшаются временные характеристики.

5.6 Электронно-оптические преобразователи (ЭОПы)

Зрение позволяет человеку получать наибольшую информацию о событиях, происходящих вокруг него. Поэтому затрачиваются огромные усилия, чтобы расширить эти возможности. Вне сферы нашего восприятия остаются объекты, изображение которых лежит в рентгеновской, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра.

Задачи преобразования спектрального диапазона, усиления яркости или сверхбыстрой регистрации изображения решаются с помощью электронно-оптических преобразователей.

По преобразованию спектрального диапазона электронно-оптические преобразователи охватывают ближнее инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, жесткое и мягкое рентгеновские, нейтронное и гамма-излучения.

В видимом диапазоне ЭОП позволяет повысить яркость изображения в сотни тысяч раз.

Быстродействие ЭОПов настолько велико, что с их помощью можно создать фоторегистрирующие устройства с временным разрешением 10^–12 с.

Основными элементами ЭОПов являются фотокатод с внешним фотоэффектом, фокусирующая и ускоряющая электроны электронно-оптическая система и люминесцентный экран.

С
хематически принцип действия ЭОП показан на рис. 5.12. Изображение предмета с помощью объектива 2 проецируется на фотокатод. За счет фотоэлектронной эмиссии на поверхности фотокатода создается электронное изображение 4, в котором плотность электронов соответствует плотности облучения в самом оптическом изображении 3. Электроны, эмиттируемые из облученной точки фотокатода, покидают его поверхность с различными скоростями под различными углами. Электронно-оптическая система (6) создает в ЭОПе поле, ускоряющее электроны и фокусирующее их таким образом, чтобы все электроны, вылетевшие из этой точки, собрались в соответствующей точке на экране. Таким образом, электронное изображение переносится в плоскость экрана, и при этом распределение степени возбуждения экрана или, соответственно, распределение яркости его свечения определятся распределением плотности облучения в изображении наблюдаемого предмета на фотокатоде.

На этом этапе происходит преобразование электронного изображения в видимое.

В электронно-оптическом преобразователе присходит двойное преобразование из невидимого спектра в электронное изображение, из электронного  в видимое на люминесцентном экране. Состав люминофора экрана подобран так, чтобы получилось яркое и контрастное изображение в видимом свете.

Параметры ЭОПов

Предположим, что на фотокатод площадью S_к падает световой поток Ф_к .

Чувствительность фотокатода (К), как правило, одинакова по всей его поверхности. Значение фототока, излучаемого фотокатодом, будет равно I_ф= К Ф_к. Если светоотдача экрана, измеренная в люменах светового потока, излучаемого экраном, на 1 Вт мощности электронного потока , а анодное напряжение ЭОПа U_a , то экран излучат световой поток Ф_э , равный К  Ф_к   U_a , а усиление светового потока _ф – коэффициент преобразования по яркости  составит

_ф = К  U_а   .

Например, при интегральной чувствительности фотокатода К=200 мкА/лм, анодном напряжении U_a = 10 кВ и светоотдаче  = 30 мл/Вт в ЭОПе обеспечивается усиление светового потока в 60 раз.

Если изображение переносится с фотокатода на экран без изменения масштаба, то яркость изображения на экране возрастает во столько же раз, во сколько возрастает световой поток. Если же изображение на экране уменьшено в m_э = раз, то яркость экрана повышается в Г_э² раз. Величину m_э называют электронно-оптическим увеличением ЭОПа.

Преобразование спектрального диапазона обусловлено разными областями спектральных характеристик фотокатода и экрана.

Четкость изображения на экране ЭОПа определяется как рассеиванием электронов, так и рассеиванием света в экране, стеклянных или слюдяных окнах, в стекловолоконных элементах и т.д. Дискретная структура микроканальных и стекловолоконных пластин, которые применяются в современных ЭОПах, также ограничивает четкость изображения. Важнейшей характеристикой ЭОП, определяющей качество изображения на экране, является сохранение контраста изображения, который определяется соотношением

Характеристики

Список файлов книги