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

Текст из файла (страница 16)

где  – контраст изображения на экране ЭОП при проецировании на его фотокатод большого (диаметром несколько мм) непрозрачного предмета, В_св – яркость световых участков экрана, В_т – яркость темных участков экрана.

По способу переноса электронного изображения с фотокатода на экран ЭОПы можно разделить на три типа:

1) ЭОП с параллельным переносом изображения в однородном электрическом поле (плоский);

2) ЭОП с электромагнитной фокусировкой;

3) ЭОП с электростатической фокусировкой в неоднородном поле.

Методы усиления яркости изображения

Яркость изображения на экране ЭОПа можно увеличить, изменяя конструкцию электродов или совершенствуя технологию их изготовления и соответственно параметры:

1. Увеличение чувствительности фотокатода.

2. Увеличение световой отдачи экрана.

3. Увеличение энергии электронов.

4. Сжатие электронно-оптического изображения.

Световой поток с экрана ЭОП всегда расходится в телесном угле 2 независимо от размеров изображения. Поэтому его яркость на экране при одинаковой освещенности фотокатода возрастает как квадрат уменьшения электронно-оптического изображения.

У
силение яркости методом оптического контакта экрана с фотокатодом

На рис. 5.13 показан один из вариантов конструкции плоского ЭОПа.

Фотокатод 2 наносится на входное стеклянное окно 1. Экран 5 покрыт тонкой плотной алюминиевой пленкой, поверхность которой, обращенная к фотокатоду, обладает низким коэффициентом отражения. Экран 5 наносится на выходное стеклянное окно 4. Кольцеобразная оболочка 3 изготовлена из полупроводящего темного стекла, сопротивление которого не превышает 10¹⁵Ом. Выходное окно с экраном и оболочка спаиваются легкоплавким стеклоприпоем. Электрический вывод осуществляется нанесенными на выходное окно и на нижнюю плоскоть оболочки тонкопленочными металлическими покрытиями 7. Вакуумплотное соединение входного окна с оболочкой осуществляется холодным прессованием в вакууме через индиевое кольцо 6.

Соединяя последовательно отдельные ячейки ЭОПа, можно получить усиление яркости, близкое к произведению коэффициентов усиления каждого ЭОПа. Такой ЭОП выполняется в виде многокамерного прибора в единой вакуумной оболочке.

При соединении нескольких ЭОПов прозрачная перегородка между экраном предыдущего ЭОПа и фотокатодом последующего должна быть как можно тоньше, чтобы не было существенной потери разрешающей способности.

Однако из-за рассеивания светового потока на переходах выигрыш в усилении и разрешающая способность теряются ~ 50%.

Волоконно-оптические окна на входе и выходе ЭОПа позволяют соединять их каскадами, при этом передача изображения с экрана предыдущего ЭОПа осуществляется с помощью непосредственного оптического контакта между поверхностями волоконно-оптических окон. Такие окна представляют собой пластины, состоящие из многих миллионов параллельных стеклянных волокон, каждое из которых окружено оболочкой из стекла с меньшим коэффициентом преломления. Все волокна плотно спрессованы и спечены так, что пластина является вакуумноплотной и служит не только окном для ввода оптической информации, но и окном оболочки вакуумного прибора – ЭОПа.

Каждое волокно в пластине образует самостоятельный световой канал, а волоконно-оптическая пластина переносит оптическое изображение с одной плоскости в другую. Волоконно-оптическую пластину можно считать пластиной нулевой оптической толщины.

Применение волоконно-оптических окон позволяет получить не только высокий коэффициент сбора света, но и высокий контраст изображения.

Усиление яркости изображения может обеспечиваться микроканальной пластиной.

Принцип работы микроканальной пластины (МКП) описан в разделе 5.5. Электронное умножение в МКП происходит при каждом из многочисленных соударений электронов со стенкой канала. Так как число соударений зависит от отношения длины канала к его диаметру и от общего напряжения на каналах, то можно без изменения характеристик МКП значительно уменьшить диаметр каналов. Значит, если соединить параллельно миллионы каналов в единый массив – МКП, то каналы должны работать независимо и вся МКП усиливает двухмерную картину по яркости, разбив ее по числу каналов и сохранив при этом пространственное распределение информации (изображение).

Для усиления яркости изображения МКП располагается перед экраном так, чтобы перенос электронного изображения с МКП на экран происходил в равномерном электрическом поле.

Для получения предельного усиления, когда наблюдатель видит вспышку, являющуюся результатом вылета с фотокатода одного электрона, в современных ЭОПах достаточно получить усиление по току в МКП всего лишь в несколько тысяч раз.

Большинство ЭОПов применяются в приборах ночного видения для обнаружения или распознавания слабоосвещенных и малоконтрастных объектов, вождения ночью, проведения ремонта в ночных условиях и т.д.

Рентгеновский ЭОП

Рентгеновские РЭОПы предназначены для работы в медицинской рентгенотехнической аппаратуре. Схема устройства РЭОПа приведена на рис. 5.14.

В таком РЭОПе происходит трехкратное преобразование изображения:

1. рентгеновское изображение, сформированное из потока рентгеновских квантов, прошедших через облучаемый объект 1, преобразуется во входном экране 3 в световое изображение;

2. это световое изображение преобразуется фотокатодом 4, находящимся со входным рентгеновским экраном в плотном оптическом контакте, в электронное изображение;

3. электронное изображение переносится электрическим полем высоковольтной эммерсионной линзы и фокусируется с уменьшением примерно в 10 раз в плоскости выходного экрана 6, где вновь возникает световое изображение, но уже в несколько тысяч раз более яркое;

4. РЭОП конструируют так, чтобы диаметр входного рентгеновского экрана перекрывал размеры исследуемого органа человека (5–60 см).

Применение РЭОПов позволяет:

а) повысить информативность рентгеновского изображения и тем самым получать более достоверную диагностику;

б) вести рентгеновские исследования с уменьшенной в 10 раз дозой облучения пациентов;

в) обеспечить дистанционное наблюдение, что позволяет устранить облучение рентгенолога (РЭОП имеет телевизионный выход);

г) проводить рентгеновские исследования в светлом помещении;

д) проводить фотографирование на малоформатную пленку;

е) проводить рентгенокиносъемку или запись на магнитную ленту.

6 ИОННЫЕ ПРИБОРЫ

6.1 Явление газового усиления

Прохождение тока через газообразную среду называют газовым разрядом.

Все газовые разряды можно разделить на два вида: самостоятельные и несамостоятельные. Разряд несамостоятельный, если он горит только при подаче электронов в разрядный промежуток. Причем электроны могут подаваться от любого катода (термокатода, фотокатода). Как только электроны перестают эмиттироваться катодом, разряд гаснет.

Самостоятельный разряд развивается от «случайных электронов» (рентгеновское облучение солнцем) и горит только при подаче напряжения между анодом и катодом. Катоды в самостоятельном разряде, как правило, холодные.

Рассмотрим развитие лавины в несамостоятельном разряде (рис.6.1). На катод падает поток света ( ) и обеспечивает выход электронов с катода за счет фотоэмиссии. Электроны ускоряются в промежутке анод-катод ( ) на расстоянии, равном средней длине свободного пробега, набирают энергию, достаточную для ионизации атомов. Происходит ионизация атомов, в результате появляется еще один электрон и ион. Ион движется к катоду, а два электрона – к аноду. В следующий акт ионизации образуются 4 электрона и 2 иона и т.д. Появляется так называемая лавина. Ионы, бомбардируя катод, вызывают дополнительную ионно-электронную эмиссию с катода, увеличивая число частиц в последующей лавине.

Рис.6.1 – Схема развития несамостоятельного разряда

К А

d

Ионы, ускоряясь к катоду, способны ионизировать атомы. Все эти процессы обеспечивают развитие разряда. Если под действием света с катода идет ток , а в результате многих лавин в цепи анода установится ток , возникает вопрос какая связь между ними.

Таундсенд ввел коэффициент объемной электронной ионизации , показывающий, сколько ионизаций совершает электрон на 1 м пути в газе.  – первый коэффициент Таундсенда.

 – второй коэффициент Таундсенда, это коэффициент объемной ионной ионизации, показывающий, сколько ионизаций совершает ион на 1 м пути в газе. Исследования показали, что этот коэффициент невелик, и мы его не будем учитывать.

 – третий коэффициент Таундсенда, коэффициент ионно-электронной эмиссии, показывающий сколько электронов выбивает из катода один ион, пришедший на него. В результате Таундсенд получил уравнение газового усиления:

где – ток фотоэмиссии с катода;

– ток разряда.

6.2 Условие возникновения самостоятельного разряда

При выводе уравнения газового усиления предполагалось, что из-за малых значений  и небольших значений величина . Это значит, что знаменатель уравнения представляет конечную положительную величину.

Если уменьшить ток , то будет уменьшаться и анодный ток. При =0 будет и =0. Это характерно для несамостоятельного разряда.

Если при = const увеличивать ионизирующую способность электронов (изменяя давление и напряженность электрического поля), то будет увеличиваться за счет увеличения в числителе и за счет уменьшения знаменателя . Однако, пока выполняется неравенство , анодный ток будет, если есть ток эмиссии, т.е. разряд остается несамостоятельным.

Если, увеличивая , выполнить условие , то весь знаменатель равен нулю и при =0 появится неопределенность. При малых уравнение дает большие . Физически это означает, что ток будет и при =0.

Лавины настолько мощные, что эмиссия электронов из катода под действием ионной бомбардировки обеспечивает разряд.

Таким образом, – условие перехода несамостоятельного разряда в самостоятельный.

Условие: разряд становится самостоятельным, если один из выходящих из катода электронов порождает такое количество ионов, которое, приходя к катоду, вновь выбивает из него не менее одного электрона.

Характеристики

Список файлов книги