ВТОРИЧНО-ЭМИССИОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ Российский патент 2009 года по МПК H01J43/06 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к приборам, использующим вторичную электронную эмиссию с целью умножения электронов, и может быть использовано для регистрации фотонов, электронов и ионов в исследованиях по физике высоких энергий, ядерной физике, радиационной медицине и в различных технических приложениях. Заявляемый вторично-эмиссионный умножитель предназначен в том числе для использования в качестве умножительных систем малогабаритных фотоумножителей многоканальных систем регистрации световых сигналов.

Известна конструкция вторично-эмиссионного умножителя распределенного типа без фокусировки - так называемый умножитель каналового типа (″Electron Multipliers″, PHILIPS, BOOK PC 12, 1991), состоящая из стеклянного капилляра с раструбом на входе и внутренней поверхностью, покрытой электропроводящим слоем (обычно окисью свинца), обладающим эффективной вторичной электронной эмиссией. Недостаточная эффективность собирания электронов в умножительную систему, относительно невысокая величина коэффициента вторичной эмиссии каналового умножителя, не превышающая значения 3, и относительно большие габаритные размеры затрудняют использование указанных умножителей для эффективной регистрации фотоэлектронов, как, например, в случае их использования в малогабаритных фотоумножителях для регистрации черенковского или сцинтилляционного излучений.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является умножительная система распределенного типа с магнитной фокусировкой, используемая в фотоумножителях (В.Г.Васильченко и др. ″Годоскопический фотоумножитель ГФЭУ-30″, ПТЭД978, №4, 183, с.183). Основным недостатком указанной системы является практическая невозможность уменьшения ее поперечных габаритов менее нескольких сантиметров, что связано с конечными размерами магнитов и магнитопроводов.

Техническим результатом данного изобретения является улучшение эффективности собирания электронов в умножительную систему и уменьшения ее поперечных размеров до значений менее 10 мм. Заявляемый вторично-эмиссионный умножитель содержит электропроводящую пленку, нанесенную на внутреннюю поверхность секционированного стеклянного цилиндрического корпуса и обладающую высоким значением коэффициента вторичной эмиссии, фокусирующую тонкую электропроводящую нить, расположенную по оси или вблизи оси цилиндра, анодный узел и выводы от электродов, выполненные в виде металлических колец, впаиваемых между секциями стеклянного корпуса умножителя.

Данная конструкция обеспечивает близкую к 100% эффективность собирания электронов в умножительную систему, высокую, превышающую значение 10 величину коэффициента вторичной эмиссии в умножительной системе.

На чертеже показано продольное сечение вторично-эмиссионного электронного умножителя вдоль продольной оси. Умножитель содержит цилиндрический стеклянный секционированный корпус (8) с раструбом. Умножитель имеет открытый вход, на внутренние поверхности раструба и начальной части цилиндрического корпуса нанесено проводящее вторично-эмиссионное покрытие (2) - электропроводящая пленка, обладающая высоким значением коэффициента вторичной эмиссии. На основной части внутренней поверхности цилиндрического корпуса также нанесено вторично-эмиссионное проводящее покрытие (6). Внутри корпуса последовательно расположены вдоль продольной оси прибора: кольцевой металлизированный контакт (1), обеспечивающий контакт с началом проводящего вторично-эмиссионного покрытия (2) вблизи открытого входа умножителя; кольцевой металлический ввод (4), контактирующий с концом проводящего покрытия (2) и позволяющий распределять электрический потенциал вдоль этого проводящего покрытия; электрод-диафрагма (3) с кольцевым металлическим вводом, обеспечивающим также контакт к началу вторично-эмиссионного покрытия (6), нанесенного на внутреннюю поверхность стеклянного цилиндрического корпуса; иглообразный металлический электрод с металлической конусообразной манжетой (5), электрически соединенный с электродом-диафрагмой и скрепленный через стеклянный изолятор с тонким осевым электродом (7) умножительной системы; кольцевой металлический ввод (9), обеспечивающий контакт к концу проводящего покрытия (6); анодный узел (10) с кольцевым металлическим вводом.

Заявляемый вторично-эмиссионный электронный умножитель работает в вакууме следующим образом: вторично-эмиссионные электроны, выбиваемые фотонами или ионами из покрытия (2) и сфокусированные электрическим полем, образованным проводящим покрытием на входе цилиндра и электродом-диафрагмой (4), пролетают через отверстие в диафрагме и под действием электрического поля вблизи игловидного электрода (5) попадают на начало вторично-эмиссионного покрытия (6), вызывая вторичную электронную эмиссию. Вторичные электроны под действием электрического поля между внутренней поверхностью цилиндра и тонким осевым электродом (7) движутся к оси прибора, а под действием распределенного вдоль резистивной пленки потенциала набирают скорость в направлении оси прибора. При толщине осевого электрода 20-50 мкм только незначительная часть вторичных электронов сталкивается с ним, основная же часть вторичных электронов пролетает мимо осевого электрода и при дальнейшем движении они сталкиваются с вторично-эмиссионным покрытием (6) и выбивают новые вторичные электроны. Указанный процесс повторяется многократно, что при длине вторично-эмиссионного слоя около 5 см позволяет получить коэффициент умножения превышающий 10⁶. В конце умножительной системы вторичные электроны собираются на аноде (10), с которого снимается электрический сигнал. Длительность электрического сигнала с анода умножителя от отдельного фотоэлектрона не превышает нескольких наносекунд.

Изобретение относится к регистрации фотонов, электронов и ионов в исследованиях по физике высоких энергий, ядерной физике, радиационной медицине и в различных технических приложениях, а также для использования в качестве умножительных систем малогабаритных фотоумножителей. Вторично-эмиссионный умножитель электронов содержит электропроводящую пленку (2), нанесенную на внутреннюю поверхность входной части цилиндрического стеклянного секционированного корпуса умножителя (8). Электрод-диафрагма (4) электрически соединен с иглообразным электродом (5) с металлической конической манжетой. Электрод связан через изолятор с осевым электродом в виде тонкой проводящей нити (7), которая соединена с анодным электродом (10). Умножение электронов происходит при их соударениях с электропроводящим слоем (6), нанесенным на внутреннюю поверхность стеклянного цилиндрического корпуса и обладающим высоким значением коэффициента вторичной эмиссии. Технический результат - улучшение эффективности собирания электронов в умножительную систему и уменьшение ее поперечных размеров. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Вторично-эмиссионный электронный умножитель, содержащий цилиндрический стеклянный секционированный корпус с проводящим покрытием на внутренней поверхности начала цилиндра и электродом-диафрагмой, отличающийся тем, что умножитель состоит из электропроводящего слоя, нанесенного на внутреннюю поверхность стеклянного цилиндрического корпуса и обладающего высоким значением коэффициента вторичной эмиссии, и электрода в виде проводящей тонкой нити, расположенной вдоль оси или вблизи оси цилиндрического корпуса.

2. Вторично-эмиссионный электронный умножитель по п.1, отличающийся тем, что в него введен электрод в виде металлического конуса, электрически соединенный с электродом-диафрагмой и скрепленный через изолятор с проводящей тонкой нитью.