УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ МИКРОКАНАЛЬНОЙ ПЛАСТИНЫ ВНУТРИ ВАКУУМНОГО КОРПУСА ВАКУУМНОГО ФОТОЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА Российский патент 2018 года по МПК H01J31/50 

Изобретение относится к вакуумным фотоэлектронным приборам (ФЭП), в которых для усиления фототока используются микроканальные пластины, а более конкретно к узлу крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора, и может быть использовано при изготовлении таких упомянутых вакуумных фотоэлектронных приборов, как фотоэлектронные умножители (ФЭУ), детекторы фотонов, телевизионные передающие трубки, электронно-оптические преобразователи (ЭОП).

Известен тип вакуумных фотоэлектронных приборов, используемых для усиления фототока - электронного потока, излучаемого эмиссионным фотокатодом под действием оптического излучения, и преобразования его энергии в электрический сигнал (в фотоэлектронных умножителях, детекторах фотонов, телевизионных передающих трубках) или в видимое оптическое излучение (в электронно-оптических преобразователях). Вакуумные фотоэлектронные приборы данного типа содержат эмиссионный фотокатод и анод, которые удерживаются внутри вакуумного корпуса. Для усиления фототока вакуумные фотоэлектронные приборы данного типа содержат микроканальную пластину (МКП), располагающуюся между фотокатодом и анодом, а также средства для удерживания микроканальной пластины и ее фиксации внутри вакуумного корпуса на определенном расстоянии от рабочих поверхностей упомянутых электродов - фотокатода и анода. Для обеспечения работы вакуумного фотоэлектронного прибора к фотокатоду и аноду подаются электрические напряжения. Также различные электрические потенциалы подводятся на обе поверхности микроканальной пластины для возникновения в ее каналах эффекта усиления электронного потока. Вакуумный корпус вакуумного фотоэлектронного прибора, как правило, состоит из множества кольцевых элементов, которые расположены друг на друге вдоль осевой линии вакуумного корпуса и герметично закреплены между собой. При этом известно, что одни кольцевые элементы вакуумного корпуса выполнены диэлектрическими, а другие кольцевые элементы вакуумного корпуса выполнены металлизированными, токопроводящими, то есть из металла или из диэлектрика с нанесенной на его поверхность металлической пленкой (RU 2510096, опубл. 20.03.2014), для обеспечения подачи электрического напряжения от внешнего источника питания к вышеупомянутым электродам, расположенным внутри вакуумного корпуса. При этом металлизированные кольцевые элементы вакуумного корпуса, как правило, своими поверхностями выступают внутрь упомянутого вакуумного корпуса для контактирования с расположенными внутри него фотокатодом, микроканальной пластиной и анодом. Вместе с этим, так как к фотокатоду, микроканальной пластине и аноду подводятся различные по величине электрические потенциалы, то все три упомянутых электрода, располагаясь внутри вакуумного корпуса, электрически изолированы друг от друга. Таким образом, в вакуумных фотоэлектронных приборах данного типа фотокатод, микроканальная пластина и анод являются электрически управляемыми и закреплены на определенном расстоянии друг от друга внутри вакуумного корпуса, который выполнен с возможностью подачи на упомянутые электроды электрических напряжений от внешнего источника питания.

Из описания к патенту на изобретение «Light weight/small image intensifier tube» (US 5994824 (А), опубл. 30.11.1999) известно решение узла крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса электронно-оптического преобразователя, которое принято в качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения. Согласно описанию к патенту US 5994824 (А) электрически управляемая микроканальная пластина, имеющая электропроводящую входную поверхность и электропроводящую выходную поверхность, удерживается в вакуумной среде внутри вакуумного корпуса электронно-оптического преобразователя. При этом в электронно-оптическом преобразователе имеется кольцевой узел, содержащий первое и второе кольца. Первое кольцо представляет собой металлизированное упорное кольцо, которое непосредственно контактирует с электропроводящей входной поверхностью микроканальной пластины для обеспечения электрического контакта и фиксации упомянутой микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса. Второе кольцо представляет собой металлизированное керамическое кольцо, у которого первая металлизированная поверхность находится в электрическом контакте с упомянутым металлизированным упорным кольцом, а вторая металлизированная поверхность выполнена с возможностью обеспечения электрического контакта снаружи вакуумного корпуса. Таким образом, металлизированное упорное кольцо, располагаясь в зазоре между металлизированным керамическим кольцом и микроканальной пластиной и контактируя с первой металлизированной поверхностью металлизированного керамического кольца, своей поверхностью, контактирующей с микроканальной пластиной, прижимает и фиксирует упомянутую микроканальную пластину по месту ее удерживания внутри вакуумного корпуса, тем самым предотвращает ее осевое смещение (смещение вдоль осевой линии вакуумного корпуса). Из описания к патенту US 5994824 (А) также известно, что металлизированное упорное кольцо выполнено концентрическим (то есть с постоянной шириной профиля) и имеет разрез для возможности упругого сжатия упомянутого упорного кольца и его монтажа в зазор между поверхностями микроканальной пластины и металлизированного керамического кольца. При этом металлизированное упорное кольцо может быть выполнено с двумя вырезами, расположенными вблизи разреза с двух сторон от него и предназначенными для вставки в них инструмента, облегчающего монтаж металлизированного упорного кольца по месту его расположения в упомянутом узле. Из описания к патенту US 5994824 (А) также известно, что металлизированное упорное кольцо может быть выполнено со скошенной поверхностью для контактирования с первой металлизированной поверхностью упомянутого металлизированного керамического кольца. При этом первая металлизированная поверхность металлизированного керамического кольца также может быть выполнена со скошенной краевой частью для контактирования с металлизированным упорным кольцом. Таким образом, в обоих упомянутых случаях металлизированное упорное кольцо и металлизированное керамическое кольцо могут контактировать своими поверхностями в упор в точках, которые могут быть расположены на различных расстояниях от электропроводящей входной поверхности микроканальной пластины, в то время как точки контакта металлизированного упорного кольца и микроканальной пластины расположены всегда в одной плоскости, совпадающей с упомянутой электропроводящей входной поверхностью микроканальной пластины. Это позволяет, за счет упругости металлизированного упорного кольца, компенсировать возможные зазоры между контактирующими поверхностями упомянутого упорного кольца, металлизированного керамического кольца и микроканальной пластины, то есть обеспечить плотный механический и электрический контакт упомянутых контактирующих поверхностей. Из описания к патенту US 5994824 (А) также известно, что в качестве средства для удерживания микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса кольцевой узел может содержать опорный элемент, удерживающий микроканальную пластину со стороны ее электропроводящей выходной поверхности и определяющий ее положение внутри вакуумного корпуса относительно рабочих поверхностей фотокатода и анода, а также кольцевой узел может содержать керамическое кольцо для предотвращения бокового смещения микроканальной пластины в ее плоскости. Известный узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса электронно-оптического преобразователя, ближайший аналог, позволяет удерживать микроканальную пластину внутри вакуумного корпуса на определенном расстоянии от рабочих поверхностей фотокатода и анода, предотвращает осевое смещение микроканальной пластины и при этом обеспечивает подвод электрических потенциалов к ее поверхностям для возникновения в каналах МКП эффекта усиления электронного потока, однако техническое решение ближайшего аналога не обеспечивает в достаточной степени надежную работу микроканальной пластины в электронно-оптическом преобразователе, содержащем упомянутый известный узел, и, следовательно, надежную работу в целом всего электронно-оптического преобразователя, в котором упомянутый известный узел применен. Это обусловлено следующим.

Как известно из описания ближайшего аналога, металлизированное упорное кольцо выполнено концентрическим, то есть имеет постоянную ширину профиля. Для обеспечения осевой фиксации микроканальной пластины посредством прижима металлизированного упорного кольца к ее электропроводящей входной поверхности упомянутое металлизированное упорное кольцо выполняется таким образом, что в свободном состоянии его наружный диаметр имеет несколько большую величину, чем внутренний (наименьший) диаметр контактирующего с ним металлизированного керамического кольца. В связи с этим, для того, чтобы завести упорное кольцо под контактирующую с ним в собранном узле поверхность металлизированного керамического кольца, упорное кольцо сжимают, сводя друг к другу его открытые в месте разреза кромки. Под действием сжимающих сил, прикладываемых таким образом к металлизированному упорному кольцу в местах, близких к его разрезу (далее упоминаются как сжимающие силы), упомянутое упорное кольцо изгибается, деформируется, что сопровождается возникновением в нем внутренних сопротивлений (усилий), обусловленных его жесткостью. При этом, поскольку на наиболее удаленном от места разреза участке металлизированного упорного кольца при его сжатии возникает максимальный момент силы (за счет большего плеча приложения сжимающей силы), то на упомянутом удаленном участке металлизированное упорное кольцо подвергается деформации в большей степени, чем на других его участках, более близких к точкам приложения сжимающих сил (принцип «работы рычага»). Таким образом, под воздействием упомянутых сжимающих сил металлизированное упорное кольцо в своей плоскости деформируется неравномерно, из-за чего после снятия сжимающей нагрузки, когда упомянутое упорное кольцо установлено по месту его монтажа внутри вакуумного корпуса, в результате остаточной деформации его форма искажается в сравнении с его первоначальной круговой формой и становится подобной эллипсу. Соответственно, это создает не круговое сопряжение контактирующих поверхностей металлизированного упорного кольца и керамического металлизированного кольца, что, в свою очередь, приводит к неравномерной передаче упорного усилия по периметру металлизированного упорного кольца. Вместе с этим, металлизированное упорное кольцо сопрягается и контактирует с микроканальной пластиной по поверхности, имеющей также не круговую, а эллиптическую форму. В результате, осевая прижимающая нагрузка со стороны металлизированного упорного кольца, которую испытывает микроканальная пластина в собранном узле, распределяется по ее периферии неравномерно и в микроканальной пластине возникают локальные напряжения, из-за чего на отдельных ее участках допускаются нагрузки меньшие, чем на других ее участках. Поскольку микроканальная пластина очень тонкая и хрупкая, то данное обстоятельство может быть причиной тому, что при некоторых внешних воздействиях на вакуумный фотоэлектронный прибор, в котором применен известный узел крепления МКП внутри вакуумного корпуса, например при вибрации и механических ударах, общая нагрузка на упомянутых напряженных участках микроканальной пластины может превысить предусмотренный при изготовлении микроканальной пластины предел ее прочности и вызвать ее механические повреждения, тем самым, существенно снизить коэффициент усиления каналов МКП в зоне разрушения и привести к недопустимой неравномерности электронного усиления по рабочему полю микроканальной пластины, вплоть до полной ее неработоспособности в вакуумном фотоэлектронном приборе, использующем упомянутый известный узел крепления МКП. В свою очередь, такая ненадежная работа микроканальной пластины обуславливает ненадежную работу всего вакуумного фотоэлектронного прибора, использующего известное решение узла крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса, поскольку ухудшает рабочие (эксплуатационные) характеристики упомянутого вакуумного ФЭП вплоть до полной его неработоспособности. Так, в электронно-оптических преобразователях это может привести к существенному снижению степени чистоты поля зрения ЭОП, появлению дефекта «сотовой структуры» на экране ЭОП, к ухудшению разрешения и снижению коэффициента преобразования ЭОП, а в фотоэлектронных умножителях, детекторах фотонов, телевизионных передающих трубках - к снижению коэффициента умножения, потере полезного сигнала и появлению ложного сигнала.

Заявляемое техническое решение направлено на решение технической проблемы по созданию узла крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора, который обеспечивает более высокую степень надежности работы микроканальной пластины в вакуумном фотоэлектронном приборе, использующем заявляемое техническое решение узла крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора, и, следовательно, обеспечивает более высокую степень надежности работы упомянутого вакуумного фотоэлектронного прибора.

Указанная техническая проблема решается тем, что в узле крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора, содержащем удерживаемую внутри вакуумного корпуса и электрически управляемую микроканальную пластину с электропроводящей входной поверхностью и электропроводящей выходной поверхностью, а также первое кольцо и второе кольцо, при этом первое кольцо представляет собой металлизированное упорное кольцо, которое выполнено с разрезом и непосредственно контактирует с электропроводящей входной поверхностью микроканальной пластины для обеспечения электрического контакта и осевой фиксации микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса, а второе кольцо представляет собой металлизированное кольцо, которое имеет первую металлизированную поверхность, находящуюся в электрическом контакте с металлизированным упорным кольцом, и вторую металлизированную поверхность, выполненную с возможностью обеспечения электрического контакта снаружи вакуумного корпуса, согласно изобретению предлагается металлизированное упорное кольцо на участках, симметричных относительно его оси и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 наружного диаметра упомянутого металлизированного упорного кольца, выполнить с уменьшенной жесткостью.

За счет того, что узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора содержит первое кольцо и второе кольцо, при этом первое кольцо представляет собой металлизированное упорное кольцо, которое выполнено с разрезом и непосредственно контактирует с электропроводящей входной поверхностью микроканальной пластины для обеспечения электрического контакта и осевой фиксации микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса, а второе кольцо представляет собой металлизированное кольцо, которое имеет первую металлизированную поверхность, находящуюся в электрическом контакте с металлизированным упорным кольцом, и вторую металлизированную поверхность, выполненную с возможностью обеспечения электрического контакта снаружи вакуумного корпуса, становится возможным зафиксировать удерживаемую внутри вакуумного корпуса и электрически управляемую микроканальную пластину с электропроводящей входной поверхностью и электропроводящей выходной поверхностью от ее перемещения вдоль оси упомянутого вакуумного корпуса и при этом становится возможным обеспечить подвод на ее электропроводящие входную и выходную поверхности электрических потенциалов от внешнего источника питания для возникновения в каналах МКП эффекта усиления электронного потока при использовании упомянутого узла в составе вакуумного фотоэлектронного прибора. При этом выполнение металлизированного упорного кольца на участках, симметричных относительно его оси и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 наружного диаметра упомянутого металлизированного упорного кольца, с уменьшенной жесткостью позволяет обеспечить деформацию кольца на этих участках, соизмеримую с деформацией на участке металлизированного упорного кольца, наиболее удаленном от его разреза. В свою очередь, более равномерная деформация металлизированного упорного кольца по его периметру обеспечивает после снятия сжимающей нагрузки сохранение формы упомянутого металлизированного упорного кольца, максимально приближенной к его первоначальной круговой форме. Это обеспечивает круговое сопряжение контактирующих поверхностей металлизированного упорного кольца и металлизированного кольца, что, в свою очередь, приводит к равномерной передаче упорного усилия по периметру металлизированного упорного кольца. Вместе с этим, в результате такого выполнения металлизированное упорное кольцо сопрягается и контактирует с микроканальной пластиной по поверхности, имеющей также круговую форму. В результате, осевая прижимающая нагрузка со стороны металлизированного упорного кольца, которую испытывает микроканальная пластина в упомянутом заявляемом узле, распределяется по ее периферии равномерно, что снижает вероятность возникновения в микроканальной пластине локальных напряжений и, при воздействии внешних нагрузок на вакуумный фотоэлектронный прибор и, соответственно, на упомянутый заявляемый узел с закрепленной в нем микроканальной пластиной, обеспечивает структурную целостность микроканальной пластины и, тем самым, равномерное электронное усиление по ее рабочему полю. Таким образом, заявляемая совокупность существенных признаков технического решения узла крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора обеспечивает технический результат, заключающийся в обеспечении равномерного электронного усиления по рабочему полю микроканальной пластины при ее работе в вакуумном фотоэлектронном приборе, использующем заявляемое техническое решение узла крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора. Получаемый технический результат обуславливает более высокую степень надежности работы микроканальной пластины в вакуумном фотоэлектронном приборе, использующем заявляемое техническое решение узла крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора и, следовательно, более высокую степень надежности работы упомянутого вакуумного фотоэлектронного прибора.

В узле крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора металлизированное упорное кольцо на участках, симметричных относительно его оси и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 наружного диаметра упомянутого металлизированного упорного кольца, может быть выполнено с уменьшенной жесткостью посредством уменьшения площади поперечного сечения металлизированного упорного кольца. При этом уменьшение площади поперечного сечения металлизированного упорного кольца может быть выполнено посредством срезов с поверхности упомянутого металлизированного упорного кольца, например, плоских срезов (лысок). Уменьшение площади поперечного сечения металлизированного упорного кольца может быть выполнено также посредством вырезов на упомянутых участках металлизированного упорного кольца. В узле крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора металлизированное упорное кольцо может быть выполнено металлическим. В этом случае упомянутое металлизированное упорное кольцо на участках, симметричных относительно его оси и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 наружного диаметра упомянутого металлизированного упорного кольца, может быть выполнено с уменьшенной жесткостью посредством выполнения локального (местного) отжига упомянутых участков, например, с нагревом пламенем газовой горелки или другими известными способами. При этом во всех возможных случаях уменьшения жесткости металлизированного упорного кольца на участках, симметричных относительно его оси и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 наружного диаметра упомянутого металлизированного упорного кольца, наиболее оптимальные значения параметров упомянутых участков (размеры и форма упомянутых срезов и/или вырезов, методы и режимы локального отжига и др.) могут быть определены экспериментальным путем.

В узле крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора металлизированное кольцо может быть выполнено металлическим (из металла или его сплава) или в виде диэлектрического, например керамического, кольца с металлическим покрытием, то есть с покрытием, выполненным из металла или его сплава.

В узле крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора металлизированное упорное кольцо может быть выполнено со скошенной поверхностью для контактирования с первой металлизированной поверхностью металлизированного кольца. Также, в узле крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора первая металлизированная поверхность металлизированного кольца может быть выполнена со скошенной краевой частью для контактирования с металлизированным упорным кольцом. В обоих случаях такое выполнение позволяет компенсировать возможные зазоры между сопрягающимися и контактирующими поверхностями металлизированного упорного кольца, металлизированного кольца и микроканальной пластины, то есть обеспечить плотный механический и электрический контакт упомянутых поверхностей.

В узле крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора металлизированное упорное кольцо может быть выполнено с вырезами, расположенными вблизи разреза с двух его сторон, для возможности вставки в них инструмента, облегчающего монтаж металлизированного упорного кольца по месту его расположения в упомянутом узле.

Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора в качестве средства удерживания микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса может содержать опорное кольцо, которое имеет первую металлизированную поверхность, контактирующую с электропроводящей выходной поверхностью микроканальной пластины для удерживания упомянутой микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса и обеспечения электрического контакта, и вторую металлизированную поверхность, выполненную с возможностью обеспечения электрического контакта снаружи вакуумного корпуса.

Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора может содержать кольцевой элемент для предотвращения смещения микроканальной пластины в ее плоскости. Упомянутый кольцевой элемент может быть выполнен, например, в виде кольца, располагающегося концентрически относительно микроканальной пластины и, при таком расположении, своей внутренней краевой поверхностью контактирующего с боковой поверхностью микроканальной пластины, а своей наружной краевой поверхностью контактирующего с внутренней поверхностью вакуумного корпуса. Упомянутый кольцевой элемент также может быть выполнен, например, в виде кольцевого выступа на опорном кольце, располагающегося концентрически относительно микроканальной пластины и своей внутренней краевой поверхностью контактирующего с боковой поверхностью микроканальной пластины. В этом случае опорное кольцо, наряду с функцией удерживания микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса, выполняет функцию предотвращения смещения микроканальной пластины в ее плоскости относительно осевой линии вакуумного корпуса.

На фиг. 1 изображен узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора. На фиг. 2 изображено металлизированное упорное кольцо (вид сверху).

Заявляемый узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора в одном из вариантов выполнения содержит (фиг. 1) микроканальную пластину 1 с электропроводящей входной поверхностью 2 и электропроводящей выходной поверхностью 3, первое кольцо (не показано) и второе кольцо (не показано), а также опорное кольцо 4 и кольцевой элемент 7. Опорное кольцо 4 имеет первую металлизированную поверхность 5 и вторую металлизированную поверхность 6. Микроканальная пластина 1 удерживается внутри вакуумного корпуса 15 на опорном кольце 4, при этом первая металлизированная поверхность 5 опорного кольца 4 контактирует с электропроводящей выходной поверхностью 3 микроканальной пластины 1, а вторая металлизированная поверхность 6 опорного кольца 4 выполнена с возможностью обеспечения электрического контакта снаружи вакуумного корпуса 15. Кольцевой элемент 7 предотвращает смещение микроканальной пластины 1 в ее плоскости. Первое кольцо представляет собой металлизированное упорное кольцо 8 (фиг. 1, 2), а второе кольцо представляет собой металлизированное кольцо 9. Металлизированное кольцо 9 имеет первую металлизированную поверхность 10, которая находится в электрическом контакте с металлизированным упорным кольцом 8, и вторую металлизированную поверхность 11, которая выполнена с возможностью обеспечения электрического контакта снаружи вакуумного корпуса 15. Металлизированное упорное кольцо 8 (фиг. 1, 2) выполнено с разрезом (не показано) и с плоскими срезами 12 на участках, симметричных относительно оси металлизированного упорного кольца 8 и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 наружного диаметра металлизированного упорного кольца 8. Металлизированное упорное кольцо 8 также выполнено со скошенной поверхностью 13 (фиг. 1) для контактирования с первой металлизированной поверхностью 10 металлизированного кольца 9, а также с вырезами 14 (фиг. 2), которые расположены вблизи разреза металлизированного упорного кольца 8 с двух его сторон. Металлизированное упорное кольцо 8 контактирует с электропроводящей входной поверхностью 2 микроканальной пластины 1.

Заявляемое техническое решение узла крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора осуществляется следующим образом.

Исходя из заданных параметров и габаритных размеров вакуумного фотоэлектронного прибора определяют диаметр микроканальной пластины 1, ширину ее электропроводящей входной поверхности 2 и ширину ее электропроводящей выходной поверхности 3, габаритные размеры вакуумного корпуса 15 вакуумного фотоэлектронного прибора, а также место расположения микроканальной пластины 1 внутри вакуумного корпуса 15 относительно других электродов, располагаемых также внутри вакуумного корпуса 15. Выбирают материалы для изготовления элементов узла крепления микроканальной пластины 1 внутри вакуумного корпуса 15 вакуумного фотоэлектронного прибора, исходя из условия их устойчивости к высоким температурам, которым подвергаются элементы вакуумного ФЭП в процессе его изготовления, а также исходя из условия электрической проводимости контактирующих поверхностей металлизированного кольца 9, металлизированного упорного кольца 8, микроканальной пластины 1 и опорного кольца 4, а также исходя из условия выполнения вакуум-плотного соединения выходящих наружу вакуумного корпуса 15 металлизированных поверхностей 11 и 6 соответственно металлизированного кольца 9 и опорного кольца 4, со смежными с ними поверхностями (не показано) кольцевых элементов вакуумного корпуса 15. Определяют геометрические размеры и выбирают форму выполнения элементов узла крепления микроканальной пластины 1 внутри вакуумного корпуса 15 вакуумного ФЭП в зависимости от материалов, выбранных для их изготовления, и исходя из условия контактирования поверхностей упомянутых элементов изготавливаемого узла для удерживания и осевой фиксации микроканальной пластины 1 внутри вакуумного корпуса 15, а также исходя из условия выхода металлизированной поверхности 11 металлизированного кольца 9 наружу вакуумного корпуса 15 для осуществления внешнего электрического контакта. В том числе, определяют наличие скошенных поверхностей и скошенных частей поверхностей соответственно металлизированного упорного кольца 8 и металлизированного кольца 9 для их контактирования, внутренний (наименьший) диаметр поверхности металлизированного кольца 9, наружный диаметр и высоту профиля металлизированного упорного кольца 8. Причем, для возможности прохода микроканальной пластины 1 к месту ее удерживания внутри вакуумного корпуса 15, внутренний (наименьший) диаметр поверхности металлизированного кольца 9 выбирают несколько большим, чем диаметр микроканальной пластины 1. При этом для обеспечения осевой фиксации микроканальной пластины 1 внутри вакуумного корпуса 15, наружный диаметр металлизированного упорного кольца 8 выбирают несколько большим, чем внутренний (наименьший) диаметр поверхности металлизированного кольца 9, а высоту профиля металлизированного упорного кольца 8 и ширину его нижней, сопрягаемой с микроканальной пластиной 1, поверхности определяют исходя из условия ее контактирования с электропроводящей входной поверхностью 2 микроканальной пластины 1. Выбирают способ уменьшения жесткости металлизированного упорного кольца 8 на его участках, симметричных относительно его оси и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 наружного диаметра металлизированного упорного кольца 8, например, посредством уменьшения площади его поперечного сечения, в частности посредством плоских срезов 12 с поверхности металлизированного упорного кольца 8 на упомянутых участках. При этом размеры плоских срезов 12 определяют, например, экспериментальным путем. Также выбирают форму выполнения кольцевого элемента 7 в виде кольца или в виде кольцевого выступа на опорном элементе 4, и определяют его геометрические размеры, исходя из условия предотвращения смещения микроканальной пластины 1 в ее плоскости. Выбирают форму выполнения и определяют геометрические размеры опорного кольца 4, осуществляющего удерживание микроканальной пластины 1 внутри вакуумного корпуса 15, исходя из условия контактирования первой металлизированной поверхности 5 опорного кольца 4 с электропроводящей выходной поверхностью 3 микроканальной пластины 1 и выхода второй его металлизированной поверхности 6 наружу вакуумного корпуса 15 для осуществления внешнего электрического контакта, а также исходя из условия предотвращения смещения микроканальной пластины 1 в ее плоскости в случае выполнения кольцевого элемента 7 в виде кольцевого выступа на опорном элементе 4. Например, материалом для изготовления металлизированного кольца 9 и опорного кольца 4 выбирают ковар (сплав металлов никеля, кобальта, железа), соответственно этому форму выполнения упомянутых металлизированного кольца 9 и опорного кольца 4 определяют уплощенной, то есть с малой высотой профиля. Причем форму выполнения металлизированного кольца 9 выбирают с выполнением его первой металлизированной поверхности без скошенной краевой части для контактирования с металлизированным упорным кольцом 8. Форму выполнения кольцевого элемента 7 для предотвращения смещения микроканальной пластины 1 в ее плоскости выбирают в виде плоского кольца. При этом для обеспечения функции предотвращения смещения микроканальной пластины 1 в ее плоскости геометрические размеры упомянутого кольцевого элемента 7 определяют, например, такими, чтобы они обеспечивали концентрическое его расположение относительно микроканальной пластины 1 и, при таком расположении, кольцевой элемент 7 своей внутренней краевой поверхностью контактировал с боковой поверхностью микроканальной пластины 1, а своей наружной краевой поверхностью контактировал с внутренней поверхностью вакуумного корпуса 15. Материалом для изготовления кольцевого элемента 7 для предотвращения смещения микроканальной пластины 1 в ее плоскости выбирают, например, ковар. Материалом для изготовления кольцевых элементов вакуумного корпуса 15, за исключением металлизированного кольца 9 и опорного кольца 4, выбирают керамику. Для выполнения микроканальной пластины 1 выбирают резистивное стекло, например свинцовосиликатное. Для выполнения электропроводящих входной и выходной поверхностей (2 и 3 соответственно) микроканальной пластины 1 выбирают, например, хром. Для изготовления металлизированного упорного кольца 8 выбирают, например, ковар, а форму поверхности 13 металлизированного упорного кольца 8 для его контактирования с металлизированным кольцом 9 выбирают, например, скошенной. Определяют размеры плоских срезов 12 для их выполнения на поверхности металлизированного упорного кольца 8, например, исходя из величины его наружного диаметра, а также с учетом формы его профиля (поперечного сечения). Например, для металлизированного упорного кольца 8 с наружным диаметром 27 мм, выполненного со скошенной поверхностью 13 и с соответствующей формой профиля, изображенной на фиг. 1, экспериментально было определено, что достаточное уменьшение жесткости металлизированного упорного кольца 8 на участках, симметричных относительно его оси и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 наружного диаметра упомянутого металлизированного упорного кольца 8, может быть обеспечено выполнением на его поверхности одинаковых и параллельных друг другу плоских срезов 12 глубиной 0,6 мм. Известными способами изготавливают элементы узла крепления микроканальной пластины 1 внутри вакуумного корпуса 15 вакуумного фотоэлектронного прибора в соответствии с их заданными геометрическими размерами, выбранными материалами и формами выполнения. При этом электропроводящие входную и выходную поверхности (2 и 3 соответственно) микроканальной пластины 1 выполняют напылением металла по периметру микроканальной пластины 1 с двух ее сторон. Металлизированное упорное кольцо 8 изготавливают, например, из цельнотянутого прутка круглого поперечного сечения, выполняя заданный профиль поверхности металлизированного упорного кольца 8 методом резки на токарном оборудовании. После выполнения кольца с заданной формой поперечного сечения на определенных участках его поверхности выполняют, например, одинаковые плоские срезы 12 (лыски), тем самым уменьшают площадь его поперечного сечения. Затем металлизированное упорное кольцо 8 разрезают, выполняя разрез равноудалено от выполненных плоских срезов 12. При необходимости, вблизи разреза, с двух сторон от него, выполняют вырезы 14 для вставки в них инструмента, облегчающего монтаж металлизированного упорного кольца 8 по месту его расположения в упомянутом узле крепления МКП, например инструмента в виде щипцов или пинцета. На опорном кольце 4, со стороны его контактирования с микроканальной пластиной 1, посредством контактной сварки закрепляют кольцевой элемент 7 для предотвращения смещения микроканальной пластины 1 в ее плоскости, при этом упомянутые опорное кольцо 4 и закрепляемый на нем кольцевой элемент 7 размещают концентрично друг другу. Изготавливают вакуумный корпус 15 вакуумного фотоэлектронного прибора, известным способом термокомпрессионной сварки соединяя в определенном порядке вдоль осевой линии вакуумного корпуса 15 составляющие его кольцевые элементы (не показано), в том числе кольцевые элементы, входящие в состав узла крепления микроканальной пластины 1 внутри вакуумного корпуса 15, а именно, металлизированное кольцо 9 и опорное кольцо 4 с закрепленным на нем кольцевым элементом 7 для предотвращения смещения микроканальной пластины 1 в ее плоскости. При этом между металлизированным кольцом 9 и опорным кольцом 4 располагают один из диэлектрических кольцевых элементов (не показано) вакуумного корпуса 15, тем самым обеспечивают изоляцию металлизированного кольца 9 и опорного кольца 4 друг от друга. В изготовленном вакуумном корпусе 15 металлизированное кольцо 9 и опорное кольцо 4 располагаются между его керамическими кольцевыми элементами таким образом, что первая металлизированная поверхность 10 металлизированного кольца 9 выступает внутрь вакуумного корпуса 15 для осуществления электрического контакта с металлизированным упорным кольцом 8, первая металлизированная поверхность 5 опорного кольца 4 выступает внутрь вакуумного корпуса 15 для контактирования с электропроводящей выходной поверхностью 3 микроканальной пластины 1 для ее удерживания внутри вакуумного корпуса 15 и обеспечения электрического контакта, а вторая металлизированная поверхность 11 металлизированного кольца 9 и вторая металлизированная поверхность 6 опорного кольца 4 простираются вдоль смежных с ними поверхностей (не показано) керамических кольцевых элементов вакуумного корпуса 15 и выходят на его наружную сторону для обеспечения электрического контакта с внешним источником питания (не показано). Внутри вакуумного корпуса 15 размещают микроканальную пластину 1 таким образом, чтобы своей электропроводящей выходной поверхностью 3 она контактировала с первой металлизированной поверхностью 5 опорного кольца 4. Такое размещение обеспечивает удерживание микроканальной пластины 1 внутри вакуумного корпуса 15 и позволяет подавать электрическое напряжение на ее электропроводящую выходную поверхность 3 с наружной стороны вакуумного корпуса 15 от внешнего источника питания (не показано). При этом закрепленный на опорном кольце 4 кольцевой элемент 7 своей внутренней краевой поверхностью контактирует с боковой поверхностью микроканальной пластины 1, а своей наружной краевой поверхностью контактирует с внутренней поверхностью вакуумного корпуса 15, тем самым предотвращает смещение микроканальной пластины 1 в ее плоскости относительно осевой линии вакуумного корпуса 15. В зазор между металлизированным кольцом 9 и микроканальной пластиной 1 заводят металлизированное упорное кольцо 8, для чего его сжимают, сводя друг к другу его открытые в месте разреза кромки (не показано). В случае если металлизированное упорное кольцо 8 выполнено с вырезами 14 вблизи разреза с двух его сторон, то его сжимают с помощью, например, щипцов, для чего их концы вводят в вырезы 14. После вхождения скошенной поверхности 13 металлизированного упорного кольца 8 в контакт с первой металлизированной поверхностью 10 металлизированного кольца 9, сжатые кромки металлизированного упорного кольца 8 отпускают. При этом за счет своей упругости металлизированное упорное кольцо 8 разжимается, и, за счет того, что его скошенная поверхность 13 скользит по контактирующей с ней первой металлизированной поверхности 10 металлизированного кольца 9, металлизированное упорное кольцо 8 смещается вдоль оси вакуумного корпуса 15 в сторону микроканальной пластины 1, тем самым компенсируя зазор между ее электропроводящей входной поверхностью 2 и своей нижней поверхностью (не показано). Таким образом, металлизированное упорное кольцо 8 входит в плотный механический и электрический контакт с первой металлизированной поверхностью 10 металлизированного кольца 9 и одновременно с электропроводящей входной поверхностью 2 микроканальной пластины 1. Тем самым создается осевое усилие прижатия металлизированного упорного кольца 8 к микроканальной пластине 1, что обеспечивает осевую фиксацию микроканальной пластины 1 по месту ее удерживания внутри вакуумного корпуса 15 и позволяет подавать электрическое напряжение с наружной стороны вакуумного корпуса 15 на ее электропроводящую входную поверхность 2. При этом, поскольку на участках металлизированного упорного кольца 8, симметричных относительно его оси и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 его наружного диаметра, металлизированное упорное кольцо 8 выполнено с одинаковыми плоскими срезами 12, которые уменьшают жесткость металлизированного упорного кольца 8 на упомянутых участках до величины, достаточно приближенной к величине жесткости на участках, наиболее удаленных от его разреза, то после сжимания и последующего разжимания металлизированного упорного кольца 8 его форма остается максимально приближенной к его первоначальной круговой форме. За счет этого в собранном узле крепления микроканальной пластины 1 внутри вакуумного блока 15 вакуумного фотоэлектронного прибора обеспечено круговое сопряжение контактирующих поверхностей 13 и 10 соответственно металлизированного упорного кольца 8 и металлизированного кольца 9, при этом металлизированное упорное кольцо 8 сопрягается и контактирует с микроканальной пластиной 1 по поверхности, имеющей также круговую форму. Таким образом, осевая прижимающая нагрузка со стороны металлизированного упорного кольца 8, которую испытывает микроканальная пластина 1 в собранном упомянутом узле, распределяется по ее периферии равномерно, что предотвращает возникновение локальных напряжений в микроканальной пластине 1 и снижает вероятность возникновения ее механических повреждений. Это, в свою очередь, обеспечивает равномерное электронное усиление по рабочему полю микроканальной пластины 1 при ее работе в вакуумном фотоэлектронном приборе, использующем упомянутый узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора, собранный по заявляемому техническому решению.

Собранный таким образом узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного блока вакуумного фотоэлектронного прибора используют при изготовлении различного вида вакуумных фотоэлектронных приборов, например фотоэлектронных умножителей, детекторов фотонов, телевизионных передающих трубок, электронно-оптических преобразователей. При этом в сравнении с ближайшим аналогом, более высокая надежность работы микроканальной пластины в упомянутых вакуумных фотоэлектронных приборах, обусловленная обеспечением равномерного электронного усиления по рабочему полю микроканальной пластины, обеспечивает более высокую степень надежности упомянутых вакуумных фотоэлектронных приборов. Так, в образцах вакуумных фотоэлектронных приборов с узлом крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса, изготовленным по техническому решению ближайшего аналога, после воздействия на них ударной нагрузки в 500 g, в шести процентах случаев наблюдалось существенное ухудшение эксплуатационных характеристик или полная неработоспособность ФЭП по причине возникновения неравномерности усиления по рабочему полю или полной деградации МКП из-за ее механического повреждения. Вместе с этим, еще 1,7 процентов изготовленных и прошедших выходной производственный контроль фотоэлектронных приборов ухудшали свои эксплуатационные характеристики или теряли работоспособность по указанной причине в процессе их эксплуатации потребителем. В отличие от этого, в образцах вакуумных фотоэлектронных приборов с узлом крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса, изготовленным по заявляемому техническому решению, после аналогичного воздействия, а также в процессе их эксплуатации потребителем, ухудшений эксплуатационных параметров ФЭП, обусловленных возникновением неравномерности усиления МКП по рабочему полю из-за ее механического повреждения, не наблюдалось.

Изобретение относится к вакуумным фотоэлектронным приборам, в которых для усиления фототока используются микроканальные пластины, а более конкретно к узлу крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора, и может быть использовано при изготовлении таких упомянутых вакуумных фотоэлектронных приборов, как фотоэлектронные умножители, детекторы фотонов, телевизионные передающие трубки, электронно-оптические преобразователи. Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора содержит удерживаемую внутри вакуумного корпуса и электрически управляемую микроканальную пластину с электропроводящей входной поверхностью и электропроводящей выходной поверхностью, а также первое кольцо и второе кольцо. Первое кольцо представляет собой металлизированное упорное кольцо, которое выполнено с разрезом и непосредственно контактирует с электропроводящей входной поверхностью микроканальной пластины для обеспечения электрического контакта и осевой фиксации микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса. Второе кольцо представляет собой металлизированное кольцо, которое имеет первую металлизированную поверхность, находящуюся в электрическом контакте с металлизированным упорным кольцом, и вторую металлизированную поверхность, выполненную с возможностью обеспечения электрического контакта снаружи вакуумного корпуса. Металлизированное упорное кольцо на участках, симметричных относительно его оси и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 наружного диаметра упомянутого металлизированного упорного кольца, выполнено с уменьшенной жесткостью. Технический результат - повышение равномерности электронного усиления по рабочему полю микроканальной пластины при ее работе в вакуумном фотоэлектронном приборе. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора, содержащий удерживаемую внутри вакуумного корпуса и электрически управляемую микроканальную пластину с электропроводящей входной поверхностью и электропроводящей выходной поверхностью, а также первое кольцо и второе кольцо, при этом первое кольцо представляет собой металлизированное упорное кольцо, которое выполнено с разрезом и непосредственно контактирует с электропроводящей входной поверхностью микроканальной пластины для обеспечения электрического контакта и осевой фиксации микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса, а второе кольцо представляет собой металлизированное кольцо, которое имеет первую металлизированную поверхность, находящуюся в электрическом контакте с металлизированным упорным кольцом, и вторую металлизированную поверхность, выполненную с возможностью обеспечения электрического контакта снаружи вакуумного корпуса, отличающийся тем, что металлизированное упорное кольцо на участках, симметричных относительно его оси и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 наружного диаметра упомянутого металлизированного упорного кольца, выполнено с уменьшенной жесткостью.

2. Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора по п. 1, отличающийся тем, что металлизированное упорное кольцо выполнено металлическим.

3. Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора по п. 1, отличающийся тем, что металлизированное упорное кольцо на участках, симметричных относительно его оси и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 наружного диаметра упомянутого металлизированного упорного кольца, выполнено с уменьшенной жесткостью посредством уменьшения площади его поперечного сечения.

4. Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора по п. 3, отличающийся тем, что уменьшение площади поперечного сечения металлизированного упорного кольца на участках, симметричных относительно его оси и удаленных от нее на расстояние, равное 0,15-0,5 наружного диаметра упомянутого металлизированного упорного кольца, выполнено посредством срезов с поверхности упомянутого металлизированного упорного кольца.

5. Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора по п. 1, отличающийся тем, что металлизированное кольцо выполнено в виде диэлектрического кольца с металлическим покрытием.

6. Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора по п. 1, отличающийся тем, что металлизированное кольцо выполнено металлическим.

7. Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора по п. 1, отличающийся тем, что металлизированное упорное кольцо выполнено со скошенной поверхностью для контактирования с первой металлизированной поверхностью металлизированного кольца.

8. Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора по п. 1, отличающийся тем, что первая металлизированная поверхность металлизированного кольца выполнена со скошенной краевой частью для контактирования с металлизированным упорным кольцом.

9. Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора по п. 1, отличающийся тем, что металлизированное упорное кольцо выполнено с вырезами, расположенными вблизи разреза с двух его сторон.

10. Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора по п. 1, отличающийся тем, что содержит опорное кольцо, которое имеет первую металлизированную поверхность, контактирующую с электропроводящей выходной поверхностью микроканальной пластины для удерживания упомянутой микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса и обеспечения электрического контакта, и вторую металлизированную поверхность, выполненную с возможностью обеспечения электрического контакта снаружи вакуумного корпуса.

11. Узел крепления микроканальной пластины внутри вакуумного корпуса вакуумного фотоэлектронного прибора по п. 1, отличающийся тем, что содержит кольцевой элемент для предотвращения смещения микроканальной пластины в ее плоскости.