Двухканальный измеритель эмиссии Советский патент 1984 года по МПК H01J43/30 

I Изобретение относится к разделу технической физики, а именно к техн ке регистрации заряженных частиц (электронов), и может быть применено для исследования спектров квантового выхода фотоэмиссии и вторичн записи с твердого тела в области энергий 5,0-1000 эВ, С наибольшим эффектом оно может быть использован в исследовании энергетических харак теристик фотокатодов при использова нии, источников излучения с резко дифференцированным.линейчатым спект ром Известны изме|А тельные устройства работагощие в режиме счета импульсов от отдельных электронов после усиления в двух микрокаиальных пластинах (МКП)5 стоящих друг за другом П 1 Данная схема имеет высокую ч вствительность, но недостаточно широкий динамический диапазон, не позволяющий работать при больших перепадах интенсивности источника излучения, например, обладающего линейчатым спектром. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является двухканал1,ная система с внутренним сетчатым электродом, содержал1ая дифференциальный приемник, эталонную мишень и держатель исследз/емой мишени, две микроканальные пластины, установленные дру за другом, с управляющей сеткой меж ду ними, коллекторь эталонной и исследуемой мииеней, дифференциальньм и основной усршители, два диода, интегратор, регистрирую1яий прибор и компара-гор-интегратор, коллекторы соединены с входами дифференциал);,ло го усилителя, выход которого через основной усилитель соединен с анодом первого и катодом второго диодов , а вькод интегратора соедннги регистрирующим прибором L2J. Однако поскольку выход компаратора-интегратора потенциальный, то реГ;/лирСЗка потока осуществляеа-ся в виде пропускания модулирующей сеткой отрезков одноэлектронных импульсов из MIffl-i, включающих лишь ма1сси мальные энергии электронов. Чем 6ojib Fiia входной поток излучения, тем выше задерживаюш й потенциал на сетке, тем меньше пропущенная часть и myльса к тем меньше обощй коэффициент усилен.ия устройства, В результате 562 искажается амплитудное распределение, въЕходных импульсов и прибор начинает работать не на плато счетной характеристики, fiay.e earn первоначально питание МКП-2 брлпо установлено оптимальным. Пдэтому возможны ошибки в регистрации квантового выхода образца, особенно на сильггых линиях спектра источника излучения о Недостатком известного устройства является также принципиальная невозможность правильной регистрации отношения квантовых выходов образца и эталона в единицах электрон на квант в случае полиэлектроники, т.е. когда при больших энергиях возбуждающих частиц, фотонов или электронов возмолсен выход двух, трех и более электронов в одном акте эмиссии, так как формирователи импульсов построены по схеме одновибратора и различают входные импульсы по амплитуде. Цель изобретения - повышение точности регистрации квантового выхода электронной эмиссии в единицах электрон на квант методом сравнения токов эталона и исследуемого образца. Поставленная цель достигается тем, что в двухканальный измеритель эмиссии, содержащ™ эталонную мишень и держатель исследуемой мишени, две микроканальные пластины, которые расположены друг за другом, с управляющей сеткой между ними, коллекторы эталонной и исследуемой мишеней, дифференциальный и основной усилители два диода, интегратор, компаратор-|тнтегратор и регистриру}ощий прибор, причем коллекторы эталонной и нсследуемой мишеней соединены с вхоLia .H дифференциального усилителя, вьггсод которого через основной усилитель соединен с анодом первого и катодом второго диодов, а выход ратора соединен с регистрирующим гфнбором, введены два преобразователя,, релейный усилитель, генераторы синхро-и пилообразных импульсов, согласоу-затель уровня, причем вход интегратора соединен через первый преобразователь с катодом первого диода, первый вход компаратора-интегратора соединен через второй преобразователь с анодом второго диода, второй вход - с генератором синхроимпульсов, а выход - через носледсз3вательно включенные первьш вход релейного усилителя и согласователей уровня с управляющей сеткой, второй вход релейного усилителя соединен с генератором пилообразных, импульсов. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью введения в цепь обратной связи от коллекторов до модулирующей сетки между МКП новых элементов: двух преобразователей, одного релейного усилителя и генератора пилообразного напряжения, за счет щиротноимпульсного стробирования .(ШИМ) электронных лавин в приемнике осуществляется регулировка сигнала на выходе коллектора эГалонной мишени на уровне, задаваемом час тотой генератора стандартных импульсов на неинвертирующем входе компаратора-интегратора. При этом в рабочие (открытые) моменты система шеврон развивает полное усиление, не ограниченное плавно меняющимся потенциалом управляющей сетки, поэтому коэффициент усиления всегда оптимален и приемник работает на плато счетной характеристики. Благодаря ШИМ-стробированию осуществляется непрерывное вычисление отнощения квантовых выходов с отсутствием ошибок из-за сползания с плато, а ис пользование преобразователей гарантирует, что это отношение вырабатыва ется в единицах электрон на квант а не импульс на квант, даже в случае полиэлектроники. На чертеже приведена схема устройства. Устройство содержит эталонную ми шень 1, держатель 2 исследуемой миш ни, микроканальные пластины (МКП) и 4 общи для мишеней, Управляющую сетку 5, коллекторы эталонной и исследуемой мишеней 6 и 7, дифференциальный усилитель 8, основной усилитель 9, диоды 10, преобраз ватели 11 и 12, интегратор 13, комп ратор-интегратор 14, генератор 15 синхроимпульсов (ГСИ) , генератор 16 пилообразного нгяпряжения (ГПН) , ре лейный усилитель,, согласователь уровня, регистрирующий прибор 19, Преобразователи 11 и 12 работают следующем образом. Импульсы коллектора 6 эталонной мишени, представляю щие собой сумму лавин от нескольких каналов МКП 3, в которые попало одно временно по одному фотоэлектрону из 564 эмиссионной пачки, имеют амплитуды зарядов (}гапряжений), относящихся друг к другу как 1:2:3 и т.д., в зависимости от кратности фотоэмиссионно.го акта. Однако из-за неполного насыщения каналов МКП 4, а также из-за рассеяния электронных лавин по площа- ди МКП 4 эти отношения имеют разброс 10-30%. Преобразователь устраняет разброс и восстанавливает отношение 1:2:3 с точностью до 2-3%.Осуществляется это с помощью диоднорезисторного дискриминатора и релейных усилителей, а на выходе стоит суммирующий усилитель, воспроизводящий точное соотношение амплитуд. Для разных каналов полярности включения стабилитронов и усилителей противоположны. Характеристика преобразователя является ступенчатой функцией входного сигнала. Двухвходовьй релей шй усилитель 17 представляет собой операционньм усилитель с большим коэффициентом усиления, в результате чего очень малая разность сигналов на входе сразувводит усилитель в насыщение и на выходе создается предельное .напряжение ссответствующез1 пол-рггостл, . Сог:аасователь 18 уровня представляет собой инвертирующий усилитель и выполняет функщпо фг.:зи.рования н мапшта-бирования напрГКчения ШИМ-строба иа сетке 5. Устройство работает следующим образом. Выбитые излучением из разшк г:ишепей фотоэлектроны умножа отся з МКП 3, образовавшиеся злектрохи: ;е. простробировапные по тег; ц --улом сетки 5, умгюжаются в МлП ч ;т распре/челяются на коллекторы 6 и 7 в соотБетствг и с квантовым выкодон ми;иеней. Импульсы коллектора 5 з талонной мишени через усилители 8,9, диод 10 доходят до преобразонателя 12, который выдает сигнал со стутленчатым значением амплитудь выходного кмпульса. Таким образом, KONinapaTop-интбГратор 14 по инвертирующему входу вы рабатывает сигнал, пропорцио};альный числу фотоэлектронов, вьшедшкгх; с мишени, а не числу коллекторных импульсов. Это получается благодаря тому, что отдельные фотоэлектроны из одного и того же акта эмиссии попадают Е разные каналы МКП и дают крат-,ную амплитуду на коллекторе, а пре$1образователи II и 12 уточняют это соотношение. На вьрсоде компаратора-интегратора 14 напряжение сигнала эталона может сильно варьировать в зависимоети от облучения мишени, если цепь обратной связи не замкнута. Включение обратной связи стабилизирует это значение. Релейный усилитель 17 формирует меандр постоянной амплитуды переменной скважности, причем точки инверсии соответствуют моментам равенства выходного напряжения компаратора-интегратора и пилообразного напряжения стандартной формы. При каком-то минимальном значении потока возбуждающего излучения систе ма регулируется так, чтобы постоянст во выходного сигнала выполнялось для скважности больше I. Это достигается установкой частоты импульсов генератора 15. Фаза меандра ШИМ релейного усилителя отрицательна и согласолатель 18 уровня своим положительным выходным напряжением откры вает сетку 5. Поскольку скважность равна 1, то сетка почти всегда откры та. При увеличении потока сетка 5 становится закрытой большую долю периода модуляции. Синхронность работы ГСИ 15 и ГПН 16 совершенно не нужна, а временные соотношения их сигналов примерно таковы: частота ГСИ в течение цикла регистрации спектра пос тоянна и выбирается по желанию экспериментатора в пределах 100 Гц100 кГц в зависимости от необходимо чувствительности всего устройства, причем чем она меньше, тем вьше чув витальность всего измерителя эмисси т.е частота ГСИ играет роль шкалы чувствительности устройства. Чувст- вительность можно регулировать и ши риной импульса ГСИ 15, однако для лучшего соответствия шкал чувствительности друг другу этого не делают. Геенератор 16 задает период ШИМ и его частота выбирается в зависимости от требований сглаживания выходного сигнала отношения квантовых выходов. Таким образом, с помощью стробирования осуществляется ШИМ потока излучения на уровне, определяемом частотой генератора 15. При этом интегратор 13 и регистрирующий прибор 19 регулируют отношение квантовых вькодов эмиссии образца и эталона в единицах электрон на квант вне зависимости от уровня возбуждения мишени. Итак, предлагаемое устройство из двух МКП с промежуточной сеткой с цепью обратной связи при условии введения в обратную связь новых элементов: двух преобразователей амплитуды, усилителя с релейной характеристикой, генератора пилообразного напряжения и согласователя уровня, поддерживающих сигнал фототока на выходе эталонного канала на постоянном уровне, независимо от интенсивности первичного облучения и величины чувствительности самого эталона отличается от прототипа тем, что позволяет автоматически регистрировать отношение квантовых выходов образца и эталона в единицах электрон на квант, не допуская .перегрузки МКП 4 и электронного усилительного тракта при больших перепадах интенсивности возбуждающего излучения на выходе МКП 3 и, что самое главно не снижая при этом коэффициента усиления соответствующего плато характеристики. При этом отпадает необходимость регулировки падающего потока с помощью спектральных щелей или тока света, имеющего линейчатый источника спектр.

ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭМИССИИ, содержащий эталонную мишень и держатель исследуемой мишени, две микроканальные пластины, которые расположены друг за другом, с управляющей сеткой между ними, коллекторы эталонной и исследуемой мишеней, дифференциальный и основной усилители, два диода, интегратор, регистрирующий прибор и компаратор-интегратор, причем коллекторы эталонной и исследуемой мишеней соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого через основной усилитель соединен с регистрирующим прибором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регистрации квантового выхода эмиссии мишеней, в него введены два преобразовател-я, релейный усилитель, генераторы синхро-и пилообразных импульсов, согласователь уровня, причем вход интегратора соединен через первый преобразователь с катодом первого диода, первый вход компаратораинтегратора соединен через второй преобразователь с анодом второго О S диода, второй вход - с генератором синхроимпульсов, а выход - через последовательно включенные первый вход релейного усилителя и согласователя уровня с управляющей сеткой, второй вход релейного усилителя соединен с генератором пилообразных импульсов.