Двухканальный приемник излучения Советский патент 1984 года по МПК H01J40/00 

Изобретение относится к техничес физике, а именно к технике регистра ции электронов и фотонов и может быть применено для исследования спе ров квантового выхода фотоэмиссии и вторичной .эмиссии из твердого тела в области энергий 2-1000 эВ,с наиб шим эффектом оно может быть использ вано в исследовании спектральных и энергетических характеристик фотокатодов из изолирующих материалов, при излучении энергетики электронны возбуждений в кристаллах и тонких пле.нках. Известно измерительное устройств работающее в режиме счета импульсов от отдельных электронов после усиле ния в двух микроканальных пластинах стоящих друг за другом (схема шеврон) . Схема состоит из двух МКП, на первую из которых падает УФ излу чение, а вторая усиливает электронный поток из первой. При расстоянии между МКП в 150 мкм в напряжении 100 В можно добиться такого усилени что образуюирйся в момент импульса электронньй пространственный заряд на выходе второй МКП ограничивает электронную лавину и сужает распределение импульсов по амплитуде до гауссовой функции, в результате чег резко поБЬвиается амплитудное, а так пространственное разрешение l . Однако этот прибор работает в режиме примой регистрации и, обладая недостаточно широким динамическим диапазоном не может осуществит линейную регистрацию сигнала при перепаде интенсивности от 10 до 10 импульсов в 1 с, привносит переменный уровень рассеянного фона или непостоянную электромагнитную помеху, поэтому встает вопрос о необходимости управления чувствительностью самого приемника. Однако менять коэффициент усиления его нерационально, так как при работе в режиме счета приемник может выходить из области плато счетной характерис тики , Известен приемник излучения, представляющий собой дифференциальный приемник, содержащий две МКП и промежуточную сетку, общие для обоих каналов, но разделенные мишен и коллекторы. В цепь коллекторов вв дена отрицательная обратная связь, включающаяJ кроме дифференциального (единого для обоих каналов) импульсного усилителя два формирователя, два сглаживающих усилителя-интегратора и компаратор-интегратор, который непрерывно аравнивает сглаженньй сигнал эталонного канала с фиксированным калиброванным потенциалом от генератора импульсов, соединенного с вторым входом компаратора-интегратора, и проинтегрированную разность в виде управляющего напряжения подает на сетку между МКП. Благодаря замкнутой цепи авторегулирования на сетке создается такой потенциал, что сигнал эталонного канала поддерживается на заданном уровне скорости-счета, при этом в канале образца отрабатывается напряжение, пропорциональное отношению квантовых выходов мишеней, измеряемой и эталонной. Таким образом, чрезмерно большой возбуждающий входной поток на мишенях ограничивается регулируемым задерживаюощм потенциалом на сетке, что предотвращает перегрузку МКП и усилительного тракта и как бы заменяет диапазон изменения входного потока излучения на диапазон изменения отношения квантовых выходов мишеней, что обычно гораздо меньше 2j . Однако устройство обладает существенным недостатком. Поскольку выход компаратора-интегратора потенидиальный, то регулировка потока осуществляется только в виде пропускания сеткой отрезков электронных импульсов, включающих максимальные энергии электронов, вышедших из МКП-1. Естественно, что чем больп1е выходной поток излучения, тем вьш1е задерживзюпщй потенциал и меньше пропущенная часть электронной лавины, следовательно, тем меньше общий коэффициент усиления шеврона. В результате искажается амплитудное распределение выходных импульсов и прибор начинает работать не на плато счетной характеристики, даже если питание МКП-2 первоначально устанавливалось оптимальным. При этом возможны ошибки в регистрации квантового выхода измеряемого образца. Выход может быть найден в приенении стробирования„ Цель изобретения - повьшхение точости регистрации квантового выхода лектронной эмиссии методом сравнения токов эмиссии известного эталона и исследуемого образца.

Поставленная цель достигается тем, что в двухканальном приемнике излучения, содержащем эталонную и исследуемую мишени, две микроканальные усилительные пластины в шевронном включении и два коллектора, расположенные напротив мишеней, а также цепь-отрицательной обратной связи,ю та

включающую двухвходовый дифференциальный усилитель, разделительные диоды, два формирователя импульсов, интегратор, компаратор-интегратор, генератор импульсов, причем коллекторы подключены к входам дифференциального усилителя, выходы которого через разделительные диоды- подключены к входам формирователей импульсов а выходы формирователей импульсов с динены с входами интегратора и компаратора-интегратора, к второму входу которого подключен генератор импульсов в промежуток между микроканальными пластинами установлен за 4eдлитeль из четьфех металлических сеток, общих для обоих каналов, с прозрачностью не ниже 80%, и с рас стоянием между ними соответственно 0,5-1,5, 10-15, 0,5-1,5 мм, а в цепь обратной связи введена дополнительная цепь формирователя импульсов с пороговым устройством и усилителем, причем первая сетка замедлителя включена на вход формирователя, его выход подключен к чет вертой сетке, а выход компаратораинтегратора подключен к входу порогового устройства формирователя. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью введения четырехсеточного замедлителя электронных лавин внутрь двухканального приемника, состоящего из двух МКП, включенных по схеме шеврон, и стробирующей цепи формирователя от первой сетки на четвертую через предусилитель и формирователь-одновибратор с пороговым устройством, цепь обратной связи от коллектора канала эталона через дифференциальный усилитель, фop иpoвaтeль-oднoвибpaтop, компаратор-интегратор импульсов за счет выработки пьедестала - на вход порогового устройства формирователяодновибратора, соединенного с четвер той сеткой замедлителя, осуществляет синхронное импульсное стробирование потока электронных лавин в шевроне и регулировку сигнала на выходе канала эталона на уровне, задаваемом частотой генератора стандартных импульсов на втором входе компаратора. Благодаря этому ликвидируется перегрузка обоих каналов на сильных линиях излучения источника, устраняется уменьшение коэффициента МКП происходит на плато счетной характеристики. В результате осуществляется непрерывное вычисление отношения квантовых выходов измеряемого образца и эталона, что и регистрируется самописцем на выходе интегратора .канала образца.

Действительно, если общий поток усиления стробируемых лавин, рабопервичных частиц N делится между эталоном и образцом на ot г (1 -об), то при квантовых выходах их Ч и Ч э о выходнь1е скорости отсчета вьфажаются как и (l-ct)Vo. Когда в процессе измерений и сканирования спект ра изменяется ,цепи стробирования и управления посредством регулирования напряжения на входе порогового устройства формирователя-одновибратора поддерживают величину скорости счета стробируемых импульсов постоянной MU(, k const,где К - коэффициент стробирования, т.е.. коэффии 1ент повторения импульсов формирователя по отношению к скорости счета на первой сетке, причем этот коэффициент общий для обоих каналов. Тогда в канале образца сигнал равенconet .0 л--° Ч u-tLV o U-oil o т.е. пропорционален отношению квантовых выходов. На чертеже представлена блок-схема двухканального приемника излучения. Схема двухканального приемника излучения содержит эталонную 1 и исследуемую 2 мишени j МКП-1 и МКП-2 3 и 4 общие для обоих мишеней коллектор 5 эталонной мишени и коллектор 6 измеряемой мишени, двухвходовой дифференциальный усилитель 7 импульсов с линейной характеристикой до 25 дБ с крэффициентом подавления синфазных помех до ДО дБ, основной S и согласующий усилители 8 и 9, формирователи 10 и 11 импульсов, создающие стандартные импульсы для интегратора 12 и компаратора-интегратора 13, который вьщает напряжение, пропоргшональное интегралу сре ней разности скорости счета формирователя 11 и частоты стандартных импульсов генератора 14 импульса (электронная щель), предусилитель 15, формирователь 16 импульсов с пороговым устройством, порог которого преодолевается выходным напряжением интегрирующего компаратора 13, формирователь 16 вьщает стандар ные по амплитуде и длительности строб-импульсы, открывающие сетку в момент прохождения некоторых из электронных лавин по каналам эталонов или образца, самописед 17, сигнальную сетку 18 замедлителя, сетки 19 и 20, определяющие пролетную базу для замедленных электронных по токов, строб-сетку 21, регулирующую скорость счета импульсов, диоды 22 и 23, разделяющие импульсы разны каналов. Приемник работает следующим образом. Выбитые излучателем из разных мишеней 1 и 2 фотоэлектроны умножаю ся в МКП-1, образовавшиеся электрон ые лавины замедляются в промежутке между сетками 18 и 19, а за конечное время 0,1 МКС проходят дрейфовый промежуток между сетками 19 и 20. Это время требуется для формиро вания строб-импульса по тракту формирователь 18 - коллектор 15 - колл ,,тор 16 для того, чтобы он совпал с приходом лавины на сетку 21, если выходное напряжение интегратора-ком паратора 13 позволяет пороговому ус ройству формирователя 15 выработать импульс для пропуска лавины. Далее лавина еще умножается в МКП-2, дост гая полного коэффициента усиления 10, что соответствует режиму насыщения счетной характеристики шевро на. Простробированные лавины созда на коллекторах 5 и 6 соответствуюпц-i импульсы, которые проходят через уси-лители 7 - 9, в соответствующей полярности, разделяются диодами на разные формирователи 10 и 11, из ни импульсы этапониого канала проходят на диод 23, формирователь 11 и интегрирующий компаратор 13, Если сре 7 няя скорость счета п,, на формирователе 11 больше заданной частоты генератора ii4 J 1° напряжение на выходе компаратора , падает, запирая пороговое устройство формирователя 16, возникают просчеты лавин и, как следствие - падение величины h,,, что вызывает открывание формирователя 16 и сети 21. Таким образом осуществляется авторегулировка потока лавин на уровне, задаваемом частотой i, , независимо от величины первичного облучения мишеней. При этом интегратор 12 и самописец регистрируют отношение квантовых выходов Чо/Чэ. Чтобы не нарушить информацию о величине импульса, поступающего на МКП-2 и коллекторы 5 и 6, необходимо, чтобы четырехсеточный замедлитель ослаблял сигнал на входе МКП-2 только в два раза. Поскольку общий коэффициент прозрачности замедлителя равен Т , то при Т - 80% ослабление электронного потока составит 4 более 50% (0,8 0,5), что уже нарушает информацию о структуре электронного импульса с первой микроканальной пластины. В частности, может потеряться информация о численности пачек эмиссии в 2-3 электрона в отдельных, эмиссионных актах, а также о спектральной зависимости квантового выхода эмиссии с исследуеf-jbix 2Ишeнeй. При меньшей прозрачности квантовьй выход эмиссии регистрируется с ошибкой более 15-20%, что. недопустимо. Расстояние мехчцу сетками замедлит&т.я и их диапазон рассчитываются следующим образом. Исходя из необходимости набрать время пролета электронной лавины в 0,10-0,15 МКС между сетками 19 и 20j рассчитаем дрейфовое расстояние между этими сетка;-ш. Основная масса вторичной эмиссии, выходящей из МКП-1, имеет энергии в районе 5 эВ, Если ее замедлить до 30 мэВ между сетками 18 и 19 путем подачи задерживающего напряжения на сетку 19, то тобы набрать время пролета в 0,10,15 МКС5 необходимое для вьфаботки троб-имиульсов по цепи сетка 18 редусилитель 15 - формирователь 16, 7. нужно обеспечить расстояние между сетками 19 и 20, равное ., (o,,o-o.,6Vio-jiiipp.,o-,5 Промежутки между сетками 18-19 и 20-21, служащие для замедлеаия (ускорения) электронных лавин, не столь критичны для расчета. Чтобы тангенциальный разлет ливней элект ронов из каналов МКП-1 при углах вылета до 60° не превышалйВ 2 м в сечении сетки 19, необходимо, ч бы расстояние между сетками 18 и было не более &Ef, 1,2 мм. Действительно, время тангенциального р лета при энергии eV равно Л bBj / V 5(1 сС . И за это же время электрон смещается по оси сеточно замедлителя на йЕ„ VС05 об 2 мм , где uB-j 2 мм, ОС 60 Но, так как „ doC, ,1(U то для охвата диапазона углов вьш oL 45-65° необходимо иметь 1-20 b-5: i f Таким образом, вариация расстояни от 0,5 до 1,5 мм обеспечивае сбор эмиссии в пределах углов выл та 45-65 для любых энергий. Предлагаемое устройство при ус ловии введения новых элементов: ч 7 тырехсеточного замедлителя между двумя МКП, стробирующей цепи форми-. рователя импульсов от первой до четвертой сетки в цепь обратной связи от коллектора канала эталонов до четвертой сетки, поддерживающих поток электронных лавин на постоянном уровне, независимо от интенсивности первичного облучения и величины чувствительности самого эталона, позволяет измерять отношение квантовых выходов образца и эталона при превышении входного потока в 10-20 раз против нормального с исключением ошибки, происходящей от модуляции коэффициента усиления шеврона излучения на выходе. Отпадает также необходимость регулировки из-за перепадов интенсивности возбуждающего падающего потока щелями . или фильтрами или выпрямления спектра газоразрядного источника. Достоинство устройства состоит также и в том, что за счет строб управления электронным потоком стандартными импульсами с помощью сеток и наличия возможности синхронизации этих строб-импульсов, отпирающих шеврон, с моментом прохождения электронной лавины, коэффициент усиления, шеврон не уменьшается, амплитудное распределение коллекторных импульсов не нарушается и счет импульсов всегда происходит на плато счетной характеристики МКП. Особенностью устройства является то, что выработка строб-импульсов от сетки 18 производится от любой электронной лавины безразлично в каком канале, однако разрешение на вьздачу строб-импульса на сетку 21 определяется уровнем напряжения лишь с компаратора-интегратора канала эталона. Это повьшает точность измерения .на 10-15%.

ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий эталоннзда и исследуемую мишени, две микроканальные усилительные пластины в шевронном включении и два коллектора, расположенные напротив мишеней, а также цепь отрицательной обратной связи, включающую двухвходовый дифференциальньм усилитель, разделительные диоды, два формирователя импульсов, интегратор, компараторинтегратор, генератор импульсов, причем коллекторы подключены к входам дифференциального усилителя, выходы которого через разделительные диоды подключены к входам формирователей импульсов, а выходы формирователей импульсов соединены с входами интегратора и компаратораинтегратора, к второму входу которого подключен генератор импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения квантового выхода электронной эмиссии в промежуток между микроканальными пластинами установлен замедлитель из четырех металлических сеток, общих для обоих каналов, с прозрачностью не ниже 80% и с расстоянием между ними соответственно i 0,5-1,5, 10-15, 0,5-1,5 мм, а в цепь обратной связи введена дополни(Л тельная цепь формирователя импульсов с пороговым устройством и усилителем, причем первая сетка замедлителя включена на вход формирователя его выход подключен к четвертой сетке, а выход компаратора-интегратора подключен к входу порогового устройства формирователя.