Способ управления микроканальной пластиной и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК H01J43/04 H01J43/24 

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в регистраторах корпускулярно-волновых потоков на основе микроканальных пластин (МКП) при наблюдении пространственно распределенных потоков излучения. Известен способ управления микроканальной пластиной путем создания импульсной разности потенциалов между ее входом и выходом 1. Известно устройство для управления микроканальной пластиной, содержащее импульсный источник питания, один из электродов которого подключен к приемному электроду 1. В импульсном режиме работы предпочreiiie отдается МКП с малым сопротивлением электродов, поскольку конечное сопротивление электродов приводит к нарушению их экБггпотенциальности в момент подачи импульсов напряжения на. электроды из-за падения напряжения на продольном сопротивлении электродов при заряде межэлектродной емкости МКП. Значительное сопротивление электродов вдоль поверхности МКП приводит .к затягиванию процесса зарядки межэлектродной емкости, неравномерному распределению потенциала на отдельных частях МКП и тем самым к нарушению режима работы. Еще большие трудности возникают при необходимости использовать .ИКП, не имеющие проводящих электродов на поверхностях. Указанный способ и устройство не позволяют управлять МКП, не имеющими токоподводящих электродов на торцовых поверхностях. Наиболее близким к предлагаемому является способ управления МКП путем создания импульсной разности потенциалов между ее входом и выходом при размещении МКП в однородном электрическом поле перпендикулярно его силовым линиям с ориентацией вектора напрял енности от выхода МКП к ее нходу и одновременной подачей рабочей разности потенциалов на ее электроды 2. При размещении МКП в однородном поле перпендикулярно силовым линиям поля с направлением вектора напряженности от выхода МКП к ее входу электрическое поле поляризует диэлектрик, из которого сделана МКП, и, тем самым, фактически создает .разность потенциалов между ее торцовыми поверхностями независимо от того, есть ли на МКП торцовые электроды или нет. В соответствии с условием , где d - диаметр МКП (25-50 мм); h - толщина (0,5-2,0 мм), непрерывности нормальной компоненты поля и перпендикулярности силовых линий внещнего электрического поля поверхности МКП возникающее внутри МКП поле однородно, силовые линии 1 92 поля направлены перпендикулярно поверхности МКП с направлением вектора напряженности от выхода МКП к ее входу. Такая ситуация соответствует распределению электрических полей в МКП в установившемся режиме работы. Выбором величины внещнего поля устанавливают рабочую напряженность поля внутри МКП. Время переключения в данном случае определяется только временем поляризации диэлектрического материала МКП. Тем самым обеспечивается предельно возможное быстродействие управления,, определяемое диэлектрическими свойствами материала МКП. Разность потенциалов, , возникающая между торцовыми поверхностями .МКП в .момент создания поля, уменьшается по закону разряда собственной емкости МКП С через ее внутреннее сопротивление R. Характерное время разряда указанной RC-цепочки порядка 10 с обеспечивает сохранение рабочей разности потенциалов между торцовыми поверхностями МКП только в течение .малого промежутка времени дТ, удовлетворяющего соотношению (обычно меньше ). Наиболее близким к предлагаемому устройству для управления МКП является устройство, содержащее приемный и сеточный электроды, подключенные к электродам импульсного источника питания, а МКП размещена у сеточного электрода с зазором, большим размера сеточной ячейки, и закреплена по периметру в слое диэлектрика одинаковой с ней толщины и диэлектрической проницаемости, поверхности которого покрыты электродами, подключенными к электродам МКП, причем сеточный электрод, электроды МКП и приемный электрод шунтированы последовательным резистивным делителем 2. Известное устройство также не обеспечивает длительного режима МКП, не имеющей токоподводящих электродов на поверхностях. Цель изобретения - расширение временного диапазона работы микроканальной пластины без токоподводящих электродов на ее торцовых поверхностях. Цель достигается тем, что согласно способу управления МКП, заключающемуся в размещении ее в однородном электрическом поле перпендикулярно его силовым линиям с ориентацией вектора напряженности поля от выхода МКП к ее входу, электрическое поле модулируют прямоугольными импульсами, при этом интервалы времени Т и Т; соответственно с максимальной и минимальной величинами напряженности результирующего электрического поля связаны с сопротивлением R, емкостью С и коэффициентом допустимых пульсаций К рабочей разности потенциалов между торцовыми поверхностями МКП выражением . При этом в устройстве управления МКП, содержащем сеточный и приемный электроды, подключенные k электродам импульсного источника питания, при этом МКП размещена у сеточного электрода с зазором, большим размера сеточной ячейки, и закреплена по периметру в слое диэлектрика одинаковой с ней толщины и диэлектрической проницаемости, слой диэлектрика размещен в слое проводника, соприкасающегося с ним по периметру и подключенного через диод в прямом направлении к приемному электроду, минимальная ширина L слоя диэлектрика связана с толщиной МКП h выражением , а удельная проводимость диэлектрика 5д с удельной проводимостью МКП бп - соотношением бд (0,9-1,)бд, а в качестве импульсного источника питания используют генератор прямоугольных импульсов. Способ осуществляется следующим образом. Электрическое поле модулируется моугольны.ми импульсами. В момент увеличения (появления) поля происходит поляризация диэлектрика и материала МКП и возникает рабочая разность потенциалов между ее торцовыми поверхностями. Разность потенциалов начинает уменьшаться по экспоненциальному закону разряда собственной е.мкости МКП с постоянной времени, равной RC. Полагая, что фаза максимального поля существует в течение максимального промежутка времени («RC), изменение разности по- 35 тенциалов между торцовыми поверхностями МКП определяется из выражения OoK, где Фо- начальная разность потенциалов между торцовыми поверхностями МКП после увеличения (появления) поля. Таким образом, в фазе максимальной величины электрического поля в течение указ-анного промежутка времени между торцовыми поверхностями МКП существует рабочая разность потенциалов и изменение этой разности потенциалов не превыщает допустимых пределов. Поскольку электрическое поле модулируется прямоугольными импульсами, т.е. является переменным, МКП оказывается размещенной в этом переменном поле и оторванной от источников питания (тока), так как не имеет токоподводящих электродов. В таком случае, разность потенциалов между торцовыми поверхностями55 пластины, усредненная по большому числу периодов поля, равна нулю. В противном случае, существование какой-либо средней по периоду разности потенциалов между торцами МКП привело бы к существованию среднего тока по пластине в направлении градиента поля, что явилось бы причиной накопления на торцах пластины сколь угодно больших зарядов. Без источников тока это невозможно. Таким образом, в момент уменьшения (исчезновения) поля происходит обратная поляризация диэлектрика и возникает обратная (запирающая) разность потенциалов на МКП. Обратная разность потенциалов создает обратный ток утечки (ток обратного саморазряда) МКП, который полностью переносит обратно заряд, накопленный током соморазряда на торцах МКП в рабочем режиме (иначе возникает накопление заряда). При равенстве длительностей фаз максимального и минимального полей (Tj Тг ) запирающее поле по абсолютной величине совпадает с величиной рабочего поля в МКП. Дальнейшее уменьшение длителькости фазы с минимальной величиной поля (Tg) нецетесообразно, поскольку напряженность запирающего поля в МКП превысит напряженность рабочего поля, что может привести к пробою МКП. Таким образом, предложенный способ обеспечивает создание рабочей разности потенциалов между торцовыми поверхностями микроканальной пластины, не имеющей токоподводящих электродов на торцовых поверхностях, в периодическом режиме работы с длительностью периода Ti-bTj и временем пребывания МКП в рабочем состоянии составляющим Т ()-ю часть как указанного периода, так и лю,бого другого цикла управления произвольной длительности. При совпадении длительностей фаз максимального и минимального полей МКП течение половины каждого периода- и, соответственно, половину времени цик.па управления любой длительности находится в рабочем состоянии. На чертеже показано устройство, реализующее предлагаемый способ управления МКП. Устройство содержит импульсный источник 1 питания, сеточный электрод 2, слой проводника 3, слой диэлектрика 4, МКП 5, диод 6 и приемный электрод 7. Сеточный 2 и приемный 7 электроды подключены к электродам источника 1 питания. МКП 5 размещена у сеточного электрода 2 с зазором, большим размера сеточной ячейки, и закреплена по периметру в слое диэлектрика 4 одинаковой с ней толщины и диэлектр.ической проницаемости, Диэлектрик 4 размешен в слое проводника 3, соприкасающегося с ним по периметру и подк тюченного через диод б в прямом направлении к приемному электроду 7. Минимальная ширина слоя диэлектрика 4 выбирается из выражения , где h - толщина МКП 5, удельная проводимость диэлектрика 4 бд - из соотношения 6j, - (0,9-1,1) где бц - удельная проводимость МКП 5, а в качестве импульсного источника 1 питания используют генератор прямоугольных импульсов.

Устройство работает следующим образом.

В моменты появления импульсов напряжения источника 1 питания генератора прямоугольных импульсов напряжение генератора подается на сеточный 2 и приемный 7 электроды. Разность потенциалов между сеточным 2 и приемным 7 электродами создает электрическое поле, в котором оказывается размещенной МКП 5. Поле создает рабочую разность потенциалов между торцовыми поверхностями МКП 5 и электрически эквивалентного ей слоя диэлектрика 4. Таким образом происходит включение МКП 5 и достигается однородность поля по всей ее поверхности, включая край (поскольку ширина слоя диэлектрика 4 удовлетворяет соотношению , а удельная проводимость (Эд (0,9-,)6п, искажения поля у внешнего края слоя диэлектрика 4 практически не сказываются у его внутреннего края, граничащего с МКП 5).

Размещение сеточного электрода 2 у МКП 5 на расстоянии, большем размера сеточной ячейки, обеспечивает однородность электрического поля у приемной поверхности МКП при высокой геометрической прозрачности сеточного электрода 2.

Кроме того, поле создает разность потенциалов между выходом МКП 5 и приемным электродом 7.

Исследуемое корпускулярно-волновое излучение проходит через сеточный электрод 2, попадает на вход МКП 5, конвертируется в электронный поток, который усиливается в каналах МКП и попадает на приемный электрод 7, созавая, например, картину пространственного распределения регистрируемых потоков.

При этом рабочим (электронным) током МКП -5, протекающим между выходом МКП 5 и приемным электродом 7, с МКП 5 уносится некоторый отрицательный заряд и на ней оказывается излишлий положительный заряд по отношению к приемному электроду 7.

В момент выключения поля МКП 5 запирается обратным напряжением и усиление электронного потока в каналах прекращается. Одновременно снимается разность потенциалов между сеточным электродом 2 и приемным электродо-м 7, а значит снимается разность потенциалов между МКП 5 и приемным электродом 7. Избыточный положительный заряд, накопившийся на МКП 5 в рабочем цикле, через слой диэлектрика 4, слой проводника 3 и диод 6, включенный в прямом направлении, стекает на приемный электрод 7, подготавливая МКП 5 к следующему циклу включения.

Таким образом, устройство обеспечивает сколь угодно длительную работу МКП в периодическом режиме питания. По сравнению с прототипом устройство обеспечивает длительную работу МКП, не имеющей токоподводящих электродов на ее торцовых поверхностях. При этом временной диапазон работы пластины расширен более чем в 100 раз.

Изобретение может быть использовано для создания регистраторов корпускулярноволновых потоков с мйкроканальными пластинами с открытой поверхностью без нанесения электродов. Перспективно использование изобретение для создания систем контроля микроканальных пластин на стадии их изготовления, т. е. в режиме бесконтактной запитки и до нанесения токоподводящих электродов на их торцовые поверхности.

1. Способ управления микроканальной пластиной путем создания импульсной разности потенциалов при размещении ее в однородном электрическом поле перпендикулярно его силовым линиям с ориентацией вектора напряженности поля от выхода пластины к ее входу, отличающийся тем, что, с целью расширения временного диапазона работы микроканальной пластины без токоподводящих электродов на ее торцевых поверхностях, электрическое поле модулируют прямоугольными импульсами, при этом интервалы времени Т и Тг,, соответственно с максимальной и минималь-. ной величинами напряженности результирующего электрического поля связаны с сопротивлением R, емкостью С и коэффициентом допустимых пульсаций К рабочей разности потенциалов между торцовыми поверхностями микроканальной пластины выражением Т Т КR-С. 2. Устройство управления микроканальной пластиной, содержащее сеточный и приемный электроды, подключенные к электродам импульсного источника питания, при этом микроканальная пластина размещена у сеточного- электрода с зазором, больщим размера сеточной ячейки, и закреплена по периметру в слое диэлектрика одинаковой с ней толщины и диэлектрической проницаемости, отличающееся тем, что, с целью расщирения временного i диапазона работы микроканальной пластины без токоподводящих электродов на (Л ее торцовых поверхностях, слой диэлектрика размещен в слое проводника, соприкасающегося с ним по периметру и подключенного через диод в пряМом направлении к приемному электроду, минимальная щирина слоя диэлекЕгрика L связана с толщиной пластины h, выражением , а удельная проводимость диэлектрика , с удельной проводимостью пластины б сосд отнощением б