ВТОРИЧНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ Советский патент 1995 года по МПК H01J41/04 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к вторичным электронным умножителям (ВЗУ), в которых содержится по меньшей мере две микроканальные пластины (МКП) и коллектор, и может найти применение для задач исследования быстропротекающих процессов и регистрации слабых потоков частиц корпускулярного и электромагнитного излучений в сильно разреженных средах.

Существующие в настоящее время приборы такого типа и назначения, содержащие более одной МКП с пленочными контактными электродами, имеют относительно большие габаритные размеры (по сравнению с толщиной МКП), недостаточно высокой коэффициент усиления М (не более (1-2) ˙10⁷), амплитудное разрешение R не лучше, чем 100-150% и повышенную скорость счета темновых импульсов ( ≈3 имп/см² с). В подобных приборах пленочные контактные электроды, нанесенные на выходную поверхность первой МКП и входную поверхность второй МКП, контактируют друг с другом, что приводит к частичному перекрытию рабочих отверстий каналов каждой из этих МКП перегородками каналов другой МКП, т.е. уменьшает число работающих каналов второй МКП. В результате существенно снижается абсолютная выходная эффективность прибора, ухудшаются амплитудное распределение выходных импульсов и усилительные свойства прибора.

Для компенсации эффекта геометрического рассеяния электронного потока в зазоре между первой и второй МКП приходится увеличивать ускоряющую разность потенциалов между ними, что неизбежно сопровождается увеличением темновых токов, т. е. приводит к уменьшению соотношения полезного сигнала к шуму и, соответственно, к снижению уровня чувствительности прибора и его динамического диапазона.

Другой тип прибора, являющийся прототипом заявляемого, содержит две МКП с пленочными контактными электродами на их входных и выходных поверхностях.

Электрический контакт с этими пленочными электродами осуществляется с помощью токопроводящего клея, что ограничивает возможности прогрева прибора при обезгаживании до температуры Т ≅300^оС. Следствием этого ограничения являются высокие темновые токи, поскольку для уменьшения темновых токов МКП необходимо проводить их обезгаживание при температуре не ниже 340^оС.

Величина зазора между МКП, определяемая конструктивными размерами керамического корпуса изолятора, составляет 1 мм и не может быть уменьшена из-за требований механической прочности керамического изделия данного типа. Чтобы сфокусировать выходной поток МКП на вход второй, необходимо увеличить разность потенциалов между этими электродами, что приводит к соответствующему увеличению напряжения питания, т.е. к повышению требований к электрической прочности прибора, увеличению вероятности высоковольтного пробоя и шумовой составляющей выходного сигнала, ухудшению амплитудного разрешения.

Целью изобретения является повышение абсолютной эффективности регистрации входных сигналов за счет увеличения коэффициента усиления и улучшения амплитудного разрешения, а также упрощение конструкции вторичного электронного умножителя при повышении ее надежности.

Цель достигается тем, что расположение пленочных контактных электродов на входной и выходной поверхностях МКП диаметрально смещено друг относительно друга, что позволяет осуществить подвод напряжения питания к ним посредством одинаковых контактных электродов, расположенных в одной горизонтальной плоскости. Минимальная толщина этих электродов, являющихся одновременно конструктивными элементами прибора, лимитируется только величиной плоскостной непараллельности поверхности МКП и определяет размер зазора между МКП и его параллельность. В зависимости от используемого материала контактных электродов величина зазора между МКП может составлять 10-100 мкм. Параллельность между рабочими плоскостями МКП может быть достигнута практически абсолютной так как она зависит только от точности изготовления одинаковых контактных электродов.

Заявляемое техническое решение отличается от известного тем, что пленочные контактные электроды, нанесенные на торцовые поверхности МКП, диаметрально смещены друг относительно друга в одной плоскости. Анализ других технических решений не позволил выявить устройств с аналогичными конструктивными признаками и свойствами, что говорит о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна". Использование предлагаемого решения позволило получить положительный эффект, выражающийся в повышении коэффициента усиления, улучшении амплитудного разрешения, увеличении надежности прибора, что соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже показаны составляющие элементы прибора и корпус, расположенные вертикально в реальной рабочей последовательности: 1 выходное (оконечное) кольцо прибора с поджимной пружиной; 2 коллектор, устанавливаемый после второй МКП; 3 контактный электрод, являющийся элементом конструкции; 4 пленочный электрод; 5 металлокерамический корпус; 6 МКП.

Пленочный электрод 4 не наносится на одну половину диаметра МКП, в результате чего каждая МКП контактирует только с одним из двух контактных электродов, устанавливаемых на ее поверхности. Взаимное положение пленочных и контактных электродов на выходных поверхностях второй и первой МКП приведено на позициях А и Б чертежа соответственно.

Устройство функционирует следующим образом.

Входной поток заряженных частиц, попав на торцовую поверхность первой МКП 6, вызывает вторичные электроны, которые, двигаясь в ускоряющем поле каналов этой МКП, в результате многократных соударений со стенками создают лавину. Интенсивность этой лавины в 10²-10³ раз превышает интенсивность первичного потока электронов. Усиленный таким образом поток электронов затем попадает на вход второй МКП, в каналах которой аналогичным образом продолжается лавинообразный процесс умножения электронов. Незначительное расстояние между выходом первой пластины и входом второй, разность потенциалов между которыми 100 эВ, ускоряет выходной поток электронов первой пластины, обеспечивает минимальные потери частиц на входе второй пластины, увеличивая конечную величину усиления прибора и улучшая его амплитудные характеристики. Усиленный в 5 ˙10⁷ 10⁸ раз поток электронов на выходе из второй МКП попадает на позиционно-чувствительный коллектор 2. Обе МКП 6 с контактными электродами 3 и коллектором 2 устанавливаются в корпус 5 и фиксируются посредством пружинного кольца 1.

Предлагаемая конструкция вторичного электронного умножителя на основе МКП позволяет существенно улучшить выходные параметры прибора. А именно: уменьшить габариты вдвое (до 5 мм), увеличить коэффициент усиления в 2-4 раза (до 4-5 ˙10⁷), улучшить амплитудное разрешение не менее, чем втрое (R 50% ), повысить абсолютную эффективность регистрации входных сигналов не менее чем вдвое, снизить максимальное напряжение питания на 200-400 В, повысить предельно допустимое напряжение питания до 3500-4000 В. Кроме того, данная конструкция, в случае необходимости, позволяет без каких-либо дополнительных изменений и доработок выпускать такие умножители с любым числом МКП.

Использование: устройство относится к электронной технике, в частности к вторичным электронным умножителям. Сущность изобретения: вторичный электронный умножитель содержит металлокерамический корпус с параллельно расположенными микроканальными пластинами. Контактные электроды к соседним микроканальным пластинам выполнены в виде двух диаметрально расположенных изолированных друг от друга дугообразных проводящих элементов, плотно прилегающих каждый к пленочному электроду на поверхности одной микроканальной пластины и окну в пленочном электроде другой. 1 ил.

ВТОРИЧНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ, содержащий металлокерамический корпус, параллельно расположенные, разделенные зазором микроканальные пластины с пленочными электродами, в которых выполнены окна, контактные электроды и коллектор, отличающийся тем, что, с целью повышения абсолютной эффективности, уменьшение числа темновых импульсов, увеличения коэффициента усиления и улучшения амплитудного разрешения, а также упрощения и облегчения конструкции и повышения надежности, контактные электроды к соседним пластинам выполнены в виде двух диаметрально расположенных изолированных друг от друга плоских проводящих элементов, плотно прилегающих каждый к пленочному электроду одной микроканальной пластины и окну в пленочном электроде смежной микроканальной пластины.