ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ Советский патент 1995 года по МПК H01J43/04 

Предлагаемое изобретение относится к электронной технике, в частности к прямоугольным (квадратным) фотоэлектронным умножителям (ФЭУ), и может быть использовано в сцинтилляционных счетчиках, входящих в состав позитронно-эмиссионного томографа.

Цель изобретения уменьшение оптической обратной связи между каналами при сохранении фокусировки фотоэлектронов.

Предлагаемый двухканальный ФЭУ представлен на фиг. 2, на фиг. 3 показаны траектории фотоэлектронов, промоделированные на ЭВМ.

Двухканальный ФЭУ содержит стеклянную колбу 1 прямоугольного (квадратного) сечения с лобовым стеклом 2, фотокатод 3, фокусирующий электрод, состоящий из трех экранов 4, 5, 6, диафрагму 7, первый диод 8, две идентичные начиная со второго диода, умножительные системы 9 и два анода 10. Фотокатод 3 выполнен в виде двух равных частей, разделенных зазором 11 единой для двух каналов цилиндрической поверхности, соответствующей внутренней поверхности лобового стекла 2 колбы 1. Ось этой поверхности проходит через первый диод 8, являющийся общим для двух каналов умножителя. Экраны 4 и 5 расположены один внутри другого, причем внутренний экран Т-образного сечения расположен в плоскости симметрии умножителя, а наружный замкнутый экран прямоугольного (квадратного) сечения 5, соответствующего сечению колбы 1, расположен вдоль стенок колбы на равном удалении от них. Третий экран 6 представляет собой полоску, расположенную в плоскости симметрии умножителя вплотную к фотокатоду 3. Диафрагма 7 отделяет катодную камеру от умножительной системы. Первый диод 8 является общим для двух каналов и расположен по оси симметрии умножителя. В зазоре 11 может быть нанесен светопоглощающий слой 12.

Двухканальный ФЭУ работает следующим образом. При воздействии фотонов фотокатод 3 эмиттирует фотоэлектроны, которые фокусируются экранами 4, 5, 6 в области первого диода 8. Электронный поток каждого канала усиливается своей умножительной системой 9 и с анода 10 снимается электрический сигнал. В предлагаемом ФЭУ при воздействии фотонов на один канал на выходе смежного канала сигнал практически отсутствует, т.е. исключается влияние каналов ФЭУ друг на друга, что объясняется следующим. Т.к. фотокатод 3 сформирован на единой, общей для двух каналов цилиндрической поверхности лобового стекла 2, то отраженные фотоны распространяются преимущественно наружу, а не в сторону смежного канала, уменьшая тем самым оптическую обратную связь между каналами. Небольшая часть фотонов, отразившихся в сторону смежного канала, может быть практически устранена с помощью светопоглощающего слоя 12, расположенного в зазоре 11, разделяющем фотокатод 3 на две одинаковые части. В качестве такого слоя может быть использован, например, массивный слой сурьмы, который, будучи проработан цезием в процессе формирования фотокатода, обладает свойством поглощать свет. Кроме того, лобовое стекло 2 над светопоглощающим слоем 12 имеет минимальную толщину, свет многократно отражается от него и вероятность его поглощения в слое увеличивается. В заявляемом двухканальном ФЭУ величина оптической обратной связи между каналами не превышает 2 3 т.е. практически отсутствует. Для осуществления фокусировки электронов и их сбора на первый диод 8 предложена система экранов 4, 5, 6, форма, расположение и размеры которых были подобраны экспериментально путем моделирования различных вариантов конструкции на ЭВМ, а первый диод 8 выполнен общим для двух каналов и расположен по оси симметрии умножителя.

В результате экспериментальных исследований был изготовлен опытный образец двухканального ФЭУ с колбой квадратного сечения со следующими размерами:
расстояние между противоположными стенками внутри колбы 1 (сторона квадрата) 162 мм,
радиус фотокатода 3 194 мм,
расстояние фотокатод 3 диафрагма 7 по оси симметрии умножителя 145 мм,
высота экрана 5 77 мм,
расстояние между противоположными стенками внутри экрана 5 103 мм,
высота экрана 4 40 мм,
ширина полочки экрана 4 11 мм,
высота экрана 6 8 мм.

В силу закона подобия, действующего в электронной оптике, эффект от использования предлагаемого технического решения будет достигаться в случае выполнения следующих соотношений, т.е. размеров, приведенных к расстоянию между противоположными стенками колбы:
1) 194 мм 162 мм 1,2,
2) 145 мм 162 мм 0,93,
3) 77 мм 162 мм 0,48,
4) 103 мм 162 мм 0,64,
5) 40 мм 162 мм 0,25,
6) 11 мм 162 мм 0,07,
7) 8 мм 162 мм 0,05.

В двухканальном ФЭУ, удовлетворяющем приведенным соотношениям, достигается фокусировка электронов пучка при минимальной оптической связи между каналами. При этом на электроды ФЭУ подавались следующие потенциалы относительно фотокатода: катод 0, экраны и диафрагма 400 В, первый диод 500 В, второй диод 600 В и т.д.

Таким образом, в заявляемом двухканальном ФЭУ с колбой прямоугольного (квадратного) сечения обратная оптическая связь между каналами на порядок меньше, чем в прототипе, и составляет 2 3 при сохранении фокусировки электронного пучка. Кроме того, заявляемый ФЭУ проще в конструктивном отношении, что снижает затраты на его изготовление в серийном производстве.

Использование: в сцинтилляционных счетчиках, входящих в состав позитронно-эмиссионного томографа. Сущность изобретения: двухканальный фотоэлектронный умножитель содержит стеклянную колбу прямоугольного или квадратного сечения, фотокатод, фокусирующий электрод, диафрагму, первый диод, две идентичные, начиная со второго диода, умножительные системы и два анода. Фотокатод выполнен в виде двух равных частей, разделенных зазором единой для двух каналов цилиндрической поверхности, соответствующей внутренней поверхности лобового стекла колбы. Ось этой поверхности проходит через первый диод, являющийся общим для двух каналов умножителя. Фокусирующий электрод выполнен в виде трех экранов, два из которых расположены один внутри другого, причем внутренний экран Т-образного сечения расположен в плоскости симметрии умножителя, а наружный замкнутый экран прямоугольного или квадратного сечения, соответствующего сечению колбы, расположен вдоль ее стенок. Третий экран выполнен полосковым и расположен в плоскости симметрии умножителя вплотную к фотокатоду. Диафрагма отделяет катодную камеру от умножительной системы. Первый диод является общим для двух каналов и расположен по оси симметрии умножителя. В зазоре между частями фотокатода может быть нанесен светопоглощающий слой. Уменьшение оптической обратной связи на порядок при сохранении фокусировки фотоэлектронов имеет место в данном ФЭУ. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ, содержащий расположенные в одной колбе прямоугольного или квадратного сечения фотокатод, фокусирующий электрод, две умножительные системы и два анода, отличающийся тем, что, с целью уменьшения оптической обратной связи между каналами при сохранении фокусировки фотоэлектронов, фотокатод выполнен в виде двух равных разделенных зазором частей единой для двух каналов цилиндрической поверхности с осью, проходящей через общий для двух каналов первый диод, расположенный по оси симметрии умножителя, общий для двух каналов фокусирующий электрод выполнен в виде трех экранов, два из которых расположены один внутри другого, причем внутренний экран Т-образного сечения расположен в плоскости симметрии умножителя, а наружный замкнутый экран прямоугольного или квадратного сечения, соответствующего сечению колбы, расположен вдоль ее стенок, третий экран выполнен полосковым и расположен в плоскости симметрии умножителя вплотную к фотокатоду. 2. Умножитель по п.1, отличающийся тем, что в нем фотокатод разделен на две равные части полосой светопоглощающего слоя, расположенного над третьим экраном.