Дифференциальный электронный умножитель Советский патент 1982 года по МПК H01J40/14 

(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ Изобретение относится к разделу технической физики, а именно к технике регистрации заряженных частиц (электронов и может быть применено для исследованияспектров квантового выхода фотоэмиссии, а также энергетических спекрров фото- и вторичной эмиссии с твердого тела в области энергий 5 - 1000 эВ, кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано в исследовании спектральных, характеристик фотокатодов из изолирующих материалов, при изучении энергетики фотоэффекта в тонких пленках а также различных процессов электронных возбуждений и рассеяния в крис таллах. Известны измерительные устройства, работающие в режиме счета импульсов от отдельных электронов после усиления в двух микроканальных пластинах, стоящих друг за другом (схема .шеврон). Эта схема имеет высокую чувствительность 1 и С2 . Однако недостаточно широкий динамический диапазон,не позволяет работать пр

УМНОЖИТЕЛЬ больших перепадах интенсивности источника излучения, например, обладающего линейчатым спектром. Известна также другая система ше&рон с резистивным анодом, состоящая из двух микроканальных пластин (МКП) в при расстоянии между МКП в 150 мкм и напряжении 1ОО В позволяет добиться такого усиления, что образующийся в момент импульса пространственный эпекрронный зарад на выходе второй МКП аг раничивает электронную лавину, так что амплитудное распределение импульсов пряобретает гауссов вид. Это резко повышает амплитудное разрешение СЗ . Однако известное устройство так же как и первое не может осуществить лянейную регистрашпо сигнала при перепаде интенсивности от 10 до 10 импульсов в 1с, а между тем подобные перепады обычны при работе с источниками ВУФ излучения с линейчатым спектром. Компенсация перепада с помощью регул1фовкв 398 щелей монохрома тора или фильтров«ослабителей связана с большими погрешностями, а применение выпрямленных источников света привносит переменный уровень рассеяного излучения или постоянную электромагнитную помеху. Указанные недостатки устранены в устройствах, работающих в режиме стробирования и в области плато счетной харак теристики. Известен двухканальный электрон1шй умножитель, построенный также по схеме шеврон из двух МКП с промежуточной управляющей сеткой, на которую подаются отпирающие импульсы с генератора импульсов следящей частоты (ГИСЧ), вклк ченного в цепь отрицательной обратной связи с коллектора эталонного канала на управляющую сетку шеврона. Цепь КОЛ лектора эталона содержит импульсный усилитель, формирователь, измеритель скороети счета, компаратор-интегратор и генератор импульсов следящей частоты и при переменном входном потоке работает так, что при росте потока возбуждающего излучения частота отпирающих строб-импульсов падает, а число пропущенных электрон ных ливней, на вторую МКП сокращается, и наоборот. В результате этого вькодная скорость счета канала эталона поддержи™ вается на постоянном уровне, задаваемом потешшометром электронная щель, на отдельном входе компаратора-ирггегратора независимо от уровня входного возбу кде1ШЯ, который может изменяться в диапазоне скоростей счета 10 - 10 импульсов в 1 с. Приведение к постоянной интенciffiHOCTH счета в канале эталона при ус- ловии, что управляющая сетка является общей для обоих каналов, означает, что в канале образца счет импульсов оказывается пропорционален отношению квантовых выходов мищени и эталона 4 .

Этот двухканальный электронный умножитель обладает существенным недос татком, заключающимся в отсутствии синхронизации отпира.ющих импульсов с проходящими в данный момент электронными лавинами через управляемую сетку шеврона. В результате несовпадений вознг-жает дисперсия коэффициента усиле- Ш1Н и рабочая точка сходит с плато счетной характеристики шеврона. Получающаяся при этом погрешность счета может достигать 20 - 30%.

Пель изобретения - повышение точности регистрации квантового выхода элект ронной эмиссии.

Сущность изобретения заключается в том, что с помощью введения четырексеточного замедлителя электронных лавин внутрь двухканального приемника, состоящего из двух МКП по схеме шеврон, стробирующей цепи усиления-формирования от первой сетки на четвертую через предусилитель, формирователь-одновибратор, суммирующий усилитель и второй формирователь, а также управляющей цепи обратной связи от кош1ектора канала эталона через Д11фференшальный усилитель, измеритель скорости счета, компаратор-интегратор (на второй вход сумматора), з.а счет импульсного стробирования электрон34Указанная цель достигается тем, что в дифференциальном электронном умножителе, содержащем эталонную и исследуе- fvfyio мишени, два соллектора, стоящие напротив мишеней, две мик.роканапьные усилительные пластины, расположенные одна за другой между мишенями и коллекторами и цепь коллекторов, включающуго дифференциальный импульсный усилиа ель, согласующий усилитель, два измерителя скорости счета (ИСС), компаратор-интегратор и источник калиброванного напряжения, в промежутке между двумя мКП установлен замедлитель из четырех металлических сеток, общих для обоих каналов, прозрачностью ВО-90%, в цепь коллекторов введена цепь отрицатель-, ной обратной связи, содержащая импульсный предусилитель, два формирователя-одновибратора, трехвходовой суммируюаиш усилитель и второй источншс калиброванного напряжения, при этом коллекторы соединены с разными входами Д1 фферен1етального усилителя, выход которого через согласующий усилитель и разделительные диоды соединен с входами измерителей скорости счета, выход ИСС эталонного канала подсоединен к инвертарующему входу компаратора-интеграто- ра, выход которого соединен с первым входом трехвходового суммирующего усилителя, и выход трехвходового суммирующего усилителя через первый формирова- тель-однОБибратор соединен с четвертой сеткой замедлителя, первая сетка замедлителя подключена чбрез импульсный предусилитель с входом второго формирователя-одновибратора, выход которого соединен с вторым входом трехвходового суммирующего усилителя, к третьему входу которого и к неинвертирующему входу компаратора-интегратора подключены нсточншси калиброванных напряжений. ных лавин в шевроне осуществляется стабилизация сигнала на выходе канала эталона на уровне, задаваемом постоянными потенциалами на самостоятельных входах компаратора и сумматора, и лик- вндируется дисперсия коэффициента усиления, обусловленная несинхронностью отпирающих импульсов с пропускаемыми элект ронными лавинами. Благодаря этому, ликвидируется ошибка в счете импульсов, . устраняется перегрузка обоих каналов на сильных линиях излучения источника, а также осуществляется непрерьшнре вьшисление квантовых выходов измеряемого образна и эталона, регистрируемое самописцем на выходе ИСС канла образца. Пусть обший поток первичных частиц N делится эталоном и образцом на сА и (1- ct) соответственно. При квантовых выходах эталонаVg и образца YQ выходные скорости счета выражаются как No(Yи N(1 - i) YQ . Когда в процессе измерений N изменяется, цепи стробирова- шш и- обратной связи посредством |эегулирования пьедестала импульсов на выхо де сумматора поддерживают величину- скорости счета стробированньрс импульсов в канале эталона постоянной N-ci.-Y-K const, где К - коэффициент пропускания числа электро1гных лавин на сетке С, задаваемый числом импульсов формирователя на выходе сумматора, по отношению к скорости счета на сетке С, обший для обоих каналов. Тогда в канале образца сигнал равен N (1 - об) -Уд- К - N (1 ot) Yp-tons-t/No(Y COn5t VO/YJ, т. e. пропорционален отношению квантовых выходов образца и эталона., На чертеже дана блок-схема дифференциального электронного умножителя. Умножитель содержит эталонную 1 и исследуемую 2 мишени, МКП 3 и 4, общие для обеих мишеней, сигнальную сет ку 5 четырехсеточного замедлителя, сет ки 6 и 7 замедлителя, определяющие про летную базу для замедленных электронны лавин, стробирующую сетку 8, регулирующую скорость счета импульсов, коллекторы 9 и 1О эталонной и измеряемой мищеней, дифференциальны усилитель 11 с линейной характеристикой до 25 дБ. и коэффициентом подавления синфазных помех .до 40 дБ, основной 12 и согласующий 13 усилители, диоды 14 и 15, разделяющие импульсы разной .полярности от разных каналов по разным УЮС 16 и 17 выдаю щим выходные напряжения, пропорциональ ные числу импульсов в 1 с на выходах, компаратор-интегратор 18, вьщающий напряжение, пропоршюнальное интегралу от разности потенциалов ИСС 16 и калиброанного потенциометра 19 (электронная щель), сумммирующий усилитель 2О, где кладьгааются напряжения штупьса от етки 5, усиленного в предусилителе 21 сформированного формирователём-одно- ибратором 22 до стандартной амплитуды, выходного напряжения - пьедестала от омпаратора 18. Кроме того; на сумматор одается напряжение потенциометра 23 (начальный пьедестал) для преодоления орога срабатьтания второго форм.ировате я-одновибратора 24, выдающего стандарт ые по амплитуде и длительности с треб- мпульсы, открывающие шеврон по сетке 8 в момент прохождения некоторых из электронных лавин. Устройство также со держит самописец 25. Приемник работает следующим обраом. , Выбитые излу хением из разных мишеней фотоэлектроны умножаются в МКП-3. Возникающие электронные лавины входят в замедлитель, образованный сетками 58, .и проходят его за конечное время 1 0,1 МКС в нулевом поле между ceTitaми 6 и 7. Это время необходимо для фор мирования строб-импульса по тракту сигнальная сетка 5 - предусилитель 21 одновибратор 22 - усилитель 2О - формирователь-одновибратор 24 для того, чтобы он совпадал с приходом лавины на сет ку 8, если выходное напряжение пьедестал - суммирующий усилитель 20 позволяет импульсу с формирователя-одновибратора 22 запус тить формирователь- одновибратор 24. Прошедшая сквозь сетку ,8 лавина умножается в МКП 4, достигая полного коэффициента усиления , соответствующего режиму насыщения счетной характеристики. По своим коллекторам 9 и 1О соответствующие импульсыпроходят через усилители 11 - 13, разделяются диодами 14 и 15 на разные ИСС} из них импульсы эталонного канала на ИСС 16 и компаратор 18. Если скорость счета на коллекторе 9 эталона велика, то выходное напряжение U больше, чем , поэтому на выходе компаратораинтегратора падает, уменьшая пьедестал для импульсов формирователя 22, что не позволяет срабатьюать формирователю 24, увеличивая просчеты электронных лавин, поэтому скорость счета в канале эталона начинает падать. При обратном соотношении U(| и происходит наоборот. Таким образом осуществляется автомати7983ческая регулировка потока электронных павин на уровне, задаваемом Ц9,вне зависимости от уровня первичного облучения мишеней 1 и 2. При этом. ИСС 17 и само писец 25 регистрируют отношение кванто. вых выходов YO /УЭ В предлагаемом устройстве за счет стробирования электронного потока стандартными импульсами с помощью сеток и обеспечеНия сиюсронизаили этого строби- рования регулировкой времени пролета базы между сетками 6-7, так что момент отпирания сетки 8 строб-импульсом совпадает с прохождением электронной лавины через сет1су 8, коэффициент усиления шев рона не испытьшает дисперсии, не уменьшается, и амплитудное распределение кол- лекторных импульсов сохраняется ненарушенным. Счет импульсов всегда пр(5исходит на плато счетной характеристики МКП что позволяет лшшидировать погрешность в счете импульсов, достигающую 20-30%, Формула изобретения Дифференциальный .электронный умно житель, содержащий эталонною и исследуемую мшнени, два коллектора, стоящие .напротив мишеней, две микроканальные усилительные пластины, расположенные одна за другой между М1га1енями и 15:оллекторами, и цепь коллекторов, включающую ди414)еренгшальный импудьсный усилитель, согласующий усилитель, два измерителя скорости счета, компаратор-интегратор и источнтдк калиброванного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повьпиения точности регистрации квантового выхода электронной эмиссии, в про- межутке между двумя микроканальными пластинами установлен замедлитель из 38 четырех металлических сеток, общих для обоих каналов, проарачностью 80-9О%, в цепь коллекторов введена цепь отрицательной обратной связи, содержащая импупьсный предусилитель, два формирова- теля-одновибратора, трехвходовой суммирующий усилитель и второй источник калиброванного напряжения, при этом коллек торы соединены с разными входами дифферендиального усилителя, выход которого через согласующий усилитель и разделительные диоды соединен с входами изме- рителей скорости счета, выход измерителя скорости счета эталонного канала подсоединен к инвертирующему входу компаратора-интегратора, выход которого соедивен с первым входом трехвходового сум- мирующего усилителя, и выход трехвходового суммирующего усилителя через первый формирователь-одновибратор со- единен с четвертой сеткой замедлителя, первая сетка замедлителя соединена через импульсный предусилитель с входом второго формирователя-одновибратора, выход которого соединен с вторым входом трехвходового суммирующего усилителя, к третьему входу которого и к неинверти- рующему входу компаратора-интегратора подключены источники калиброванных напряжений. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. set Jnstr, 47, № 3, 1976, с. 282. 2. SciJnstf, 48, № 1. 1977, с, 95. 3. Rev sci 3nstr, 48, № 9, 1977, c. 1217. 4.Авторское свидетельство СССР № 2964554/18-21, кл. Н 01 J 40/14, 24.О7.80,

У

м

ГГЛ