CN104465294B - 一种动态多级串联同轴碟型通道打拿级电子倍增器 - Google Patents

一种动态多级串联同轴碟型通道打拿级电子倍增器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动态多级串联同轴碟型通道打拿级电子倍增器，包括由内到外依次分布的若干级蝶形打拿极、发射源、电压源以及用于带动各级蝶形打拿极转动的驱动装置，各级蝶形打拿极沿电子的反射路径依次排列，各级蝶形打拿极均包括阴极板、栅电极及弧形支架，栅电极为环形结构，阴极板的横截面为圆弧形结构，各级蝶形打拿极中阴极板的圆心以及旋转轴均重合，阴极板的内侧面上覆盖有反射膜，阴极板固定于弧形支架的圆弧面上，栅电极固定于弧形支架的侧面，栅电极的一端与阴极板的一端固定连接，电压源包括电源及若干电阻，电源及各电阻串联连接。本发明的使用寿命长，阴极板的实际使用面积大，并且电子的有效发射率高。

Description

一种动态多级串联同轴碟型通道打拿级电子倍增器
技术领域
本发明涉及一种电子倍增器，具体涉及一种动态多级串联同轴碟型通道打拿级电子倍增器。
背景技术
电子倍增器是一种能将微弱的电信号转换成可测电信号的转换器件。通常打拿极电子倍增器采用单片打拿极多级串联的方式。输入电子信号经栅极电场的加速、聚焦后入射到第一级打拿极上，从第一个极板上轰击出的电子，依反射路径入射到第二个极板上，而第二极板的设置，使入射的电子击出的电子打击第三极板，每通过一个极板的加速，激发出的电子数增加，最终到达阳极的电子数量较入射时电子数量增多。由此可以看出，电子倍增器可以通过多级倍增有效的对电流进行放大。理想状态下，每级打拿级可将电子束流放大β倍，N级打拿级可将初电子束流放大到βN倍，但现有的电子倍增器的使用寿命比较短，并且电子的有效发射率较低
参考图1，初电子垂直入射第一级打拿极的栅极，在栅极电场的作用下初电子的能量不断提升，并穿过栅极轰击到第一级打拿极内表面，产生更多的二次电子。这些新产生的二次电子一部分被打拿极机架侧壁吸收，令一部分被下一级打拿极栅极电场吸引并加速，轰击到下一级的打拿极阴极板上，以此往复，电子从最后一级打拿极阴极板发射出来形成倍增后的电子束流。其主要特征为初电子的入射位置相对于电子倍增器固定，其二次电子的产生位置和电子运动路径相对于电子倍增器固定，使打拿极阴极板上产生二次电子的有效区域相对较小。同时，阴极板上产生二次电子的有效区域相对较小。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种动态多级串联同轴碟型通道打拿级电子倍增器，该电子倍增器的使用寿命长，阴极板的实际使用面积大，并且电子的有效发射率高。
为达到上述目的，本发明所述的动态多级串联同轴碟型通道打拿级电子倍增器，其特征在于，包括由内到外依次分布的若干级蝶形打拿极、发射源、电压源以及用于带动各级蝶形打拿极转动的驱动装置，各级蝶形打拿极沿电子的反射路径依次排列，各级蝶形打拿极均包括阴极板、栅电极及弧形支架，栅电极为环形结构，阴极板的横截面为圆弧形结构，各级蝶形打拿极中阴极板的圆心以及旋转轴均重合，阴极板的内侧面上覆盖有反射膜，阴极板固定于弧形支架的圆弧面上，栅电极固定于弧形支架的侧面，栅电极的一端与阴极板的一端固定连接，各级蝶形打拿极之间存在间隙且相互绝缘，工作时，驱动装置带有各级蝶形打拿极绕着同一旋转轴旋转，发射源发射的电子或离子垂直入射到第一级蝶形打拿极的栅电极；
所述电压源包括电源及若干电阻，电源及各电阻串联连接，任意一个电阻的两端分别与任意一级蝶形打拿极中栅电极另一端及阴极板的另一端相连接。
所述弧形支架为四分之一圆柱体结构；
所述阴极板的横截面对应的弧心角为90°。
所述发射源为电子源或离子源。
所述反射膜采用氧化法或磁控溅射法覆盖到阴极板的内侧面上。
所述驱动装置为电机或者马达。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的动态多级串联同轴碟型通道打拿级电子倍增器包括由内到外依次分布的若干级蝶形打拿极，各级蝶形打拿极均包括阴极板、栅电极及弧形支架，阴极板固定于弧形支架的圆弧面上，栅电极固定于弧形支架的侧面，从而有效的避免弧形支架侧壁对电子的影响，电子的有效发射率高；同时，栅电极为环形结构，且横截面为圆弧形结构，可以为电子提供相对均匀的加速电场，从而有效的提高电子的穿透率；在工作过程中，通过驱动装置带动各级蝶形打拿极转动，可以使电子轰击在阴极板上的环状区域内，有效的提高阴极板的实际使用面积，进而提高电子的发射寿命，同时可以在电子束轰击区域产生二次电子并积累表面电荷，由于给蝶形打拿极的阴极施加角速度旋转，蝶形打拿极的阴极旋转一周的时间内积累电荷区域可以回复表面电特性，同时蝶形打拿极中的阴极板会使二次电子产生和传播通路在第一级初电子为圆心的扇区域内，有效的降低电子在蝶形打拿极上的轰击密度，从而有效的提高发射效率及使用寿命。另外，本发明结构简单，制作方便。
进一步，所述阴极板的横截面对应的弧心角为90°，初电子轰击产生的二次电子的方向性高，有利于电子束的聚焦。
附图说明
图1为传统的多级弧形打拿级串联的结构示意图；
图2为本发明中实施例一的结构示意图；
图3为本发明中实施例一的爆炸图；
其中，101为第一级蝶形打拿极的阴极板、110为第一级蝶形打拿极的栅电极、210为第二级蝶形打拿极的阴极板、220为第二级蝶形打拿极的栅电极、230为第三级蝶形打拿极的阴极板、240为第三级蝶形打拿极的栅电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的动态多级串联同轴碟型通道打拿级电子倍增器包括由内到外依次分布的若干级蝶形打拿极、发射源、电压源以及用于带动各级蝶形打拿极转动的驱动装置，各级蝶形打拿极沿电子的反射路径依次排列，各级蝶形打拿极均包括阴极板、栅电极及弧形支架，栅电极为环形结构，阴极板的横截面为圆弧形结构，各级蝶形打拿极中阴极板的圆心以及旋转轴均重合，阴极板的内侧面上覆盖有反射膜，阴极板固定于弧形支架的圆弧面上，栅电极固定于弧形支架的侧面，栅电极的一端与阴极板的一端固定连接，各级蝶形打拿极之间存在间隙且相互绝缘，工作时，驱动装置带有各级蝶形打拿极绕着同一旋转轴旋转，发射源发射的电子或离子垂直入射到第一级蝶形打拿极的栅电极110；所述电压源包括电源及若干电阻，电源及各电阻串联连接，任意一个电阻的两端分别与任意一级蝶形打拿极中栅电极另一端及阴极板的另一端相连接，
需要说明的是，工作时，给栅电极施加工作电压后，对入射电子产生均匀的加速电场，并且电子能够通过栅电极轰击到阴极板内表面，弧形机架侧壁分布在阴极板的两侧，主要是连接和固定栅电极及阴极板。另外，所述弧形支架为四分之一圆柱体结构，阴极板的横截面对应的弧心角为90°，发射源为电子源或离子源，反射膜采用氧化法或磁控溅射法覆盖到阴极板的内侧面上，驱动装置为电机或者马达。
实施例一
参考图2及图3，本实施例以九级蝶形打拿极为例，在多级串联碟形通道打拿极中奇数级栅电极为放射状分布，偶数级栅电极为平行状分布，各级碟形打拿极从同轴环的中心开始为第一级蝶形打拿极按照二次电子的反射路径依次排列第九级蝶形打拿极。
本发明的工作过程为：
驱动装置驱动各级蝶形打拿极绕着同一旋转轴以ω的角速度旋转，通过电压源给各电阻供电，使得每一级蝶形打拿极以及栅电极具有相等的电位，发射源发射电子，刚开始电子入射时能量很小，入射方向垂直于第一级蝶形打拿极的栅电极110，由于第一级蝶形打拿极的栅电极110电压产生的电场，入射电子会加速到一定能量后穿过第一级蝶形打拿极的栅电极110轰击第一级蝶形打拿极的栅电极110下面的第一级蝶形打拿极的阴极板101表面，入射电子在轰击第一级蝶形打拿极的阴极板101表面的反射膜后产生数量更多的二次电子，这些新产生的二次电子再次被第二级蝶形打拿极的栅电极220电压加速，并经第二级蝶形打拿极的阴极板210表面反射后产生更多的二次电子，这些二次电子经第三级蝶形打拿极的栅电极240电压加速，并经第三级蝶形打拿极的阴极板230表面的反射后产生更多的二次电子，如每级蝶形打拿极均可将电子束流放大β倍，同理，在经过N级打拿极后，入射电子被放大到βN倍。

Claims (3)

1.一种动态多级串联同轴碟型通道打拿级电子倍增器，其特征在于，包括由内到外依次分布的若干级蝶形打拿极、发射源、电压源以及用于带动各级蝶形打拿极转动的驱动装置，各级蝶形打拿极沿电子的反射路径依次排列，各级蝶形打拿极均包括阴极板、栅电极及弧形支架，栅电极为环形结构，阴极板的横截面为圆弧形结构，各级蝶形打拿极中阴极板的圆心以及旋转轴均重合，阴极板的内侧面上覆盖有反射膜，阴极板固定于弧形支架的圆弧面上，栅电极固定于弧形支架的侧面，栅电极的一端与阴极板的一端固定连接，各级蝶形打拿极之间存在间隙且相互绝缘，工作时，驱动装置带有各级蝶形打拿极绕着同一旋转轴旋转，发射源发射的电子或离子垂直入射到第一级蝶形打拿极的栅电极(110)；
所述电压源包括电源及若干电阻，电源及各电阻串联连接，任意一个电阻的两端分别与任意一级蝶形打拿极中栅电极另一端及阴极板的另一端相连接；
所述发射源为电子源或离子源；
所述反射膜采用氧化法或磁控溅射法覆盖到阴极板的内侧面上。
2.根据权利要求1所述的动态多级串联同轴碟型通道打拿级电子倍增器，其特征在于，
所述弧形支架为四分之一圆柱体结构；
所述阴极板的横截面对应的弧心角为90°。
3.根据权利要求1所述的动态多级串联同轴碟型通道打拿级电子倍增器，其特征在于，所述驱动装置为电机或者马达。
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