PL214188B1 - Sposób wytwarzania powielacza elektronowego i powielacz elektronowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania powielacza elektronowego i powielacz elektronowy. Powielacze elektronowe są to elementy, które wzmacniają bardzo małe prądy padających na nie jonów lub elektronów poprzez powtarzające się wielokrotnie zjawisko emisji wtórnej z elektrod powielacza zwanych dynodami. Powielacze elektronowe są używane do detekcji elektronów lub jonów. Powielacze elektronowe składają się z zespołu dynod oraz anody. Wiązka jonów lub elektronów, której prąd ma ulec wzmocnieniu, pada na pierwszą dynodę i inicjuje powielanie elektronów przez kolejne dynody. Dynody numerowane są wg kolejności przepływu elektronów. Elektrony wyemitowane z ostatniej dynody zbierane są przez anodę. Prąd anody wzmocniony 10³ - 10⁸ razy w stosunku do prądu wejściowego jest sygnałem wyjściowym powielacza. Powielacz elektronowy stanowi również główną część fotopowielacza. Powielacze mogą zawierać dynody ciągłe, czyli takie gdzie elektrony wtórne mogą być emitowane z dowolnego miejsca na ich powierzchni lub dynody dyskretne czyli mające formę oddzielnych elektrod z określonymi miejscami emisji elektronów wtórnych. Elektrody (dynody i anoda) w powielaczach z dyskretnymi dynodami polaryzowane są napięciami w celu uzyskania przepływu elektronów pomiędzy nimi i uzyskania odpowiedniego współczynnika emisji wtórnej z powierzchni dynod, a tym samym wymaganego wzmocnienia powielacza.

Powszechnie stosowany sposób wytwarzania powielacza elektronowego, polega na tym, że elektrody montuje się na elementach nośnych powielacza i każdą podłącza się do układu polaryzacji wykonanego jako zewnętrzny rezystorowy dzielnik napięcia. Rezystory stanowią dyskretne elementy dołączone do poszczególnych elektrod, albo są nadrukowane na płytkę z materiału izolacyjnego.

Powielacz elektronowy ma elektrody osadzone na wspólnym elemencie nośnym powielacza. Dynody o numerach nieparzystych i dynody o numerach parzystych usytuowane są zazwyczaj w dwóch warstwach w przybliżeniu równoległych do siebie. Anoda usytuowana jest za ostatnią dynodą, która może mieć numer parzysty lub nieparzysty. Elektrody połączone są z układem polaryzacji w postaci rezystorowego dzielnika napięcia. Rozwiązanie to charakteryzują się znacznymi wymiarami geometrycznymi oraz wymaga sieci połączeń pomiędzy elektrodami i rezystorami. Ponadto każda z elektrod jest zamocowana oddzielnie do elementów nośnych powielacza i precyzyjnie wyjustowana względem pozostałych. Elektrody powielacza są polaryzowane napięciem z zasilacza wysokiego napięcia za pomocą dzielnika rezystorów zewnętrznych. Spadek napięcia wytworzony przez prąd anody na rezystorze jest wzmacniany przez wzmacniacz elektroniczny i przekazywany dalej do systemu akwizycji i rejestracji sygnału. Liczba dynod powielacza może wynosić od kilku do kilkudziesięciu w zależności od współczynnika emisji wtórnej powierzchni dynod i wymaganego wzmocnienia powielacza. Liczba rezystorów w dzielniku napięcia zależy od liczby dynod.

Znany jest z opisu patentowego US5677595, powielacz elektronowy, w którym dynody i rezystory polaryzujące tworzą oddzielne podzespoły. Rezystory naniesione są na podłoże izolacyjne i przedzielone ścieżkami przewodzącymi, które łączą się z dynodami za pomocą przewodów przechodzących przez otwory w podłożu. Okolice otworów uszczelniane są substancją izolacyjną (nie rezystywną). Dynody tworzą oddzielny zespół, niezintegrowany z rezystorami.

Znany z opisu patentowego nr JP4359855, powielacz elektronowy wytworzony jest w podłożu krzemowym metodami stosowanymi w mikroelektronice. Rezystory nie są usytuowane pomiędzy dynodami lecz tworzą ciągłą warstwę rezystywną, wytworzoną poprzez domieszkowanie podłoża Si. Dynody naniesione są na pochyłe powierzchnie wytworzone metodą trawienia chemicznego Si. Połączenia pomiędzy dynodami i warstwą rezystywną wytworzone są poprzez domieszkowanie Si. Jest to zupełnie inne rozwiązanie niż w zgłoszeniu; rezystory nie są usytuowane pomiędzy dynodami, przestrzeń pomiędzy dynodami nie jest wypełniona materiałem rezystywnym.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że szczeliny pomiędzy górnymi dynodami i szczeliny pomiędzy dolnymi dynodami wypełnia się materiałem rezystywnym, przy czym materiałem rezystywnym łączy się kolejne górne dynody w jeden wspólny górny element oraz warstwą materiału rezystywnego łączy się kolejne dolne dynody w jeden wspólny dolny element. Ponadto szczelinę pomiędzy przedostatnią dynodą i anodą wypełnia się materiałem izolacyjnym stanowiącym izolator anody, przez co anoda zostaje dołączona do wspólnego dolnego lub górnego elementu.

Korzystnie szczeliny pomiędzy górnymi dynodami i szczeliny pomiędzy dolnymi dynodami wypełnia się ceramicznym lub polimerowym materiałem rezystywnym, przy czym szczeliny wypełnia się całkowicie lub częściowo, przy czym stopień wypełnienia szczeliny zależy od właściwości elektrycznych materiału rezystywnego stanowiącego rezystor.

PL214 188B1

Korzystnym jest również to, że na zewnętrzną powierzchnię drugiej dynody nanosi się warstwę materiału rezystywnego stanowiącą rezystor drugiej dynody i/lub na zewnętrzną powierzchnię ostatniej dynody nanosi się warstwę materiału rezystywnego stanowiącą rezystor ostatniej dynody i/lub na zewnętrzną powierzchnię anody nanosi się warstwę materiału rezystywnego stanowiącą rezystor anody.

Istota powielacza elektronowego, według wynalazku polega na tym, że kolejne górne dynody stanowiąjeden wspólny górny element, przy czym pomiędzy kolejnymi górnymi dynodami usytuowane są rezystory w postaci wypełnienia materiałem rezystywnym, oraz kolejne dolne dynody stanowią jeden wspólny dolny element, przy czym pomiędzy kolejnymi dolnymi dynodami usytuowane są rezystory w postaci wypełnienia materiałem rezystywnym oraz pomiędzy przedostatnią dynodą i anodą umieszczony jest izolator anody w postaci wypełnienia materiałem izolacyjnym.

Korzystnie, na zewnętrzną powierzchnię drugiej dynody jest naniesiona warstwa materiału rezystywnego stanowiąca rezystor drugiej dynody i/lub na zewnętrzną powierzchnię ostatniej dynody jest naniesiona warstwa materiału rezystywnego stanowiąca rezystor ostatniej dynody i/lub na zewnętrzną powierzchnię anody jest naniesiona warstwa materiału rezystywnego stanowiąca rezystor anody.

Główną zaletą powielacza elektronowego, według wynalazku jest to, że rezystory wszystkie lub ich większość, służące do polaryzacji elektrod są zintegrowane z zespołem elektrod. Rozwiązanie to eliminuje większość zewnętrznych rezystorów i połączeń elektrycznych przez co umożliwia zmniejszenie wymiarów geometrycznych powielacza. Zintegrowane rezystory w postaci wypełnienia z materiału rezystywnego usytuowane pomiędzy elektrodami oraz izolator usytuowany pomiędzy przedostatnią dynodą i anodą zwiększają sztywność konstrukcji, upraszczają mocowanie i justowanie elektrod. Ponadto zintegrowane rezystory w postaci warstwy naniesionej z materiału rezystywnego mogą być naniesione na powierzchnie krańcowych elektrod.

Przedmiot wynalazku jest odtworzony w przykładach realizacji na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia powielacz elektronowy ze zintegrowanymi rezystorami międzydynodowymi, a fig. 2 - powielacz elektronowy z rezystorami naniesionymi na powierzchnie krańcowych elektrod.

Przykład 1

Sposób wytwarzania powielacza elektronowego, polega na tym, że szczeliny pomiędzy górnymi dynodami 1_, 3, 5, 7 i szczeliny pomiędzy dolnymi dynodami 2, 4, 6 wypełnia się materiałem rezystywnym 9, 10, 11, 12, 13 oraz szczelinę pomiędzy przedostatnią dynodą 6 i anodą 8 wypełnia się materiałem izolacyjnym. Materiałem rezystywnym 9, 10, 11, łączy się kolejne górne dynody 1, 3, 5, 7 w jeden wspólny górny element oraz materiałem rezystywnym 1_2, 13 i materiałem izolacyjnym 14 łączy się kolejne dolne dynody 2, 4, 6 i anodę 8 w jeden wspólny dolny element. Szczeliny pomiędzy górnymi dynodami 1, 3, 5, 7 i dolnymi dynodami 2, 4, 6 wypełnia się ceramicznym materiałem rezystywnym 9, 10, H, 12, 13 całkowicie. Do powielacza dołączone są zewnętrzne rezystory polaryzujące 1_5, 16, 17, zewnętrzny rezystor anody 18, zasilacz wysokiego napięcia 19 oraz wzmacniacz sygnału wyjściowego 20.

Przykład 2

Sposób wytwarzania powielacza elektronowego, przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że szczeliny pomiędzy górnymi dynodami 1, 3, 5, 7 i szczeliny pomiędzy dolnymi dynodami 2, 4, 6 wypełnia się częściowo polimerowym materiałem rezystywnym 9, 10, 11, 12,13, przy czym stopień wypełnienia szczeliny zależy od właściwości elektrycznych materiału rezystywnego 9, 10, 11, 12,13.

Przykład 3

Sposób wytwarzania powielacza elektronowego, przebiega jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że na zewnętrzną powierzchnię dynody 7 górnego elementu nanosi się warstwę materiału rezystywnego 17 stanowiącą rezystor ostatniej dynody 17 i na zewnętrzną powierzchnię dynody 2 dolnego elementu nanosi się warstwę materiału rezystywnego 15 stanowiącą rezystor drugiej dynody 15 i na zewnętrzną powierzchnię anody 8 nanosi się warstwę materiału rezystywnego 18 stanowiącą rezystor anody 18. Do powielacza dołączony jest zewnętrzny rezystor polaryzujący 1_6, zasilacz wysokiego napięcia 19 oraz wzmacniacz sygnału wyjściowego 20.

W powielaczu elektronowym, według wynalazku, elektrody powielacza w postaci dynod od 1 do 7 oraz anodę 8 polaryzuje się napięciem z zasilacza wysokiego napięcia 19 za pomocą dwóch dzielników napięcia, z których pierwszy składa się z rezystorów 9, 10, 11, 17, a drugi z rezystorów 12, 13, 15, 16. Spadek napięcia wytworzony przez prąd anody 8 na rezystorze 18 jest wzmacniany przez wzmacniacz elektroniczny 20. Liczba dynod powielacza może wynosić od kilku do kilkudziesięciu

PL214 188B1 w zależności od współczynnika emisji wtórnej powierzchni dynod i wymaganego wzmocnienia powielacza. Liczba rezystorów w dzielniku napięcia zależy od liczby dynod.

Claims (13)

1. Sposób wytwarzania powielacza elektronowego, w którym łączy się rezystory z elektrodami w postaci dynod i jednej anody, znamienny tym, że szczeliny pomiędzy górnymi dynodami (1,3, 5, 7) i szczeliny pomiędzy dolnymi dynodami (2, 4, 6) wypełnia się materiałem rezystywnym (9, 10, 11, 12, 13), przy czym materiałem rezystywnym (9, 10, 11) łączy się kolejne górne dynody (1, 3, 5, 7) w jeden wspólny górny element oraz materiałem rezystywnym (12, 13) łączy się kolejne dolne dynody (2, 4, 6) w jeden wspólny dolny element.

2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że szczelinę pomiędzy przedostatnią dynodą(6) i anodą (8) wypełnia się materiałem izolacyjnym stanowiącym izolator anody (14), przy czym materiałem izolacyjnym łączy się anodę (8) ze wspólnego dolnym lub górnym elementem.

3. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że szczeliny pomiędzy górnymi dynodami (1,3, 5, 7) i szczeliny pomiędzy dolnymi dynodami (2, 4, 6) wypełnia się ceramicznym materiałem rezystywnym (9, 10, 11, 15).

4. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że szczeliny pomiędzy górnymi dynodami (1, 3, 5, 7) i szczeliny pomiędzy dolnymi dynodami (2, 4, 6) wypełnia się polimerowym materiałem rezystywnym (9, 10, 11, 15).

5. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że szczeliny pomiędzy dynodami (1, 3, 5, 7 i 2, 4, 6) wypełnia się całkowicie.

6. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że szczeliny pomiędzy dynodami (1,3, 5, 7 i 2, 4, 6) wypełnia się częściowo, przy czym stopień wypełnienia szczeliny zależy od właściwości elektrycznych materiału rezystywnego (9, 10, 11, 15).

7. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że na zewnętrzną powierzchnię dynody (7) górnego elementu nanosi się warstwę materiału rezystywnego (12) stanowiącą rezystor górnego elementu (12).

8. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że na zewnętrzną powierzchnię dynody (2) dolnego elementu nanosi się warstwę materiału rezystywnego (13) stanowiącą rezystor dolnego elementu (13).

9. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że na zewnętrzną powierzchnię anody (8) nanosi się warstwę materiału rezystywnego (17) stanowiącą rezystor anody (17).

10. Powielacz elektronowy wyposażony w elektrody w postaci górnych i dolnych dynod oraz jednej anody połączonych rezystorami, znamienny tym, że kolejne górne dynody (1,3, 5, 7) stanowią jeden wspólny górny element, przy czym pomiędzy kolejnymi górnymi dynodami (1,3, 5, 7) usytuowane są rezystory (9, 10, 11) w postaci wypełnienia materiałem rezystywnym, oraz kolejne dolne dynody (2, 4, 6) stanowią jeden wspólny dolny element, przy czym pomiędzy kolejnymi dolnymi dynodami (2, 4, 6) usytuowane są rezystory (15) w postaci wypełnienia materiałem rezystywnym.

11. Powielacz, według zastrz. 10, znamienny tym, że pomiędzy przedostatnią dynodą (6) i anodą (8) umieszczony jest izolator anody (14) w postaci wypełnienia materiałem izolacyjnym.

12. Powielacz, według zastrz. 10, znamienny tym, że na zewnętrzną powierzchnię drugiej dynody (2) jest naniesiona warstwa materiału rezystywnego (12) stanowiąca rezystor drugiej dynody (2).

13. Powielacz, według zastrz. 10, znamienny tym, że na zewnętrzną powierzchnię anody (8) jest naniesiona warstwa materiału rezystywnego stanowiąca rezystor anody (18).