RU2118870C1

RU2118870C1 - Multichannel secondary-emission multiplying system

Info

Publication number: RU2118870C1
Application number: RU97112432A
Authority: RU
Inventors: Аркадий Григорьевич Берковский
Original assignee: Аркадий Григорьевич Берковский
Priority date: 1997-07-14
Filing date: 1997-07-14
Publication date: 1998-09-10

Abstract

FIELD: electronic engineering; multichannel photoelectronic multipliers. SUBSTANCE: system has dynodes in the form of plates each provided with N holes, where N is number of multiplying-system channels. Each dynode is formed by two plates pressed to each other; one of them is emitting plate and other is field-forming one. Emitting plate has N identical sections in the form of funnels with holes in their tops. Field-forming plate has N holes and N screens bent out at right angle; screens of one channel of multiplying system are located in same plane. Dynodes are arranged one under other so that holes in field-forming plate of i-th dynode are on one side of screen and those in field-forming plate of (i + 1)-th dynode, on other side of screen; screens of field-forming plate of i-th dynode enter with their ends holes of emitting plate of (i + 1)-th dynode. EFFECT: improved percentage of collected photoelectrons on first dynode; provision for manufacturing dynodes by stamping. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике, в частности к вторично-эмиссионным умножительным системам, используемым в многоканальных фотоэлектронных умножителях (МкФЭУ). The invention relates to electronic equipment, in particular to secondary-emission multiplier systems used in multichannel photoelectronic multipliers (MKFE).

Обычно в МкФЭУ используют вторично-эмиссионные умножительные системы с широким входом, т.е. умножительные системы, содержащие диноды, у которых размер рабочей (приемной) части динода близок к его наружному размеру (без крепежных элементов). В настоящее время известны три разновидности таких умножительных систем. Typically, MFFEUs use secondary emission multiplying systems with a wide input, i.e. multiplying systems containing dynodes, in which the size of the working (receiving) part of the dynode is close to its outer size (without fasteners). Three varieties of such multiplication systems are currently known.

Известны многоканальные вторично-эмиссионные умножительные системы на сеточных динодах [1]. Недостатком таких систем является их невысокая эффективность из-за того, что, во-первых, значительная часть первичных электронов пролетает в отверстие последующего динода, не умножаясь, и, во-вторых, часть поверхности, i-го динода находится под значительным отрицательным потенциалом (i - 1)-го динода и потому не может эмиттировать вторичные электроны. Known multi-channel secondary-emission multiplying systems on grid dynodes [1]. The disadvantage of such systems is their low efficiency due to the fact that, firstly, a significant part of the primary electrons flies into the hole of the subsequent dynode without multiplying, and, secondly, part of the surface of the ith dynode is at a significant negative potential ( i - 1) th dynode and therefore cannot emit secondary electrons.

Известны многоканальные вторично-эмиссионные умножительные системы на основе перфорированных фольг [2]. В такой системе происходит значительный отсев электронов в процессе умножения и в силу того, что система открытая, т.е. фотоны и ионы, возникающие на выходных каскадах, имеют прямой доступ на первые диноды и катод, возникают обратные связи и, как следствие, увеличивается темновой ток и появляется нестабильность МкФЭУ, в котором используют эту систему. Known multichannel secondary emission multiplier systems based on perforated foils [2]. In such a system, there is a significant screening of electrons in the process of multiplication and due to the fact that the system is open, i.e. the photons and ions that arise at the output stages have direct access to the first dynodes and cathode, feedbacks arise and, as a result, the dark current increases and instability of the photomultiplier is used in which this system is used.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является многоканальная умножительная система жалюзийного типа [3], разработанная фирмой Hamamatsu (Япония). Достоинством такой системы в сравнении с предыдущей является отсутствие сквозных зазоров, приводящих к возникновению обратных связей, возрастанию темнового тока и появлению нестабильности работы МкФЭУ. Жалюзийная умножительная система содержит диноды в виде пластин сложного фигурного профиля с щелевыми отверстиями, количество которых превышает количество каналов системы, так что на один канал приходится несколько входных щелевых отверстий. The closest technical solution to the proposed one is a multi-channel multiplication system of the louvre type [3], developed by Hamamatsu (Japan). The advantage of such a system in comparison with the previous one is the absence of through gaps leading to the occurrence of feedbacks, an increase in the dark current, and the appearance of instability of the MFPE operation. The louvre multiplier system contains dynodes in the form of plates of a complex figured profile with slit openings, the number of which exceeds the number of channels in the system, so that several input slit openings fall on one channel.

Недостатком прототипа является невысокий процент сбора фотоэлектронов на первый динод за счет того, что один канал умножительной системы включает несколько входных щелевых отверстий, и фотоэлектроны, попадающие между отверстиями, оказываются в отсеве. Кроме того, для обеспечения требуемого профиля динодов используют метод вытравливания динодов из пластин, являющийся сложным, дорогостоящим и малопроизводительным. The disadvantage of the prototype is the low percentage of collection of photoelectrons at the first dynode due to the fact that one channel of the multiplying system includes several input slit holes, and photoelectrons falling between the holes are in screenings. In addition, to ensure the desired profile of the dynodes, the method of etching the dynodes from the plates is used, which is complex, expensive and inefficient.

Техническим результатом от использования заявляемого изобретения является повышение процента сбора фотоэлектронов на первый динод, а также возможность использования для изготовления динодов метода штамповки, более простого, дешевого и производительного, чем метод вытравливания. The technical result from the use of the claimed invention is to increase the percentage of collection of photoelectrons at the first dynode, as well as the possibility of using the stamping method for manufacturing dynodes, which is simpler, cheaper and more efficient than the etching method.

Технический результат достигается тем, что в многоканальной вторично-эмиссионной умножительной системе, содержащей диноды в виде пластин с отверстиями, каждый динод образован двумя прижатыми друг к другу пластинами - эмиттирующей и полеобразующей, эмиттирующая пластина содержит N идентичных участков, где N - число каналов умножительной системы, в виде воронок с отверстиями в их вершинах, в полеобразующей пластине выполнено N отверстий с отогнутыми под прямым углом экранами, причем экраны одного канала умножительной системы лежат в одной плоскости, диноды расположены друг под другом так, что отверстия в полеобразующей пластине i-го динода расположены по одну сторону экранов, в полеобразующей пластине (i+1)-го динода - по другую сторону экранов, а экраны полеобразующей пластины i-го динода своими концами входят в отверстия эмиттирующей пластины (i- 1)-го динода. The technical result is achieved by the fact that in a multi-channel secondary-emission multiplying system containing dynodes in the form of plates with holes, each dynode is formed by two plates pressed against each other - emitting and field-forming, the emitting plate contains N identical sections, where N is the number of channels of the multiplying system , in the form of funnels with holes in their vertices, in the field-forming plate, N holes are made with screens bent at right angles, and the screens of one channel of the multiplying system lie in one planes, dynodes are located one under another so that the holes in the field-forming plate of the i-th dynode are located on one side of the screens, in the field-forming plate of the (i + 1) -th dynode - on the other side of the screens, and the screens of the field-forming plate of the i-th dynode are the ends enter the holes of the emitting plate of the (i-1) th dynode.

Предлагаемая многоканальная вторично-эмиссионная умножительная система представлена на фиг.1, на фиг.2 показан один канал системы. Принятые обозначения: 1 - эмиттирующая пластина, 2 - полеобразующая пластина, 3 - отверстие в эмиттирующей пластине, 4 - отверстие в полеобразующей пластине, 5 - экран, 6 - пучок вторичных электронов. Многоканальная вторично-эмиссионная умножительная система содержит от i > 1 до i = n динодов, расположенных друг под другом, количество которых определяется требуемым усилением системы. Каждый динод образован двумя прижатыми друг к другу пластинами - эмиттирующей 1 и полеобразующей 2. Каждая эмиттирующая 1 пластина содержит N идентичных участков, где N - количество каналов умножительной системы, каждый из которых выполнен в виде воронки с отверстием 3 в ее вершине. В каждой полеобразующей 2 пластине выполнено N отверстий 4 и N экранов 5, отогнутых под прямым углом. Экраны 5 одного канала умножительной системы лежат в одной плоскости. Диноды расположены друг под другом так, что отверстия 4 в полеобразующей 2 пластине i-го динода расположены по одну сторону экранов 5, отверстия 4 в полеобразующей 2 пластине (i + 1)-го динода - по другую сторону экранов 5. При этом экраны 5 полеобразующей 2 пластины i-го динода своими концами входят в отверстия 3 эмиттирующей 1 пластины (i - 1)-го динода. Отверстия в эмиттирующих 1 и полеобразующих 2 пластинах имеют круглую или овальную форму, в отличие от прототипа, где отверстия щелевые. Была разработана конструкция 15 - канальной умножительной системы. The proposed multi-channel secondary emission multiplier system is presented in figure 1, figure 2 shows one channel of the system. Accepted notation: 1 - emitting plate, 2 - field-forming plate, 3 - hole in the emitting plate, 4 - hole in the field-forming plate, 5 - screen, 6 - beam of secondary electrons. A multichannel secondary emission multiplier system contains from i> 1 to i = n dynodes located one below the other, the number of which is determined by the required amplification of the system. Each dynode is formed by two plates pressed against each other - emitting 1 and field generating 2. Each emitting 1 plate contains N identical sections, where N is the number of channels of the multiplying system, each of which is made in the form of a funnel with a hole 3 at its apex. In each field-forming 2 plate, N holes 4 and N screens 5 are bent at a right angle. Screens 5 of one channel of the multiplying system lie in one plane. The dynodes are located one under the other so that the holes 4 in the field-forming 2 plate of the i-th dynode are located on one side of the screens 5, the holes 4 in the field-forming 2 plate of the (i + 1) -th dynode are on the other side of the screens 5. Moreover, the screens 5 field-forming 2 plates of the i-th dynode their ends enter the holes 3 emitting 1 plate of the (i - 1) -th dynode. The holes in the emitting 1 and field-forming 2 plates have a round or oval shape, in contrast to the prototype, where the holes are slotted. The design of the 15 - channel multiplication system was developed.

Пластины умножительной системы изготовлены методом штамповки. Эмиттирующие пластины штампуют из вторично-эмиттирующих материалов (сплавы или никель с напылением на него сурьмы), а для изготовления полеобразующих пластин используют любой вакуумный металл. The plates of the multiplication system are made by stamping. The emitting plates are stamped from secondary-emitting materials (alloys or nickel with antimony deposited on it), and any vacuum metal is used to produce field-forming plates.

При подаче соответствующих потенциалов на диноды умножительной системы фотоэлектроны попадают в умножительную систему через отверстия в первом диноде. Так как каждый канал умножительной системы имеет одно входное отверстие, за которым расположены последующие диноды, образующие данный канал, то сбор фотоэлектронов на первый динод оказывается существенно выше, чем в прототипе, где на один канал умножительной системы приходится несколько входных отверстий, и фотоэлектроны, попадающие между этими отверстиями, отсеиваются. When corresponding potentials are applied to the dynodes of the multiplication system, the photoelectrons enter the multiplication system through the holes in the first dynode. Since each channel of the multiplying system has one inlet, behind which there are subsequent dynodes that form this channel, the collection of photoelectrons at the first dynode is significantly higher than in the prototype, where several inlets are per channel of the multiplying system, and the photoelectrons falling between these holes are sifted out.

Заявляемая конструкция вторично-эмиссионной умножительной системы, была подобрана экспериментально путем многократного моделирования на ЭВМ. The inventive design of the secondary-emission multiplying system was experimentally selected by multiple computer simulations.

Таким образом, заявляемая многоканальная вторично-эмиссионная умножительная система в сравнении с прототипом позволяет более эффективно осуществлять сбор фотоэлектронов на первый динод, который близок к 100%, и фокусировку вторичных электронов. В зависимости от требуемого усиления число динодов умножительной системы может быть различным. Thus, the claimed multichannel secondary-emission multiplying system in comparison with the prototype allows more efficient collection of photoelectrons to the first dynode, which is close to 100%, and focusing of secondary electrons. Depending on the required gain, the number of dynodes of the multiplication system can be different.

Кроме того, конструкция умножительной системы позволяет использовать для изготовления пластин более простой, производительный и дешевый метод штамповки, чем метод вытравливания, используемый для получения сложного фигурного профиля динодных пластин в прототипе. In addition, the design of the multiplication system allows you to use for the manufacture of plates a simpler, more efficient and cheaper stamping method than the etching method used to obtain a complex curved profile of dynode plates in the prototype.

Источники информации
1. Photomultiplier Tubes, Hamamatsu, 1995, р.5.Sources of information
1. Photomultiplier Tubes, Hamamatsu, 1995, p. 5.

2. Photomultiplier Tubes, Principles and applications, Philips Photonics, 1994, p. 15. 2. Photomultiplier Tubes, Principles and applications, Philips Photonics, 1994, p. fifteen.

3. IEEE Transactions on Nuclear Science; v.41, N 4, p. 725-729, 1994 (прототип). 3. IEEE Transactions on Nuclear Science; v.41, N 4, p. 725-729, 1994 (prototype).

Claims

A multichannel secondary emission multiplying system containing dynodes in the form of plates with holes, characterized in that each dynode is formed by two plates pressed against each other - emitting and field-forming, the emitting plate contains N identical sections, where N is the number of channels of the multiplying system, in the form funnel with holes at their vertices, N holes are made in the field-forming plate with screens bent at right angles, and the screens of one channel of the multiplying system lie in the same plane, the dynodes are located are laid under each other so that the holes in the field-forming plate of the i-th dynode are located on one side of the screens in the field-forming plate of the (i + 1) -th dynode on the other side of the screens, and the screens of the field-forming plate of the i-th dynode enter their holes emitting plate of the (i + 1) th dynode.