SU993361A1 - Фотоэлектронный умножитель - Google Patents

Description

Изобретение относится к импульсной технике, а более конкретно к фотоэлектронным умножителям (ФЭУ) для регистрации коротких импульсов световых сигналов малой мощности (< 1* X10 ⁸Вт).

Известны фотоэлектронные умножители (ФЭУ-15 и ФЭУ-16), предназначенные' для регистрации коротких импульсов световых сигналов малой мощности.

Чувствительность таких ФЭУ определяется .многоэлектронной компонентой', амплитудного распределения темновых импульсов ФЭУ - источником ложных импульсных сигналов, снимаемых с анода ФЭУ [ 1] .

Недостаток данных ФЭУ состоит в том, что система входа указанных приборов (фотокатод-модулятор - 1-й динод) характеризуется малым отношением эффективной площади фотокатода ,кэффективной площади 1-го динода.

• Наиболёе близким к предлагаемому является фотоэлектронный умножитель для детектирования импульсных световых сигналов, включающий полупрозрачный фотокатод, фокусирующий элек** трод в виде конуса и динодную умножительную систему.

В известном фотоэлектронном умножителе (ФЭУ-84) благодаря усовершенствованной системе сбора фотоэлектро нов с фотокатода с помощью фокусирующего электрода, выполненного в виде конуса, получен порог чувствительности в импульсном режиме 1· 1<Г⁸Вт Кроме того, фокусирующий электрод обеспечивает эффективный сбор фотоэлектронов со всей площади фотокатода на центр динодной системы [2].

Недостатком системы сбора фотоэлектронов известного ФЭУ является •е темновая эмиссия многоэлектронного происхождения (послеимпульстя ФЭУ),, возникающая в результате бомбардировки активной зоны фокусирующего электрода и фотокатода ФЭУ свободными 2θ ионами остаточных газов, дрейфующими со стороны динодной системы в направлении к фотокатоду.

Активная вторично эмиссионная 3OHa_f образованная вблизи верхнего среза конуса за счет продуктов напыления фотокатода, может работать так же эффективно, как и обычный эмиттер вторичных электронов.

Другими недостатками системы сбора фотоэлектронов, является ’’мягкая* · характеристика сбора, способ30 ствующая ¹'захвату'' значительной части (до 30%) угловых термоэлектронов , вылетающих с периферии колбы, в области,примыкающей к границе фотокатода, а также перехват вторичных электронов, выбитых из активной зо- .5 ны фокусирующего электрода.

Указанные влияния в комплексе значительно ухудшают порог чувствительности в импульсном режиме ФЭУ, а также способствуют появлению после-10 импульсов.

Цель изобретения - получение низкого порога чувствительности в импульсном режиме.

Поставленная цель достигается тем, 15 что в фотоэлектронном умножителе .для детектирования импульсных световых сигналов, включающем полупрозрачный фотокатод, фокусирующий электрод в виде конуса и динодную умножительную gg систему, установлена вырезывающая диафрагма с отверстием диаметром 38 мм, расположенная между конусом и первым динодом-на расстоянии, не превышающем 5 мм от нижнего среза конуса.

Кроме того, между 1-ым, 2-ым, 3-им . и Н-ым динодами системы установлены диафрагмы с ^возрастающей площадью отверстий в пределах от HF до H²F, но не более полной эффективной площади динода, где Н - номер динода, a F - площадь отверстия диафрагмы 1-го динода.

На чертеже представлен предлагаемый фотоэлектронный умножитель. .

Фотоэлектронный умножитель со- 35 держит фотокатод 1, фокусирующий электрод в виде конуса .2, динодную систему 3 и вырезывающие диафрагмы 4.

Умножитель работает следующим образом. 40

Электронная оптика, обеспечивающая фокусировку фотоэлектронов на 1-й динод при радиальной форме фотокатода, моделируется таким образом, чтобы пучек фотоэлектронов с рабочей 45 площади фотокатода был сфокусирован на центральную часть 1-го динода.

Обычно диаметр сфокусированного на 1-й динод пучка фотоэлектронов не превосходит нескольких миллимет- ,θ ров. Таким образом, при рабочей площади- 1-го дин од ал· 2-5 см'² используется лишь незначительная, центральная его часть.

Так как плотность тока в районе 55 1-ых. динодов обычно невелика, такие явления как насыщение объемным зарядом и т;п. еще не проявляются. В современных ФЭУ обычно все диноды системы выполняются конструктивно ' 60 одинаковыми, поэтому большая часть эффективной площади 1-ых динодов по существу не используется , а лишь выполняет ''паразитную'' роль эмиттера положительных ионов, дрейфующих $5 в сторону фотокатода и бомбардирующих фотокатод и близлежащие электроды. Поэтому, если в основании конуса 2 поместить вырезывающую диафрагму 4, .выполненную из материала с 'низким коэффициентом и вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) и электрически соединенную с конусом или находящуюся под некоторым потенциалом ^относительно него, то миграция положительных ионов со стороны динодной системы 3 в направлении фотокатода 1 резко ограничивается (в процентном отношении она равна отношению площадей диафрагмы и динода). Оптимальное расстояние .расположения диафрагмы относительно основания конуса не превышает 5 мм. При расстоянии более 5 мм диафрагма оказывается в зоне расфокусировки и начинается частичный перехват потока фотоэлектронов.

Диаметр диафрагмы для рассматриваемой системы входа в пределах 38 мм целиком зависит от ее расположения относительно основания конуса. По аналогии со входом послеимпульсы ФЭУ могут зарождаться под действием ионной бомбардировки и в области первых динодов, что также ухудшает порог чувствительности в импульсном режиме. Целесообразно установить диафрагмы 4 с постоянно возрастающей площадью и перед, последующими динодами системы 3 от 2-го до Н-го. Это не изменяет усиления ФЭУ, но существенно сокращает число и амплитуду послеимпульсов от ионной обратной связи.

Диафрагма, установленная у основания фокусирующего электрода (конуса) , позволяет получить и более жесткую зонную характеристику сбора электронов с фотокатода на 1-й динод» обеспечивая тем самым блоее крутой спад характеристики на границе рабочей зоны фотокатода ФЭУ.

Предлагаемый фотоэлектронный умножитель позволяет улучшить порог* чувствительности в импульсном режиме, • а также повысить процент выхода годных изделий.

Claims (2)

1. ствующа  захвату значительной ;части (до 30%) угловых термоэлектро нов, вылетающих с периферии колбы, в области,примыкающей к границе фотокатода , а также перехват вторичн ых электронов, выбитых из активной зоны фокусирующего электрода. Указанные вли ни  в комплексе значительно ухудаиают порог чувствительности в импульсном режиме ФЭУ а также способствуют по влению посл импульсов. Цель изобретени  - получение низ кого порога чувствительности в импу сном режиме. Поставленна  цель достигаетс  те что в фотоэлектронном умножителе .дл детектировани  импульсных световых сигналов, включающем полупрозрачный фотокатод, фокусирующий электрод в виде конуса и динодную умножительну систему, установлена вырезывающа  диафрагма с отверстием диаметром 38 мм, расположенна  между конусом и первым динодом.на рассто нии, не пр вышающем 5 мм от нижнего среза кону Кроме того, между 1-ым, 2-ым, 3и Н-ым динодами системы установлены диафрагмы с возрастающей площадью отверстий в пределах от HF до , но не более полной эффективной площади динода, где Н - номер динода, а F - площадь отверсти  диафрагмы 1-го динода. . На чертеже представлен предлагаемый фотоэлектронный умножитель. , Фотоэлектронный умножитель со-, держит фотокатод I, фокусирующий электрод в виде конуса .2, динодную систему 3 и вырезывающие диафрагмы Умножитель работает следующим об разом. Электронна  оптика, обеспечивающа  фокусировку фотоэлектронов на 1-й динод при радиальной форме фото катода, моделируетс  таким образом, чтобы пучек фотоэлектронов с рабоче площади фотокатода был сфокусирован на центральную часть 1-го динода. Обычно диаметр сфокусированного на 1-й динод пучка фотоэлектронов не превосходит нескольких миллиметров . Таким образом, при рабочей пло щади- 1-го динодал2-5 см используетс  лишь незначительна , центральн его часть. Так как плотность тока в районе 1-ых, динодов обычно невелика, такие  влени  как насыщение объемным зар дом и т;п. еще не про вл ютс . В современных ФЭУ обычно все динодн системы выполн ютс  конструктивно одинаковыми, поэтому больша  часть эффективной площади 1-ых динодов по существу не используетс  , а лишь вы полн ет паразитную роль эмиттера положительных ион.ов, дрейфующих в сторону фотокатода и бомбардирующих фотокатод и близлежсццие электроды . .Поэтому, если в основании конуса 2 поместить вырезывающую диафрагму 4, .выполненную из материала с низким коэффициентом и вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) и электрически соединенную с конусом или наход щуюс  под некоторым потенциалом относительно него, то миграци  положительных ионов со сторо.ны динодной системы 3 в направлении фотокатода 1 резко ограничиваетс  (в процентном отношении она равна отиоиению площадей диафрагмы и динода). Оптимальное рассто ние .расположени  диафрагмы относительно основа1ни  конуса не превышает 5 мм. При рассто нии более 5 мм диафрагма ока|3ываетс  в зоне расфокусировки и начинаетс  частичный перехват потока фотоэлектронов. Диаметр диафрагмы дл  рассматриваемой системы входа в пределах 38 мм целиком зависит от ее расположени  относительно основани  конуса. По аналогии со входом послеимпульсы ФЭУ могут зарождатьс  под действием ионной бомбардировки и в области первых динодов, что также ухудшает порог чувствительности в импульсном режиме. Целесообразно установить диафрагмы 4 с посто нно возрастающей площадью и перед, последующими динодами системы 3 от 2-го до Н-го. Это не измен ет усилени  ФЭУ, но существенно сокращает число и амплитуду-послеимпульсов от ионной обратной св зи. Диафрагма, устайовленна  у основани  фокусирующего электрода (конуса ) , позвол ет получить и более жесткую зонную характеристику сбора электрон .ОБ с фотокатода на 1-й динод обеспечива  тем самым блоее крутой спад характеристики на границе рабочей зоны фотокатода ФЭУ. Предлагаемый фотоэлектронный умножитель позвол ет улучшить порог чувствительности в импульсном режиме, а также повысить процент выхода годных изделий. Формула изобретени  1. Фотоэлектронный умножитель дл  детектировани  импульснцх световых сигналов, включанзщий полупрозрачный фотокатод, фокусирующий электрод в виде конуса и динодную умножительную систему, о тличающийс  тем, что, с целью получени  низкого порога чувствительности, в импульсном ре-. жиме, в нем установлена вырезывающа  диафрагма с отверстием диаметром 38 мм, расположенна  между конусом и первым динодом на рассто нии/ не превышающем 5 мм от нижнего среза конуса .
2. 2. Умножитель по п. 1,отличающийс  тем, что между 1-ым 2-ым, 3-им и Н-ым динодами системы установлены диафрагма с возрастающей площадью отверстий в предел ах от HF до , но не более полной эффек ,тивной площади динода, где Н - номер дииода, а F - площадь отверсти  диафрагкы 1-го динода..

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Вильдгрубе Г.С. ФЭУ-15 ФЭУ-16, Дис. на соиск. учен, степени д-ра техн. наук. ВНИИМРП, М. , 1958, с.Ш117 .

   2.Дунаевска  Н.В. и Ройкин Ж.М. Фотоэлектронный умножитель ЮУ-34 с

   жалюэийной системой умножени  и высокоэффективным многощелочным фотокатодом .- Электронна  прокололен 4, 1974, с. .34-36 (проность to готип) .

   3.

   V////////

   л

   /////////