Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
Подобные ПИ имеют коаксиальный выход, малую межэлек-тродную емкость и низкую идуктивность выводов и позволяют регистрировать сигнал без усилительного тракта непосредственно
151
быстродействующим осциллографом, так как фототок в импульсе может достигать нескольких ампер.
Фотоэлектронные умножители. Фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) называют электровакуумный прибор, преобразующий энергию оптического излучения в электрические сигналы и содержащий фотокатод, вторично-электронный умножитель и анод [8, 10, 85].
Конструктивно от вакуумного фотоэлемента ФЭУ отличается тем, что кроме фотокатода и анода содержит еще фокусирующую электронно-оптическую систему, диафрагму и дополнительные электроды (диноды), являющиеся эмиттерами вторичных электронов (рис. 5.3, а).
При освещении фотокатод / эмиттирует первичные фотоэлектроны, которые ускоряются электрическим полем и фокусируются электронно-оптической системой 2 на первый динод Э1у вызывая его увеличенную вторичную электронную эмиссию. Вторичные электроны, вылетевшие из первого динода, ускоряются электрическим полем и направляются на второй динод Э2, увеличенный поток электронов со второго динода направляются на третий и т. д.
Электрическое поле, ускоряющее электроны, создается делителем постоянного напряжения, обеспечивающим больший положительный потенциал каждого последующего каскада относительно предыдущего R1—R11.
Фотокатоды ФЭУ аналогичны фотокатодам ФЭ и могут работать «на просвет» и «на отражение». При работе «на просвет» полупрозрачный фотокатод наносится на плоское выходное окно колбы в виде круга диаметром 10—50 мм (делают до 250 мм). При работе «на отражение» входное окно часто располагают на боковой стенке колбы, а излучение попадает на фотокатод со стороны вакуума.
Пространство, образуемое поверхностями фотокатода 1 и первого динода Эх с расположенными между ними электродами, называют катодной (входной) камерой ФЭУ. Форма и распределение электрического потенциала на поверхности фотокатода фокусирующего электрода 2 и диафрагмы 3 должны обеспечить максимальный сбор фотоэлектронов на первый динод за счет использования законов движения электронов в электрическом поле. Качество электронно-оптической системы катодной камеры определяется коэффициентом сбора электронов ук (отношением числа фотоэлектронов, достигших первого динода, к общему числу эмиттированных фото катодом электронов пк). Коэффициент сбора ' электронов у современных ФЭУ близок к единице.
Первичные фотоэлектроны, попадая на первый динод, взаимодействуют с электронами его вещества и возбуждают их до более высоких энергетических состояний. Часть электронов перемещается к границе динода с вакуумом. Электроды, которые достигают поверхности с энергией, превышающей поверхностный
152
oii/atuni/nofi у
ч Ч Ч Ч Ч ч ч
^ ^ ^ ^ ^
•fr, fft
153
Рис. 5.3. Устройство ФЭУ со схемой его питания (а, б) канального (в—д) и жалюзийного (е) ФЭУ
потенциальный барьер, переходят в вакуум и ускоряются электрическим полем в направлении ко второму диноду.
Время вторичной электронной эмиссии меньше чем 10~12 с.
Вторичная электронная эмиссия характеризуется коэффициентом вторичной эмиссии
а = па/пкуи,
где пл — среднее число эмиттируемых динодом электронов; Як'Ук — число первичных электронов, падающих на поверхность динода.
Коэффициент вторичной электронной эмиссии динода зависит от энергии первичных электронов, от материала динода и состояния его поверхности. Энергия первичных электронов в диапазоне 100—1800 эВ дает максимальное значение коэффициента вторичной эмиссии. В качестве материалов вторично-эмиссионных дино-дов применяют SbCs3 и окисленные сплавы CuBe, AlMg, AgMg, CuMg, GaP(Cs) и т. д. Форму и расположение динодов выбирают из условий максимального сбора электронов, эмиттированных предыдущим динодом, одинакового времени пролета электронов от фотокатода до анода (траектории электронов должны быть изохронными, чтобы обеспечить малую постоянную времени), отсутствия объемного заряда, приводящего к нелинейности световой характеристики.
Часть электронов из-за несовершенства системы рассеивается и попадает на стенки баллона и на нерабочие участки динодов, что учитывается коэффициентом эффективности динодного каскада 7; (отношением числа электронов, попавших на i 4- 1-й ди-нод, к числу электронов, вышедших из t-ro динода). Современные ФЭУ имеют коэффициент эффективности каскада 0,7—0,95.
Число электронов, собираемых на анод,
m
«а = «кУк П Vi = пкукМ,
1=1
где m — число каскадов; М — коэффициент усиления ФЭУ.
Если ог = о2 =¦¦¦= о, а Ук = У/ = 1» то М = ат или /а = /кот, где /а —¦ анодный ток ФЭУ; 1Ц —¦ ток эмиссии фотокатода.
Для серийных ФЭУ при среднем коэффициенте вторичной эмиссии о = 4 и числе каскадов 12 коэффициент усиления ФЭУ достигает 107, чего достаточно для регистрации сигнала на выходе от одного упавшего на фотокатод кванта (выбившего один фотоэлектрон).
В последние годы широко применяют жалюзийные и канальные ФЭУ, отличающиеся от обычных ФЭУ построением динодной системы.
Жалюзийная динодная система (рис. 5.3, е) состоит из наклонных полосок и прозрачной сетки, находящейся под тем же потенциалом. Сетка экранирует жалюзи, обеспечивает попадание вто-
