Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
4
і
200 4OO 600 800 /ООО
Длина бол not I7 нм
Рис. 4.1. Спектральная чувствительность Nkr и квантовый выход щ (%) фотокатодов в зависимости от длины волны X. Трубки TU- и U-типов имеют кварцевые окна, трубки других типов — стеклянные [242] . Ґ-С (Si); 2-А (S 11); J-T (S20); 4-V (S 13); 5 — TU; tf-= 10%; \Щ.
Чщ =
4.1. Фотоумножитель 115
Таблица 12. Характеристики материалов фотокатодов
Материал Диапазон длин волн, HM Квантовый выход ^макс Наименование
AgOCs 300—1100 800 0,004 Sl
BiAgOCs 170—700 420 0,068 SlO
Cs3Sb-O 160—600 390 0,19 SIl
Na2KSb-Cs 160—800 380 0,22 S20
K2CsSb 170—600 380 0,27 Двущел очной
v
ла с высоким коэффициентом эмиссии вторичных электронов, например BeO или Mg—О—Cs. При этом можно достичь эмиссии примерно 3-5 вторичных электронов на падающий электрон, обладающий кинетической энергией примерно 100—200 эВ. Для системы, включающей 14 таких следующих один за другим динодов, разность потенциалов между которыми составляет примерно 150— 200 В, можно достичь коэффициента умножения числа электронов примерно 108. Соответствующий заряд около 2*10-11 Кл собирается на аноде в течение примерно 5 не и на нагрузке 50 Ом возникает импульс напряжения 200 мВ. Время нарастания этого импульса порядка 2 не, а полное время пробега электронов с кагода до анода составляет примерно 40 не.
Разброс времени пролета электронов в ФЭУ определяется главным образом различием во времени пролета фотоэлектронов от катода до первого динода. Это обусловлено двумя эффектами: различием скоростей фотоэлектронов при выходе из катода и различием траекторий электрона от точки эмиссии из фотокатода до первого динода. Диапазон кинетических энергий фотоэлектронов из щелочного катода, облучаемого светом с длиной волны 400— 430 нм, простирается от 0 до 1,8 эВ, причем наиболее вероятное значение составляет 1,2 эВ [188]. При напряженности электрического поля E-XSO В/см разница Ь\ времен пролета первоначально покоящегося и испущенного с кинетической энергией Tk = 1,2 эВ фотоэлектрона составляет 5і = (2тТк)1/2/(еЕ) ~ 0,2 не. Вклад в разброс времени пролета электронов второго эффекта Ъг зависит главным образом от диаметра катода. Для диаметра 44 мм Ъг = — 0,25 не или 0,7 не для цилиндрических типов XP 2020 и XP 2232 [201]. Этот вклад в различие времен пролета и ограничивает главным образом временное разрешение фотоумножителей.
Диаметры плоских катодов ФЭУ лежат в области 5—125 мій;
116 4. Измерение времени
640
Рис. 4.2. Схема ФЭУ R 1449 с фотокатодом диаметром 508 мм [156]. 1 — фокусирующие электроды; 2 — фотокатод; 3 ^ диноды; 4 — анод.
наибольший размер имеют трубки (Hamamatsu R 1449) с выпуклым фотокатодом диаметром 508 мм (рис. 4.2, 4.3). Они разработаны для эксперимента по поиску распада протона [156]. Эти ФЭУ имеют двущелочные катоды с максимальным квантовым выходом при 420 нм и с коэффициентом усиления 107 при разности потенциалов
Рис. 4.3. Фотография ФЭУ R 1449 [156].
4.1. Фотоумножитель 117
между катодом и анодом 2000 В. Длительность фронта нарастания анодного импульса tr = 18 не, разброс времен пролета импульсов,-образованных эмиссией одного фотоэлектрона, составляет rs -= 7 не. В табл. 13 приведены результаты измерения временного разрешения для недавно разработанных ФЭУ, которое определяется разбросом времен пролета электронов.
Разброс времен пролета электронов существенно меньше в специальном типе электронного умножителя — микроканальном умножителе (рис. 4.4). Этот прибор состоит из расположенных параллельно 104 — 107 каналов диаметром от 10 до 100 мкм с длиной в 40 н- 100 раз большей, чем диаметр. Каналами являются отверстия в пластине из свинцового стекла. Соответствующее покрытие стекла в каналах позволяет получить в них постоянный градиент потенциала. В таком продольном электрическом поле ускоряются электроны. На своем пути вдоль канала электроны могут ударяться о стенку и при этом высвобождать вторичные электроны, которые также будут ускоряться и в свою очередь могут выби-
Таблица 13. Характеристика новых моделей ФЭУ и ВЭУ
AMPEREX RCA Hamamatsu ITT Hamamatsu
XP 2020 8854 R 647-01 F 4129 R 1564 U
Усиление >3107 3,5-Ю8 >106 1,6•1O6 5-Ю5
Высокое напряжение меж- 1 2200 2500 1000
ду анодом и катодом, В
Напряжение на микрока- 2500 3400
нальной пластине, В
Время нарастания тд, не 1,5 3,2 2 0,35 0,27
Время пролета электро- 28 70 31,5 2,5 0,58
нов 7т, HC
Разброс времени пролета 0,51 1,55 1,2 0,20 0,09
для одного фотоэлектро-
на 7S, HC
Разброс времени пролета 0,12 0/40 0,10
для большого числа фо-
тоэлектронов г/, HC
Количество фотоэлектро- 2500 100 800
нов при измерении 7s
Квантовый выход, Щ 26 27 28 20 15
Диаметр фотокатода, мм 44 114 18 18
Материал динодов CuBe GaP/BeO
118
4. Измерение времени
Рис. 4.4. Принцип работы микроканального умножителя [84]. /—никель-хромовый контакт; 2 — каналы; 3 — первичное излучение; 4 — вторичные электроны; 5 — стеклянная трубка; 6 — выходящие электроны.
вать из стенок канала электроны третьего поколения. Іаким образом, покрытие внутренней поверхности каналов действует как протяженная динодная система. Коэффициент усиления для одиноч-ного первичного электрона зависит от того, как часто сам первичный электрон и образованные им вторичные электроны сталкиваются со стенкой, т. е. от первоначального направления движения первичного электрона. Коэффициент усиления ограничивается величиной примерно 107 вследствие эффекта насыщения.
