Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
41
Рис. 1.29. Схема включения КЭУ:
1 — КЭУ; 2 — анод
Для этой же цели применяют и так называемые канальные электронные умножители (КЭУ), отличающиеся тем, что у них нет ди-нодной системы. КЭУ выполняется в виде тонкой трубки — канала длиной несколько сантиметров и диаметром 0,5ч-1 мм, обладающей значительным сопротивлением IO9—IO10 Ом (рис. 1.29). Внутренняя поверхность канала имеет коэффициент вторичной эмиссии больше единицы. Канал может быть выполнен из стекла, керамики или пластмассы. Чаще для этого используют стекла, содержащие свинец.
К концам трубки через контактные электроды подводят напряжение, которое вследствие проводимости равномерно падает вдоль канала. Электроны, тяжелые частицы, ультрафиолетовое или рентгеновское излучение при попадании на внутреннюю поверхность канала создают вторичные частицы — электроны, которые под действием ускоряющего аксиального электрического поля перемещаются в сторону положительного потенциала, приобретают необходимую энергию и выбивают вторичные электроны с противолежащих мест стенки канала. При определенном соотношении между длиной и диаметром канала и при достаточном ускоряющем напряжении, а также при условии, что коэффициент вторичной эмиссии больше единицы, число электронов на выходе канала во много раз превышает число электронов, образованных исследуемым излучением на входе.
В прямолинейном канале получить большой коэффициент усиления трудно из-за возникающей ионной и оптической обратной связи. Поэтому, как правило-, КЭУ 'выполняют в виде дуги или спирали. Коэффициент усиления КЭУ достигает IO8—IO9. Применяя материалы, свободные от радиоактивных компонентов, уровень шумов этих умножителей удается понизить до IO-2 имп./с.
К недостаткам КЭУ можно отнести малый выходной ток — порядка нескольких микроампер. При работе КЭУ в сциитилляцион-ном счетчике на его входе надо устанавливать фотокатод. С большой площади фотокатода ускоренные электроны могут быть сфокусированы на вход канала умножителя либо направлены на несколько КЭУ.
42
Дальнейшим развитием канальных умножителей являются мик-роканальные пластины МКП, состоящие из IO6 и более каналов диаметром 10 мкм. На базе МКП создают ФЭУ, позиционные детекторы и усилители света (см. § 8.2, 8.4).
Из-за небольших размеров отдельных каналов микроканальные ФЭУ обладают очень высокими временными характеристиками. Время прохождения сигнала через них не превышает 1 не, а разброс этого времени составляет 0,1 не. По сравнению с динодными ФЭУ они значительно менее чувствительны к магнитным полям.
Высокое напряжение на КЭУ прикладывается к концам канала, вдоль которого оно равномерно распределяется. По мере умножения электронов увеличиваются токи, отбираемые от распределенного делителя канала. Поэтому в некоторых умножителях в конце канала наносится заземленный экран, емкость которого работает так же, как сосредоточенные емкости в делителе ФЭУ (пунктир на рис. 1.29).
Сигнал с КЭУ можно снимать при помощи сопротивления нагрузки, включенной либо в цепь внешнего анода, либо в цепь высокого напряжения Ek (рис. 1.29). В первом способе во внешнюю цепь (RhCbx) поступает ток анода Ia и на выходе схемы формируется отрицательный импульс. Во втором способе во внешнюю цепь поступают три тока: /0—постоянный ток, протекающий через канал в исходном состоянии; 1„—импульс тока, возникающий в цепи канала в результате шунтирования резистивного слоя лавиной вторичных электронов; /а — анодный ток. Токи I0 и I^ текут -навстречу току /а, причем /а на порядок больше /~, поэтому на нагрузке Rfн развивается положительный импульс.
1.5.2. СТАБИЛИЗАЦИЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ СЧЕТЧИКОВ
На амплитудное значение выходного импульса сцинтилляционного счетчика влияют нестабильность коэффициента усиления ФЭУ, а также непостоянство светового выхода сцинтиллятора и его спектральной характеристики. Все эти параметры зависят от температуры; кроме того, коэффициент усиления ФЭУ очень чувствителен к нестабильности питающего напряжения. Поэтому в сцинтилляционных счетчиках применяют специальные стабилизирующие схемы, обеспечивающие постоянство усиления как самого умножителя, так и всего детектора.
Коэффициент усиления ФЭУ можно представить в виде выражения
M = Qon9
где 0 — коэффициент, определяющий фокусировку электронов между отдельными электродами; п — число динодов.
Коэффициент вторичной ЭМИССИИ Cf не является постоянной величиной, он зависит от напряжения между динодами t/0:
<y = f(U0).
43
Эта функция определяется материалом, из которого изготовлена поверхность динода. Можно показать, что изменение питающего ФЭУ напряжения U0 приводит к значительному изменению коэффициента усиления:
т. е. изменение питающего напряжения на 1 ,% приводит к п %-ному изменению коэффициента усиления (обычно п— 12-f-16).
Коэффициент усиления КЭУ зависит от напряжения U0i приложенного к его торцам, и вторично-эмиссионных свойств внутренней поверхности канала; в случае прямолинейного канала он имеет вид
где а — отношение длины канала к его диаметру; V — начальная энергия вторичных электронов; К— коэффициент пропорциональности между коэффициентом вторичной эмиссии внутренней поверхности канала и первичной энергией электронов, падающих на стенку канала.
