5. Дайте визначення та поясніть принцип дії фотоелектронного помножувача (феп) на прикладі багатокаскадного феп с фокусуючими електродами.

Фотоелектронні помножувачі з фокусуючими електродами призначені для фотоелектричних вимірів при слабких світлових потоках. Принцип дії помножувачів цієї групи можна розглянути на прикладі ФЕП-17 (рис.1.8).

Рисунок 1.8 Конструкція багатокаскадного ФЕП з фокусуючими динодами (а), еквіпотенційні лінії та траєкторії електронів між динодами (б)

Емітери в цих приладах виконуються у вигляді ковшів і розташовуються так, щоб створювані ними електричні поля забезпечували майже повний перехід вторинних електронів, що випускаються даним емітером на наступний під гострими кутами атаки до поверхні . Картина поля і траєкторії електронів у такій системі електродів представлені на рис.1.8б. На кожний наступний емітер електрони попадають в основному в центральній частині його поверхні, так що в процесі переходу від одного електрода до іншого електронний потік виявляється усе більш концентрованим.

Дайте визначення та поясніть принцип дії фотоелектронного помножувача (ФЕП) на прикладі багатокаскадного ФЕП скрізьної дії (ешалетні ФЕП).

6. Фотоелектронні помножувачі наскрізної дії

При множенні електронів у каналі утворюються іони, кількість яких залежить від залишкового газу. Інтенсивна іонізація газу спостерігається на останніх 30% шляху в каналі, де щільність електронів найбільша. Іони прискорюються до фотокатоду, бомбардують його, а це спотворює характеристики та руйнує катод. При цьому значно скорочується термін служби. Щоб уникнути цього, удосконалюють технологію відкачки, поліпшують знегажування електродів, застосовують МКП із криволінійними каналами, установлюють дві або три пластини із прямолінійними похилими каналами, щоб утруднити рух іонів до катода. У результаті коефіцієнт підсилення знижується до 10⁶, а термін служби зростає в декілька разів.

У передавальних сучасних трубках на вхід мікроканальної пластини методом розпилення наносять алюмінієву або кремінну плівку товщиною 13 нм (рис.1.12).

7. 

Рисунок 1.12 – Схема ФЕП на МКП із захисною плівкою: 1- фотокатод; 2- алюмінієва або керамічна пластина; 3- МКП; 4- колектор

На фотокатод 1 падає потік світла (п). Фотоелектрони з фотокатода попадають у прискорювальне поле анода (4). На їхньому шляху розташована алюмінієва плівка 2 і мікроканальна пластина 3. Електрони, прискорені до енергії  1,3 кеВ, проникають скрізь алюмінієву плівку і умножаються в каналах МКП. Внутрішня поверхня каналу має коефіцієнт вторинної емісії . В одній пластині забезпечується коефіцієнт підсилення Наприкінці шляху в каналі утворюються іони, які полем анода прискорюються в протилежному напрямку до фотокатода і затримуються алюмінієвою або керамічною пластиною У результаті захисна пластина розв'язала майже всі проблеми, що виникали у МКП.

Мікраканальні пластини мають унікальну комбінацію властивостей - великий коефіцієнт підсилення, високу просторову і часову роздільність. Просторова роздільність однокаскадних МКП визначається діаметром каналу, часова - часом прольоту електронної лавини каналу, який є меншим за 1 нс.

Зараз вони широко застосовуються в приладах нічного бачення, фотоелектронних посилювачах та перетворювачах, спектральній та вимірювальній апаратурі (електронна спектроскопія й мікроскопія, мас-спектрометрія, рентгенівська астрономія, ядерні дослідження).. МКП розміщається перед екраном приладу, при цьому різко поліпшуються всі параметри приладу при значно менших струмах променя електронів, поліпшуються часові характеристики.

У більшості випадків використовуються тільки деякі властивості МКП. Так для магнітних або електростатичних аналізаторів в основному важливо просторовий розділ. Детектори на базі МКП оптимізуються з обліком розв'язуваних з їхньою допомогою завдань.

У загальному випадку детектори на базі МКП складаються із трьох частин.

1. Конвертора, який перетворює вхідне випромінювання в інше і може ефективно взаємодіяти безпосередньо із МКП. Наприклад, так як і у ФЕП використовуються фотокатоди для зсуву довжин хвиль в область чутливу для МКП. Для електронів, іонів і ультрафіолету конвертерів звичайно не потрібно.

2. Системи посилення сигналу. Залежно від цілі, вони можуть мати від одного до трьох каскадів. Для короткотривалих вимірів оптимальними вважаються двокаскадні (шевронні).

3. Колектор. Для випадків, у яких просторовий розділ не має значення, для виводу сигналу можна використовувати суцільний металевий анод. Там, де важливо просторовий розділ анод може бути секційним або опорним і т.д.

Використання МКП накладає досить жорсткі вимоги до вакуумної системи. Для їх нормальної роботи потрібен тиск не менш 6.5*10^-4 Па.

У порівнянні з іншими ФЕП, МКП мають малі габарити, кращі часові характеристики і помітно меншу чутливість до магнітних полів.

8. Дайте визначення та поясніть принцип дії мікроканальних пластин (МКП). Наведіть коефіцієнт посилення МКП.

Перші конструкції помножувачі наскрізної дії були розроблені С.А. Векшинским. У цих приладах вторинні електрони виходять із емітера з боку, протилежного напрямку первинних електронів. У цьому випадку відсутня необхідність вживати спеціальних заходів для корегування напрямку вторинного електронного потоку від одного емітера до іншого. Емітери виконуються або у вигляді сіток, або у вигляді металевих нахилених пластин типу жалюзі. Принцип дії та загальна конструкція такого помножувача з емітерами у вигляді жалюзі представлені на рис.1.9. Вторинні електрони, що випускаються емітером-динодом, попадають на наступний щабель, під дією різниці потенціалів на цих щаблях. Однак деяка частина первинних електронів може пройти в жалюзі емітера, не потрапляючи на диноди і не створюють вторинні електрони, що приводить до зменшення посилення приладу. Помножувач цієї групи мають марку ФЕП-12.

Рисунок 1.9 Конструкція ФЕП наскрізної дії.

Іноді між жалюзійними динодами розміщують сітку, яка екранує жалюзі від гальмівного поля попереднього динода, що збільшує кількість вторинних електронів які дійдуть до наступного диноду. В такій системі робоча поверхня є достатньою, а міждинодна відстань може бути малою. Поле між динодами можна вважати однорідним, тому відсутнє фокусування електронів при їх розштовхуванні, що збільшує робочу поверхню динодів та забезпечує стійкість сигналу при великих струмових навантаженнях. В той же час, напруженість електричного поля біля поверхні динодів є достатньою, що дозволяє отримати розкид часу прольоту між каскадами менше ніж 1 нс.

Перспективним для мініатюризації ФЕАП та систем їх застосування є безперервний динод з розподіленим опором, загальна конструкція якого наведена на рис.1.10. Множення фотоелектронів відбувається всередині каналу, внутрішня поверхня якого вкрита матеріалом з великим значенням коефіцієнта вторинної електронної емісії. Як правило, матеріал синодного покриття є напівпровідником, тому при прикладенні до торців каналу потенціалу, можна отримати подовжнє поле прискорення. Найбільшою ефективністю по посиленню та стабільності характеристик мають канали із співвідношенням їх діаметру до довжини приблизно 1:50. На основі таких систем створені мікраканальні пластини.

Рисунок 1.10 Пролітний безперервний канальний ФЕП з розподіленим опором: 1- фотокатод; 2- канальний безперервний динод; 3- колектор