柱面微通道板的制备及其性能研究

针对未来空间天文学应用的超分辨率光谱成像仪器的需求，对低噪声柱面微通道板（MCP）的制备方法及其性能进行了研究. 提出了一种将光学抛光与热成型相结合的新的柱面MCP制备方法，利用不含放射性元素的低噪声MCP玻璃，制备出曲率半径为400mm、尺寸为30mm′46mm、长径比为80:1、通道直径12.5mm、通道间距15mm的柱面MCP，并将其与感应电荷楔条形阳极（WSA）组成光子计数探测器，对其暗计数率、分辨率进行了检测，暗计数率约为0.1counts/cm2×s.     

大长径比皮料玻璃管加工工艺研究及应用

为满足高增益、低噪声微通道板要求的大长径比皮料玻璃管,采用精密机械整形冷加工工艺提高皮料管的几何均匀性,实现微通道板的性能提升。通过改善机床加工误差、对刀误差以及设计合适的机动夹紧机构可有效控制皮料管内圆精磨加工精度。对磨头转速、背吃刀量、轴向进刀速度及金刚砂磨头粒度4个水平因子开展L16正交试验,得出背吃刀量是影响皮料管内圆精磨加工表面质量的主要因素。选择合适的抛光工艺及工装夹具,最终将皮料管的尺寸变化量控制在1%以内,表面粗糙度Ra值有效控制在0.02 μm。通过Φ25 /6型微通道板制板试验,结果表明:减小皮料管的几何尺寸偏差在一定程度上提高了微通道板阵列一致性、开口面积比一致性,以及增益均匀性,对制造高性能微通道板有较好的借鉴作用。     

微光像增强器信噪比与MCP电压关系

为了揭示微通道板电压的变化对微光像增强器信噪比的影响,进一步优化像增强器的性能,分别测试出超二代和三代微光像增强器的信噪比随微通道板的电压变化曲线,前者在微通道板电压为600 V～800 V时,信噪比单调增加到25.9,在800 V～900 V时,信噪比在25上下震荡并呈下降趋势,在900 V～1 000 V时,迅速下降到21.8;而后者当MCP电压在800 V～1 000 V时,单调增加到27.87,在800 V～1 180 V时,则在26.61～28.66之间震荡.通过对微通道板噪声因子的理论分析,指出进一步降低微通道板噪声因子,改善微光像增强器信噪比的方法.     

Influence of input electrode of micro-channel plate on opening area ratio and its improvement北大核心CSCD

微通道板作为一种关键的电子倍增器件,广泛应用于诸多领域。分析了NiCr膜层作为微通道板的输入端电极时,对微通道板开口面积比的影响,建立了理论模型,计算了膜层厚度、镀膜深度等参数对开口面积比的影响。开展了2种减小开口面积比损失的镀膜研究:一是进行工艺调整,减弱合金蒸发的分馏效应,降低电极膜层的电阻率,开口面积比损失量降低约2%;二是改变镀膜方式,使用Ni、Cr金属单质镀制叠层薄膜,在镀膜过程中调控镍、铬的比例,将输入端电极中镍比例升高,同样可以降低电极膜层的电阻率,在满足面电阻要求的前提下,可减薄输入端膜层至86 nm,与300 nm厚度的常规镍铬合金膜层相比,MCP输入端的开口面积比损失量降低3%~4%,MCP增益提升6%。     

降低微通道板输入面电极反射率的技术途径

 为了降低透明或半透明光电阴极的光子在微通道板输入面上引起的散射噪声,通过对微通道板输入面蒸镀Ni-Cr电极后对反射率影响的定性分析以及镀膜方式、镀层厚度、电极深入通道内的深度和微通道板的开口面积比等测试分析,在兼顾微通道板对输入电极其他要求的前提下,获得了降低反射率的有效技术途径,即：采用电子束加热的蒸镀方式,用表面电阻大小来间接表征膜层厚度,使其控制在100 Ω左右;电极深入通道内的深度为通道直径的35%;微通道板的开口面积比尽可能大些,可把反射率降低到4%以下,以此降低微光像增强器的光子散射噪声。     

微通道板显微结构缺陷及机理研究

采用实芯工艺制备了微通道板,利用光学显微镜、SEM、EDS对微通道板结构缺陷的显微形貌和成分进行了分析,采用线胀系数和粘度测定仪测试了微通道板玻璃材料的物理特性。分析了产生复丝分离、亮点、污染点等结构缺陷的主要工艺因素。结果表明:复丝分离是由于实体边玻璃的变形温度(TS)低所引起,复丝边界的亮点由夹杂物产生,夹杂物主要是由复丝的玻璃粉屑形成。由于复丝分离和夹杂物的存在,使得抛光时复丝边界引入CeO2,形成污染点。提出了通过选用变形温度为655℃实体边材料,减少复丝表面微米级污染物等方法减少结构缺陷。     

高探测效率低噪声的大面阵热中子敏感微通道板

在微通道板玻璃中掺中子灵敏核素,并去除玻璃中的天然放射性同位素成份,可以实现微通道板对热中子的敏感,使探测器具有极低的背景事件率.在微通道板玻璃中掺加3mol%的Gd2O3,同时去除玻璃中的K2O和/或Rb2O,制作成50 mm直径、0.6 mm厚度、10μm孔径的微通道板,实现了对25.3meV热中子33%的探测效率,同时探测器的暗计数率低至0.11events cm-2·s-1.通过计算和分析热中子在微通道板基体中的俘获概率和155,157 Gd(n,γ)156,158 Gd反应所能引发的有效信号,说明了通过微通道板的结构优化,掺3mol%Gd2O3的微通道板可以实现最大50%的热中子探测效率.在此基础上,进一步完成了106mm直径10μm孔径的掺3mol%Gd2O3的优化结构大面阵低噪声中子敏感微通道板的制作.