金阴极微通道板能谱响应的理论研究

分析了金阴极微通道板在X射线段（0.1～10 keV）的能谱响应,从阴极量子效率,X射线在通道材料中的衰减,微通道壁的铅层的光电效应,微通道板通道增益等多个方面进行综合计算,结果表明:得出较完善的阴极型微通道板能谱响应理论公式及其数值模拟曲线.在只考虑一个通道,增益值为1时,微通道板的能谱响应完全取决于金阴极的量子效率,若考虑多通道效应,微通道板的能谱响应受通道材料元素吸收边的影响发生突变,且通道数目越多,影响越显著;能谱响应随电压增大呈增长趋势,但会受到微通道板饱和电流的限制.实验给出了微通道板能谱响应与入射角的关系曲线,确定了能获得增益的最小入射角.     

涂敷CsⅠ的微通道板的表面特性及量子效率测量

研究了几种影响PVD CsI光电阴极材料物理生长和重复性的参数,特别是为了提高软X射线的灵敏度对这种材料用作微通道板涂层的影响。还测量了在0.7到4.5keV范围内响应X射线时涂敷CsI微通道板的量子效率。     

金阴极微通道板探测器X射线段的能谱响应

 利用表面镀金阴极膜的微通道板(MCP)构成一种金阴极MCP光电探测器,根据MCP的电阻电容特性提出了一种特殊的能谱响应测量方法。在北京同步辐射3B3中能束线上对该探测器在2.1～6.0 keV能段的谱响应进行了实验标定。以美国NIST绝对定标的美国IRD公司生产的AXUV-100硅光二极管为次级标准探测器,标定金膜厚度分别为25和100 nm的金阴极MCP探测器的能谱响应。经分析发现,阴极材料和MCP材料的元素吸收边是造成量子效率曲线出现突变点的原因。对比两种MCP的能谱响应标定结果,金膜厚度为100 nm探测器的能谱响应高于金膜厚度为25 nm的探测器。     

微通道板近紫外量子效率测量及成像研究

提出了一种通过测量微通道板输出电流及增益来计算光电流,从而测量出微通道板量子效率的方法,并用该方法测量了微通道板在近紫外(200~380nm)的量子效率.测量结果表明,微通道板的量子效率很低,并且随波长增加而快速下降,200nm波长处的量子效率为10-4数量级,320nm波长处的量子效率为10-8数量级,大于340nm波长处的量子效率极低且趋近于零.微通道板及荧光屏组成的成像器件可以对酒精灯火焰成像,但图像较稀疏,而传统Cs2Te光电阴极紫外成像器件的图像却较密实,这与微通道板量子效率低,Cs2Te光电阴极量子效率高的情形一致.在该成像器件的前端放置一片350nm波长的高通滤光片后,所成的酒精灯火焰图像消失.对被照射目标成像时,如果照射光源为254nm的汞灯,则可以成像;但如果照射光源为365nm汞灯,则不能成像.说明微通道板的光谱响应主要在350nm波长以下,与其量子效率的测量结果一致.最后测量得到该成像器件的分辨力为32lp/mm,与传统Cs2Te光电阴极紫外成像器件的分辨力相同.微通道板及荧光屏组成的成像器件由于不使用光电阴极,具有价格低、寿命长且可靠性高的优点,因此可在紫外信号较强或成像距离较短的条件下使用.     

金阴极的选择性光电效应

提出了一种测量金阴极的紫外光谱响应特性的方法.利用微通道板(microchannel plate,简称MCP)对电子的高增益特性,通过直接测量金阴极MCP探测器输出电流表征金阴极的紫外光响应.测量金阴极MCP探测器在200—340 nm波段的光谱响应,得到金阴极的谱响应特性:金作为逸出功较大的金属,也具有碱金属才有的选择性光电效应. 其选择峰值位于5.72 eV处,通过理论验证了该峰值的位置.     

弯曲通道式微通道板

弯曲通道式微通道板是高增益微通道技术的最新发展。这种新型的电子倍增器比一般的微通道板有许多重大改进。一般的微通道板的缺点是增益有限和具有离子反馈。当通道内残余气体分子被二次电子电离时,就产生离子反馈。于是,这些带正电荷的离子就反向通过通道,当它们撞击通道壁时已得到足够的动量产生二次电子。这些二次电子逐次放大,景终形成杂散的输出脉冲。在另一种情况下,离子可以完全脱离通道,撞击在象管的光电阴极上致使离子毒化,最后降低阴极的量子效率。为了便于微通道板以高增益模式或光子计数模式工作,必须要限制离子反馈。在弯曲通道式微通道板内完成这一工作的方法,是将通道弯凸到足够的凸率,以缩短离子撞击通道壁之前可以运行的距离。这样就限制了离子的动量和造成杂散脉冲的二次电子的生成几率,从而逐次降低噪声因数。由于大大地减小了离子反馈比,现在就可能使单一微通道板的工作增益超过10~6,并且由于弯曲通道式微通道板是单片的电子倍增器,还保持了电子图象的空间分辨率。弯曲通道式微通道板无论是用模拟输出或脉冲饱和输出工作都具有低噪音的均匀增益。弯曲通道式微通道板能按照每个用户所需尺寸定做。     

软X射线条纹相机光阴极能谱响应灵敏度

通过对条纹相机光阴极在光电转换过程中光电子产生过程的分析,推导了光阴极在软X射线波段的能谱响应灵敏度计算公式,并运用该公式探讨了阴极厚度、掠入射角度等参数对能谱响应灵敏度的影响,计算并分析了Au,CsI在0.1~10keV范围内的能谱响应曲线和特性,并利用标定试验数据对共识和模型的可靠性进行了验证。结果表明,CsI阴极的最佳厚度在60nm左右,Au阴极的最佳厚度在10nm左右;CsI阴极的能谱响应灵敏度比Au阴极高1~2量级。     

使用曲面微通道板和感应电荷位置灵敏阳极的软X射线-极紫外光子计数成像探测器研究

本项目对我国空间探测的极紫外(EUV)波段大视场相机所需求的球面光子计数成像探测器的关键技术进行了研究。首先,建立了光阴极材料次级电子产出模型,利用该模型计算了软X射线-EUV波段常用的光电阴极材料—碱卤化物的次级电子产出,分析了微通道板(MCP)的次级电子产出。建立了测量MCP量子探测效率的装置,并推导出MCP量子探测效率的计算公式,测量了MCP在软X射线-EUV波段的量子效率以及MCP量子效率随掠入射角的变化。其次,建立了球面实芯微通道板的制备装置,利用高温热成型方法制备出曲率半径为150 mm球面MCP,利用光刻技术制备出有效直径为48 mm的楔条形感应电荷位置灵敏阳极,在此基础上集成了一套使用球面MCP和感应电荷位置灵敏阳极的两维光子计数成像探测器。再次,研制出包括快速前端模拟电路与后续数字电路的成像读出电路,编制了能矫正图像畸变的图像实时采集和处理软件。最后,建立了MCP探测器空间分辨率、图像线性的检测装置,对研制出的探测器性能进行了检测,检测结果表明:探测器的各项技术指标完全满足要求。     

极紫外波段微通道板光电子产出理论分析与实验测量

基于微通道板的光子计数探测器在天文方面得到广泛的应用。该文针对微通道板在极紫外波段的光电子产出进行深入研究,给出了材料光电子产出的理论模型,利用导出的光电子产出公式分析了影响微通道板电极和铅玻璃两种材料光电子产出的因素。理论分析结果表明:材料厚度大于20nm及入射角大于掠入射的临界角是获得较高光电子产出的最佳条件,除去几个特殊波长,两种材料的光电子产出在极紫外波段随波长的增加而减小。利用激光等离子光源量子效率测量装置测量了微通道板光电子产出的波长响应特性,实验结果与理论计算结果基本一致。     

极端紫外波段碱卤化物光阴极材料量子效率计算

为了满足极端紫外波段微通道位敏阳极光子计数探测器研究的需要,研究了碱卤化物光阴极材料的量子效率.由于光阴极材料的光电发射电流主要是由次级电子形成的,给出碱卤化物光阴极材料次级电子发射的理论模型,推导出次级电子产出的计算公式,针对光子能量30—250 eV范围内,计算并分析了光阴极材料厚度和光入射角对次级电子产出的影响.分析结果显示,光阴极材料厚度大于100 nm并且掠入射角大于临界角,是获得高次级电子产出的最佳条件.最后,应用推导的公式分析20种碱卤化物在能量30—250 eV范围内次级电子产出的光谱响应 关键词： 极端紫外 碱卤化物 光阴极 次级电子     

新型热中子敏感微通道板探测效率的蒙特-卡罗模拟研究

基于microchannel plates (MCP)的中子探测技术近年来发展迅速, 因其具有较高的空间分辨率和中子探测效率以及优异的时间分辨能力, 可用于高分辨率中子照相和能量选择中子成像. 本文利用蒙特-卡罗(MC)程序, 对栅格为15 μm的热中子敏感MCP板进行MC模拟计算, 获得了不同几何结构和材料组成情况下, 掺杂型和镀膜型热中子敏感MCP板的探测效率. 计算结果表明, 增加中子敏感材料的比例可以获得更高的中子阻挡效率, 但同时也加大了次级粒子发射进入MCP板通道的难度, 掺杂型MCP 板的通道直径和镀膜型MCP板的镀膜厚度均存在最优值. MCP板厚度为0.4 mm时, 对¹⁰B₂O₃材料, 掺杂型MCP板的热中子探测效率可以超过40%, 镀膜型MCP板的热中子探测效率可以接近60%.     

防离子反馈微通道板的最佳工作电压试验研究

带防离子反馈膜的微通道板(micro-channe plate,MCP)是负电子亲和势光电阴极微光像增强器的关键部件之一,其工作状态对负电子亲和势光电阴极微光像增强器的性能有严重影响,通过对无膜MCP及镀有不同厚度防离子反馈膜的MCP在不同阴极电压下、不同MCP电压下增益的测试与分析,最终确定出防离子反馈MCP的最佳工作电压:①对于负电子亲和势光电阴极像增强器用无膜MCP,其最佳工作电压为:当阴极电压大于一定值V_c1时,MCP增益几乎不变,说明此时的阴极电压V_c1为无膜MCP的最佳工作电压;当MCP电压为某一特定值V_m1(阴极电压为大于V_c1的任一值)值时,MCP出现增益,但增益值很低,当MCP电压大于(V_m1+100V)值时,MCP增益较大(大于20 000),可认为板压为(V_m1+100V)值为无膜MCP最佳工作板压;②对于同种材料的带膜MCP,其最佳工作电压为阴极电压V_c=无膜MCP的最佳阴极电压V_c1与防离子反馈膜的阈值电压的代数和,MCP电压为V_m > (V_m1+100V),具体值应根据防离子反馈MCP增益值的线性工作区来确定。该文的研究对防离子反馈MCP的最佳工作电压的确定及对负电子亲和势光电阴极像增强器性能的提高具有重要的意义。     

一种响应波长在120 nm～200 nm的紫外像增强器

介绍了一种响应波长在120 nm～200 nm的紫外像增强器。它是采用CsI直接蒸镀在MCP上形成反射式光电阴极,用MgF₂作为输入窗口,光纤面板作为输出窗的真空光电器件。管型采用近贴聚焦结构,从而使得弥散和像差得以减小,具有高的量子效率和空间分辨率。在静态测试中,空间分辨率可以达到18 lp/mm。该紫外像增强器可用于空间科学和天文观测领域。     

微通道板电子输运特性的仿真研究

对微通道板(Micro-Channel Plate,MCP)的电子输运特性进行仿真研究.利用数值方法分析微光像增强器电子光学系统,得到电场分布.通过电场分布追踪MCP电子运动轨迹,确定电子在荧光屏像面上的落点分布.据此研究MCP电子输运,分析斜切角、通道直径及两端电压对电子输运、像增强器调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)及分辨率的影响.结果显示,当MCP斜切角为14°、通道直径为5.0μm、两端电压为900 V时,MCP具有良好的电子输运特性,像增强器MTF特性好,分辨率高.     

由极值条件确定MCP通道内壁二次电子发射材料特征常数

本文明确指出,利用极值条件,通过测量MCP的极值增益,可方便准确地确定MCP通道内壁二次电子发射材料的特征常数A及其发射的二次电子的平均初始能量(动能)V₀。从而可准确设计、制造满足特定要求的MCP。     

微通道板中电子时间倍增特性的数值模拟

 对微通道板的动态特性进行了数值模拟,得到了电子的渡越时间与入射时刻的关系曲线。获得了光电子的倍增次数随入射时刻而变化,并在考虑了入射电子为一高斯电子脉冲的情况下,分析了选通脉冲的幅度、宽度和波形对选通特性的影响。结果表明：随着倍增次数增多,渡越时间越大;当电压幅度不同时,增益曲线的峰值所对应的电子入射时刻也不同。