Фотоэлектронного умножителя

Фотоэлектронным умножителем называется прибор, в котором ток фотоэлектронной эмиссии усиливается посредством вторичной

Фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) называют электровакуумный прибор, в котором ток фотоэлектронной эмиссии усиливается за счет вторичной электронной эмиссии.

Фотоэлектронным умножителем называется прибор, в котором ток фотоэлектронной эмиссии усиливается посредством вторичной

Фотоэлектронным умножителем называется прибор, в котором ток фотоэлектронной эмиссии усиливается посредством вторичной

Разновидностью электровакуумных фотоэлементов с внешним фотоэффектом является фотоэлектронный умножитель. Фотоэлектронные умножители были разработаны советским инженером Л. А. Ку-бецким в 1934 г. Фотоэлектронным умножителем называют фотоэле-

Характеристики и параметры фотоэлектронных умножителей аналогичны рассмотренным характеристикам и параметрам фотоэлементов. Кроме того, в данном случае важно знать так называемую пороговую чувствительность, определяемую минимальным значением светового потока, который может быть обнаружен фотоэлектронным умножителем. Она ограничивается дробовым эффектом и флуктуациями темнового тока.

Определение. Фотоэлектронным умножителем называют электровакуумный прибор, в котором ток фотоэлектронной эмиссии усиливается посредством вторичной электронной эмиссии. Устройство фотоэлектронного умножителя показано на 6-7.

Следует отметить, что для счета ядерных частиц применяются также сцинцилляционные счетчики, в которых используется явление вспышки света (сцинцилляции), возникающей в люминесцентных веществах при попадании ядерных частиц. Полученная вспышка света преобразуется в электрический импульс и усиливается фотоэлектронным умножителем, а затем поступает на регистрирующее устройство. Сцинцилляционные счетчики имеют более высокую чувствительность и разрешающую способность.

В последние годы все большее применение находят канальные ЭОП, в которых каскад усиления выполнен на микроканальной пластине. Микроканальная пластина толщиной 0,5—1,5 мм содержит большое число параллельных отверстий (трубок, каналов), каждое из которых по существу является элементарным фотоэлектронным умножителем, усиливающим фототок элемента изображения (§ 13.3). В рассматриваемых ЭОП электронное изображение с фотокатода с помощью электронной линзы переносится на пластину. Усиление в каждом канале происходит независимо от соседнего отверстия, т. е. изображение разбивается на элементы, число которых определяется количеством отверстий. После пластины за счет однородного электростатического поля электронное изображение переносится на люминесцентный экран.

Определение. Фотоэлектронным умножителем называют электровакуумный прибор, в котором ток фотоэлектронной эмиссии усиливается посредством вторичной электронной эмиссии. Устройство фотоэлектронного умножителя показано на 6-7.

излучения 7, включенный через диафрагму и состоящий из люминесцентного кристалла, связанного с фотоэлектронным умножителем, движется возвратно-поступательно в направлении, перпендикулярном оси шва.

Сцинтилляционные счетчики являются приборами для регистрации альфа-, бетта- и гамма-частиц (а-, $- и у- частиц) и состоят из детектора и регистрирующей схемы. Счетчики этого типа основаны на свойстве некоторых веществ излучать световые кванты (вспышки) под действием энергии частиц. В качестве детекторов а-частиц используется сернистый цинк, активированный серебром, а в качестве детекторов в- и у-частиц— кристаллы йодистого натрия, активированные таллием. Детектор соединен с фотоэлектронным умножителем, усиливающим световую вспышку детектора и преобразующим его в импульс тока.

Фотоэлектронный умножитель помимо фотокатода и анода содержит один или несколько электродов, являющихся эмиттерами вторичных электронов и называемых динодами. Число динодов в современных ФЭУ может достигать 14. Наличие ди- «, нодов позволяет создавать многократное внутреннее усиление фототока. В колбе фотоэлектронного умножителя создается такая же разреженность, как и в вакуумном фотоэлементе.

Промышленностью выпускается множество различных типов фотоэлектронных умножителей. Наибольшее распространение получили фотоэлектронные умножители с электростатическим управлением и фокусировкой потоков электронов. Устройство фотоэлектронного умножителя такого типа показано на 4.24. Между фотокатодом К. и первым динодом Д^ часто располагают систему электродов, образующих электростатические линзы, которая называется входной камерой ФЭУ. Входная камера предназначена для фокусировки и ускорения электронов, эмиттируемых фотокатодом и направляемых на первый динод. Качество входной камеры характеризуется коэффициентом сбора электронов VK, равным отношению количества электронов, достигающих первого динода, к количеству электронов, эмиттируемых фотокатодом. Анод А изготов-

Между анодом и фотокатодом подключают источник постоянного напряжения, значение которого составляет несколько сотен вольт или единиц киловольт в зависимости от числа динодов. Диноды подключают к делителю напряжения таким образом, чтобы напряжение между соседними электродами составляло 50—150 В. При облучении фотокатода световым потоком электроны, вылетевшие из катода, под воздействием ускоряющего электрического поля попадают на первый динод и, ударяясь о него, выбивают вторичные электроны. Вторичные электроны под воздействием ускоряющего электрического поля, созданного напряжением между первым и вторым динодами, достигают динода Д2 и выбивают из него новые вторичные электроны. Движение электронов от динода к диноду с образованием новых вторичных электронов происходит до тех пор, пока поток электронов не достигнет анода, вызывая появление тока /а ( 4.24) в анодной цепи фотоэлектронного умножителя. Форму динодов и их взаимное расположение выбирают такими, чтобы возможно большая часть электронов, эмиттированных предыдущим динодом, попадала на последующий динод, что обеспечивает коэффициент эффективности каскада ФЭУ, равный 0,7—0,95.

У современных ФЭУ коэффициент вторичной электронной эмиссии о=Зч-8. Расчетный коэффициент усиления фотоэлектронного умножителя, имеющего п динодов, определяется соотношением

и достигает 10"—107. При таком коэффициенте усиления анодный ток фотоумножителя мог бы быть равен нескольким амперам. В действительности он не превышает нескольких миллиампер. Это объясняется в основном тем, что поток вторичных электронов ограничивается отрицательным объемным зарядом электронов вблизи динодов. В связи с этим реальный коэффициент усиления значительно меньше расчетного. Энергетическая характеристика фототока фотоэлектронного умножителя линейна в широком диапазоне изменений светового потока.

С помощью фотоэлектронного умножителя можно измерять световые потоки до 10~9 лм. Измерение более слабых световых потоков ограничивается флуктуациями темнового тока, вызываемого термоэлектронной эмиссией из катода, автоэлектронной эмиссией из динодов и другими причинами. Темновой ток фотоумножителей обычно составляет 10~8—10~^° А. Если изменять с определенной часто-

Вольт-амперные и спектральные характеристики фотоэлектронных умножителей аналогичны соответствующим характеристикам вакуумных фотоэлементов. В сравнении с вакуумными фотоэлементами частотная характеристика фотоэлектронного умножителя несколько хуже. Это связано с тем, что на частотах выше 1000 МГц начинает сказываться время пролета электронов от катода к аноду.

Основные параметры фотоэлектронного умножителя: анодное напряжение, напряжение между динодами, интегральная чувствительность. У различных типов фотоэлектронных умножителей анодное напряжение составляет 220—2300 В, напряжение между динодами 50—150 В, интегральная чувствительность 1—100 А/лм.

Обработка сигнала ИГП в передающей и приемной ФА на примере аппаратуры «Газета-2» поясняется с помощью 6.25. На передающей ФА видеосигнал с выхода фотоэлектронного умножителя проходит через формирующее устройство /, где с помощью ключевой схемы преобразуется в двухуровневый сигнал. Это позволяет освободиться от неравномерностей сигнала фона (на белых полях) и флуктуации сигнала при передаче черных мест изображения. В блоке / также производится расширение импульсов, соответствующих минимальным размерам черных элементов (70 мкм), что позволяет сократить полосу исходного факсимильного сигнала с 220 до 170 кГц.

о — 3 ч- 4 обладают кислородио-цезиевые и сурьмяно-цезиевые диноды. Ускоряющие напряжения подаются на диноды через делитель напряжения, причем разность потенциалов между соседними динодами должна быть порядка 100 н- 150 б. Выходной ток фотоэлектронного умножителя, имеющего п динодов, увеличивается в о" раз. Это значит, что при п = 10 и о = 3 фототек увеличивается в З10 раз, т. е. в 59 049 раз. Конструктивно такой фотоэлектронный умножитель выполняется в стеклянном баллоне ( 4.3, б\ в котором диноды в виде ковшей располагают так, чтобы их электрические поля обеспечивали почти полный переход электронов от одного динода к другому. Вблизи катода устанавливается сетка, которая выравнивает распределение электрического поля у катода. Анод А выполняется в виде металлической сетки на проволочной рамке.

{Недостатками фотоэлектронного умножителя являются снижение чувствительности со временем (старение), появляющееся вследствие влияния остаточных газов на эмиссионные свойства фотокатода, а также довольно большой терновой ток, усиленный динодами. Кроме того, для питания фотоэлектронного умножителя требуется высокое напряжение источника (до 2300 е^/