Двухканальный приемник излучения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) (11) ЭШ Н 01 Л 40 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ в соединены омпараторавходу которо импульсов,тем, что,977,ью ния миссиианальамедл сеток, прозра стояки О, 5-1, цепь о тельна с поро лем, п теля в его вых ке, а в клю а ф с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИД.:(53) 621.385.832 (088.8) (56) 1. "Кеч. Бс Зпзг,", 1 48, 9, 1217.2. Авторское свидетельство СССР 9 814072, кл. Н 01 Ю 40/00, 1981 (прототип).(54)(57) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий эталонную и исследуемую мишени, две микроканальные усилительные пластины в шев ронном включении и два коллектора, расположенные напротив мишеней, а также цепь отрицательной обратной связи, включающую двухвходовый дифференциальный усилитель, разделительные диоды, два формирователя импульсов, интегратор, компараторинтегратор, генератор импульсов, причем коллекторы подключены к входам дифференциального усилителя, выходы которого через разделительные диоды подключены к входам фор мирователей импульсов, а выходы формирователеи импуль входами интегратора и интегратора, к втором го подключен генерато о т л и ч а ю щ и й с овышения точности измереового выхода электроннойпромежуток между микроми пластинами установлен тель из четырех металлических обских для обоих каналов, с ностью не ниже 807. и с раси между ними соответственно10-15, 0,5-1,5 мм, а в ратной связи введена дополницепь формирователя импульсов оным устройством и усилитеичем первая сетка замедлиключена на вход формирователя од подключен к четвертой сетыход компаратора в интеграто ен к входу порогового устройрмирователя.1 1101Изобретение относится к техническойфизике, а именно к технике регистрации электронов и фотонов и можетбыть применено для исследования спектров квантового выхода фотоэмиссии ивторичной эмиссии из твердого телав области энергий 2-1000 эВ,с наибольшим эффектом оно может быть использовано в исследовании спектральных иэнергетических характеристик фотокатодов из изолирующих материаловпри излучении энергетики электронныхвозбуждений в кристаллах и тонкихпле,нках,Известно измерительное устройство. 1 З/работающее в режиме счета импульсовот отдельных электронов после усиления в двух микроканальных пластинах,стоящих друг за другом (схема "шеврон). Схема состоит из двух МКП. 2 Она первую из которых падает УФ излу -чение, а вторая усиливает электрон -ный поток из первой. При расстояниимежду МКП в 150 мкм в напряжении100 В можно добиться такого усиления, 25что образующийся в момент импульсаэлектронный пространственный зарядна выходе второй МКП ограничиваетэлектронную лавину и сужает распределение импульсов по амплитуде догауссовой функции, в результате чегорезко повышается амплитудное, а такжепространственное разрешение 1 .Однако этот прибор работает врежиме прямой регистрации и, обладая недостаточно широким динамическим диапазоном не может осуществитьлинейную регистрацию сигнала приперепаде интенсивности от 10 до 10импульсов в 1 с, привносит переменный уровень рассеянного фона илинепостоянную электромагнитную помеху, поэтому встает вопрос о необходимости управления чувствительностью самого приемника, Однако менять коэффициент усиления его нера-ционально, так как при работе в режиме счета приемник может выходитьиз области плато счетной характеристики.5 ОИзвестен приемник излучения,представляющий собой дифференциальный приемник, содержащий две МКПи промежуточную сетку, общие дляобоих каналов, но разделенные мишени 55и коллекторы. В цепь коллекторов введена отрицательная обратная связь,включающая, кроме дифференциального 9 2(единого для обоих каналов) импульсного усилителя два формирователя, цва сглаживающих усилителя-интегратора и компаратор-интегратор, который непрерывно аравнивает сглаженный сигнал эталонного канала с фиксированным калиброванным потенциалом от генератора импульсов, соединенного с вторым входом компаратора-интегратора, и проинтегрированную разность в виде управляющего напряжения поцает на сетку между МКП. Благодаря замкнутой цепи авто- регулирования на сетке создается такой потенциал, что сигнал эталонного канала поддерживается на заданном уровне скорости счета, при этом в канале образца отрабатывается напряжение, пропорциональное отношению квантовых выходов мишеней, измеряемой и эталонной. Таким образом, чрезмерно большой возбуждающий входной поток на мишенях ограничивается регулируемым задерживающим потенциалом на сетке, что предотвращает перегрузку МКП и усилительного тракта и как бы заменяет диапазон изменения входного потока излучения на диапазон изменения отношения квантовых выходов мишеней, что обычно гораздо меньше 21.Однако устройство обладает существенным недостатком. Поскольку выход компаратора-интегратора потенциальный, то регулировка потока осуществляется только в виде пропускания сеткой отрезков электронных импульсов, включающих максимальные энергии электронов, вышедших из ИКП. Естественно, что чем больше выходкой поток излучения, тем выше задерживающий потенциал н меньше пропущенная часть электронной лавины, следовательно, тем меньше общий коэффициент усиления шеврона . В результате искажается амплитудное распределение выходных импульсов и прибор начинает работать не на плато счетной характеристики, даже если питание ИКПпервоначально устанавливалось оптимальным. При этом возможны ошибки в регистрации квантового выхода измеряемого образца. Выход может быть найден в применении стробирования.Цель изобретения - повышение точности регистрации квантового выхода электронной эмиссии методом срав 3 11019 нения токов эмиссии известного эталона и исследуемого образца.Поставленная цель достигается тем, что в двухканальном приемникеизлучения, содержащем эталонную и исследуемую мишени, две микроканальные усилительные пластины в шевронном включении и два коллектора, расположенные напротив мишеней, а также цепь отрицательной обратной связи, 1 О включающую двухвходовый дифференциальный усилитель, разделительные диоды, два формирователя импульсов, интегратор, компаратор-интегратор, генератор импульсов, причем коллекто ры подключены к входам дифференциального усилителя, выходы которого через разделительные диоды подключены к входам формирователей импульсов а выходы формирователей импульсов сое 20 динены с входами интегратора и компаратора-интегратора, к второму входу которого подключен генератор импульсов в промежуток между микро- канальными пластинами установлен за медлитель из четырех металлических сеток, общих для обоих каналов, с прозрачностью не ниже 803, и с расстоянием между ними соответственно 0,5-1,5, 10-15, 0,5-1,5 мм, а в цепь обратной связи введена дополнительная цепь формирователя импульсов с пороговым устройством и усилителем, причем первая сетка замедлителя включена на вход форми 35 рователя, его выход подключен к четвертой сетке, а выход компаратораинтегратора подключен к входу порогового устройства формирователя,27 4ванне потока электронных лавин в "шевроле" и регулировку сигнала на выходе канала эталона на уровне, задаваемом частотой генератора стан%дартных импульсов на втором входе компаратора. Благодаря этому ликвидируется перегрузка обоих каналов на сильных линиях излучения источника, устраняется уменьшение коэффициента усиления стробируемых лавин, работа МКП происходит на плато счетной характеристики. В результате осуществляется непрерывное вычисление отношения квантовых выходов измеряемого образца и эталона, что и регистрируется самописцем на выходе интегратора. канала образца. Действительно, если общий поток первичных частиц 11 делится между эталоном и образцом на Ы к (1 -й ), то при квантовых выходах ихи Ч выходные скорости отсчета выражаются как ЙХз и Н (1- К ) Уо, Когда в процессе измерений и сканирования спект, ра Н изменяется цепи стробирования и управления посредством регулирования напряжения на входе порогового устройства формирователя-одновибратора поддерживают величину скорости счета стробируемых импульсов постоянной Й,1 М = сопзе,где К - коэффициент стробирования, т.е,. коэффициент повторения импульсов формирователя по отношению к скорости счета на первой сетке, причем этот коэффициент общий для обоих каналов. Тогда в канале образца сигнал ра- венСущность изобретения заключается40 в том, что с помощью введения четырехсеточного замедлителя электронных лавин внутрь двухканального приемника состоящего из двух МКН, вклю45 ченных по схеме шеврон , и стробирующей цепи формирователя от первой сетки на четвертую через пред- усилитель и формирователь-одновибратор с пороговым устройством, цепь обратной связи от коллектора канала50 эталона через дифференциальный усилитель, формирователь-одновибратор, компаратор-интегратор импульсов за счет выработки пьедестала - на вход порогового устройства формирователя одновибратора, соединенного с четвертой сеткой замедлителя, осуществляет синхронное импульсное стробиросооМ,11 - ао" (,ОЛо , =сой 5 ,О Э т.е. пропорционален отношению квантовых выходов.На чертеже представлена блок-схе ма двухканального приемника излучения еСхема двухканального приемника излучения содержит эталонную 1 и исследуемую 2 мишени МКПи МКП3 и 4 общие для обоих мишеней коллектор 5 эталонной мишени и коллектор 6 измеряемой мишени, двухвходовой дифференциальный усилитель 7 импульсов с линейной характеристикой до 25 дБ с коэффициентом подавления синфазных помех до 40 дБ, основнойи согласующий усилители 8 и 9, формирователи 10 и 11 импульсов, саз - дающие стандартные импульсы для интегратора 12 и кампаратора - интегратора 13, который выдает напряже ние, пропорциональное интегралу среднейй разности скорости счета формирователя 11 и частоты стандартных импульсов генератора 14 импульса (электронная щель), предусилитель 15, формирователь 16 импульсов с пороговым устройством, порог которого преодолевается выходным напряжением интегрирующего компаратора 13, формирователь 16 выдает стандарт ные по амплитуде и длительности строб-импульсы, открывающие сетку в момент прохождения некоторых из электронных лавин по каналам эталонов или образца, самописец 17, сигнальную сетку 18 замедлителя, сетки 19 и 20, определяющие пролетную базу для замедленных электронных потоков, строб в сет 21, регулирующую скорость счета импульсов, диоды25 22 и 23, разделяющие импульсы разных каналов.Приемник работает следующим образом,130Выбитые излучателем из разных мишеней 1 и 2 фотоэлектроны умножаются в МКП, образовавшиеся электронные лавины замедляются в промежутке между сетками 18 и 19, а за конеч 35 ное время 0,1 мкс проходят дрейфовый промежуток между сетками 19 и20. Это время требуется для формирования строб-импульса пс тракту формирователь 18 - коллектор 15 - коллек 40 тор 16 для того, чтобы он совпал с приходом лавины на сетку 21, если выходное напряжение интегратора-компаратора 13 позволяет пороговому устройству Формирователя 16 выработать15 импульс для пропуска лавины. Далее лавина еще умножается в МКП, достигая полного коэффициента усиления10, что соответствует режиму насыв щения счетной характеристики шевра 50 на", Простробираванные лавины создают йа коллекторах 5 и 6 соответствующие импульсы, которые проходят через усилители 7 - 9 в соответствующей полярности, разделяются диодами на разные формирователи 10 и 11, из них 555 импульсы эталонного канала проходят на диод 23, формирователь 11 и интегрирующий компаратор 13, Если средняя скорость счета пна формирователе 11 больше заданной частоты генератора 1 л то напряжение на выходекампаратора 1115 падает, запирая пороговое устройство формирователя 16,возникают просчеты лавин и, какследствие - падение величины чтовызывает открывание формирователя16 и сети 21.Таким образом осуществляется авторегулировка потока лавин на уровне, задаваемом частотой 1 л, независимо от величины первичного облучения мишеней. При этом интегратор 12и самописец регистрируют отношениеквантовых выходов Чо 1 Чэ,1 тобы не нарушить информацию о величине импульса, пас тупаьощего на МКПи коллекторы 5 и б, необходимо, чтобы четырехсеточный замедли- тель ослаблял сигнал на входе МКПтолько в два раза. Поскольку общий коэффициент прозрачности замедлителя равен Т , то при Т807, ослабьление электронного потока составит более 507 (0,8 ф = 0,5), что уже нарушает информацию о структуре электронного импульса с первой микроканальнсй пластины, В частности, может потеряться информация о численности пачек эмиссии в 2-3 электрона в отдельных эмиссионных актах, а также а спектральной зависимости квантовога выхода эмиссии с исследуемых мишеней. При меньшей прозрачности квантовый выход эмиссии регистрируется с ошибкой более 15-207., что.недопустимаРасстояние между сетками замедли -толя и их диапазон. расс плтываютсяследующим образом.Исходя из необходимости набрать время пролета электронной лавины в О, 10-0, 15 мкс между сетками 19 и 20, рассчитаем дрейфовае расстояние между этими сеткаял. Основная масса вторичной эмиссии, выходящей из МКПимеет энергии в районе 5 эВ. Если ее замедлить да 30 мэВ между сетками 18 и 19 путем подачи задерживающего напряжения на сетку 19, то чтобы набрать время пролета в О, 10 - О, 15 мкс., необходимое для выработки строб-имяульсов по цепи сетка 18 предусилитель 15 - формирователь 16, 1101927=10-15 мм,15 20 где ай = 2 мм, сС = 60. Но, так как ЗО 45 нужно обеспечить расстояние междусетками 19 и 20, равное Промежутки между сетками 18-19 и 20-21, служащие для замедления (ускорения) электронных лавин, не столь критичны для расчета. Чтобы тангенциальный разлет ливней электронов из каналов ИКПпри углах вылета до 60 не превышал 61 = 2 мм в сечении сетки 19, необходимо, чтобы расстояние между сетками 18 и 19 было не более Ьп = 1,2 мм. Действительно, время тангенциального разлета при энергии еМ равно ъ 1 = Ь / М 5 ос . И за это же время электрон смещается по оси сеточного замедлителя на то для охвата диапазона углов выпета0 = 45-65 необходимо иметь Таким образом, вариация расстояния Ьп от 0,5 до 1,5 мм обеспечивает сбор эмиссии в пределах углов вылета 45-65"для любых энергий. Предлагаемое устройство при условии введения новых элементов: четырехсеточного замедлителя между двумя МКП, стробирующей цепи форми-. рователя импульсов от первой до четвертой сетки в цепь обратной связи от коллектора канала эталонов до четвертой сетки, поддерживающих поток электронных лавин на постоянном уровне, независимо от интенсивности первичного облучения и величины чувствительности самого эталона, позволяет измерять отношение квантовых выходов образца и эталона при превышении входного потока в 10-20 раз против нормального с исключением ошибки, происходящей от модуляции коэффициента усиления "шеврона излучения на выходе. Отпа - дает также необходимость регулировки из-за перепадов интенсивности возбуждающего падающего потока щелями или фильтрами или выпрямления спектра газоразрядного источника.Достоинство устройства состоит также и в том, что за счет строб - управления электронным потоком стандартными импульсами с помощью сеток и наличия возможности синхронизации этих строб-импульсов, отпирающих шеврон , с моментом прохождения электронной лавины, коэффициент усиления, "шевронне уменьшается, амплитудное распределение коллекторных импульсов не нарушается и счет импульсов всегда происходит на плато счетной характеристики ИКП.Особенностью устройства является то, что выработка строб-импульсов от сетки 18 производится от любой элект- ронной лавины безразлично в каком канале, однако разрешение на выдачу строб-импульса на сетку 21 определяется уровнем напряжения лишь с компаратора-интегратора канала эталона. Это повышает точность измерения на 10-15%.