低噪声、高增益微通道板的研制

降低微通道板噪声和增加其电子增益是改善微光像增强器信噪比、视场清晰度和亮度增益最好的技术途经之一。采用具有高而且稳定的二次电子发射系数的皮料玻璃和与皮料玻璃的热物理性能相匹配且化学腐蚀速率比皮料大4个数量级的芯料玻璃以及与两者在一切工艺过程相匹配的实体边玻璃,通过优化实体边实芯工艺制作出的高性能微通道板,其暗电流密度小于5×1-0 13A/cm2,固定图案噪声和闪烁噪声明显降低;在真空系统中,经40μA h电子清刷后,电子增益(800 V)大于500。制管实验表明:这种微通道板达到了预期效果。

MCP增益与首次碰撞时电子能量关系的试验研究

首次碰撞时电子的能量对微通道板的增益产生影响。为了揭示它们之间的变化关系,分别测试了标准型和高性能6μm孔径的微通道板的电流增益和电子增益随首次碰撞时电子能量的变化关系曲线,讨论了两者在微光像增强器中的相对优势,预示高性能MCP使用于微光像增强器中的技术潜力。

微通道板及其发展趋势

回顾微通道板发展历史及各阶段的主要技术特征。综述自90年代以来国内外微通道板的研发和生产情况．

高性能微通道板除气过程中电阻的变化

比较了高性能微通道板和标准型微通道板在经过相同或类似制管工艺处理前、后电阻的变化,测定了高性能微通道板分别在真空烘烤和2个不同阶段电子清刷后电阻随电压及温度的变化关系。实验结果表明:高性能微通道板的热稳定性优于标准型微通道板,其电阻温度系数为-0.007/℃;经过第二阶段清刷后,电阻随电压的变化缓慢,电压系数为-1.11×1-0 4V-1;用这种材料和工艺制作的低电阻、大动态范围、高稳定性微通道板可满足特种探测器的需求。

用气熔压工艺改善6μm MCP的空间结构和视场清晰度

高分辨率微光像增强器对微通道板(MCP)的孔径、空间结构和视场清晰度有着极为严格的技术要求。我们在引进的气熔压设备上,通过对压力、温度、保温保压时间等相互制约的工艺参数进行大量实验,已探索出孔径为6μm、孔间距为8μm的MCP的最佳工艺,即第一平台温度为500℃左右、熔压温度为560～590℃、压力为0.5～0.9Mpa,保温保压时间为60min左右。在光学显微镜和扫描电子显微镜下观察我们制作的MCP,发现复丝排列规整、边界相邻的两排单丝变形较小且排列有序、复丝顶角无畸变(即无扭曲、梅花丝、孔洞、错位)。与Pho-tonis公司同种型号的MCP相比,我们制作的MCP的梅花丝少1/3左右。在标准输入下,我们的MCP增益比较高,增益均匀性有所改善,固定图像噪声在0～1级,视场清晰度得到了较大程度的提高。

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100Ω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^1000 V时,迅速下降到21.8;而后者当M CP电压在800 V^1000V时,单调增加到27.87,在800 V^1180 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。

微通道板的噪声因子与首次碰撞时二次电子发射系数的关系

本文着重讨论微通道板的噪声因子与首次碰撞时二次电子发射系数的关系。研究表明，在微通道极输入端通道内蒸镀适当深度的高二次发射系数的氧化镁材料，能显著地降低噪声因子。

微通道板表面发雾的AES分析

应用俄歇电子能谱对微通道板表面发雾区域进行分析。分析结果表明,发雾区碳含量比正常区高三倍。由此可推测出,发雾是由碳污染引起的,而这种碳污染很可能是残留于微通道板上的某些有机物在烧氢时碳化所致。

球面微通道板的X射线聚焦特性

为了实现X射线聚焦所期望的任意聚焦长度,将微通道板两端面沿同一侧凹陷成球面,其曲率半径视聚焦长度而定,相应的圆柱形通道发生微小的变化。利用简单的一维模型,计算出X射线经微通道板后的反射效率等一系列聚焦参数。结果表明,这种微通道板类似于X射线透镜,其应用是相当广泛的。

微通道板离子探测器

本文综述微通道板作为离子探测器的应用 ,特别是在时间飞行质谱仪中的应用 ,介绍了国外学者在提高低能离子探测效率方面所作的工作 ,最后简要描述用微通道板探测各种离子方面的研究成果。

微通道板的新应用——X射线准直器

应用微通道板通道玻璃表面对大角入射的X射线吸收和小角入射的X射线全反射的特性,讨论适用于硬X射线和软X射线准直的两种类型微通道板,分析影响准直性能的因素。最后,对硬X射线微通道板准直器的辐射通量与通用准直器的进行比较。

基于一代像增强器的高分辨率X射线相机

为了实现在较低剂量下获得较高的分辨率,研制了一款价格低廉的X射线CCD相机。该相机使用硫氧化钆作为转换屏、经一代像增强器增强后的图像通过光锥耦合到CCD相机上;为了提高系统的光传输效率,提出了将像增强器输出直面板或倒像器直接更换成光锥,其小端直接同CCD相机耦合的方案;通过灰度分析计算对比度曲线,拟合得出系统的本征空间分辨率为13Lp/mm;通过拍摄实际景物,可以清晰地看到其内部的细节,显示出比较好的图像质量。

微光像增强器自动门控电源技术研究

针对微光像增强器在高照度下出现的输出图像饱和现象,提出了混合式自动亮度控制方法,论述了微光像增强器自动门控技术、光电子快门控制原理,以及大动态范围自动亮度控制方法,给出了自动门控电源设计框图和混合式自动亮度控制工作时序以及实验结果,分析讨论了设计中的4个关键问题。

用ATR方法研究聚合物在金属表面的吸附

本文用ATR(衰减全反射)方法研究聚合物在金属表面的吸附,对在不同溶剂中的聚苯乙烯在银表面的吸附进行测量,获得了吸附量随时间变化的规律,以及吸附薄膜的厚度d,介电常数实部ε_r和虚部ε_i.结果表明,吸附随时间增加,随分子量增加,不良溶剂聚合物吸附快于良性溶剂,吸附过程符合Langmuir方程.实验方法适用于任何类溶液.甚至散射溶液.

一种玻璃成分优化的微通道板

降低微通道板(M CP)的离子反馈噪声、提高像增强器的成像质量和工作寿命是M CP玻璃成分优化研究的主要目标,指出通过调整碱金属氧化物的引入种类和总量,并采用高温氢还原工艺获得一种玻璃成分得到优化的M CP,可提高玻璃的转变温度,耐500℃以上的高温烘烤且电性能相对稳定。该方法改善了通道内壁表面结构和M CP的耐电子冲刷能力,降低了气体吸附量且易于去除气体。文章最后给出了优化M CP玻璃成分所需开展的工作:在玻璃成分优化上增加S iO2的引入量,调整芯皮玻璃的温度粘度匹配及酸溶速率比,以及开展体导电玻璃M CP和硅M CP的研究。

一种显著提高三代像增强器信噪比的微通道板

鉴于离子阻挡膜保证了三代像增强器的工作寿命,但增加了微通道板和三代像增强器的噪声因子,降低了三代像增强器的信噪比,削弱了NEA光阴极的优势,提出一种最新研制的微通道板。它优化了玻璃成份,提高了玻璃的工作温度,同时还改善了通道内壁工作面结构,且开口面积比达到65%-70%。通过三代像增强器制管试验证实,这种高性能微通道板具有低噪声因子特性,与标准M CP相比,可显著提高三代管的信噪比。最后指出通过进一步试验和改进,实现更高信噪比长寿命无膜三代像增强器的可能性。

提高微通道板对低能电子探测效率的技术途径

为了提高静电聚焦型微通道板光电倍增管探测效率,重点研究微通道板的探测效率。分析影响微通道板对电子探测效率大小的主要因素,利用微通道板探测效率的理论模型,考虑在垂直入射到输入面的情况下,模拟计算出不同能量(E_e<1 keV)的入射电子打入非开口区对探测效率的贡献,结合开口区域的探测效率,即获得微通道板总的探测效率,并把模拟计算结果与实际测量相比较,两者基本一致;通过在微通道板的输入端面和通道内壁蒸镀高二次电子发射系数的材料、改变电极蒸镀方式和增加开口面积比,获得接近100%的探测效率,进而有效地提高了这种光电倍增管的探测效率。

微通道板型光电倍增管分压比与能量分辨率关系研究

为了提升微通道板型光电倍增管(MCP-PMT)能量分辨率,研究不同分压比对能量分辨率的影响,通过分析光电子从入射到倍增的过程,研究影响MCP-PMT能量分辨率的因素。通过调节光电倍增管(PMT)聚焦极电压、两片通道板分压以及通道板间隙电压解决了增益动态范围小、能量分辨率差的问题。实验结果表明,减小聚焦极电压可提高分辨率但收集效率会降低,提高MCP2电压后分辨率略有降低同时动态范围大幅提高,通道板间加反向电压可显著提升能量分辨率。根据实验结果,设计了一种MCP1与MCP2分压比1:1.6、通道板间隙加-35 V反向电压的分压器,将其应用于50只样管,并对样管进行测试,其平均能量分辨率从44减小到33,有效地改善了微通道板型光电倍增管的能量分辨率。

产生大面积均匀面电子源的电子枪设计

为了满足大尺寸微通道板(MCP)的性能测试和电子清刷除气处理,设计了一种电子枪,可以产生尺寸大、均匀性好、动态范围宽的平面电子源。该电子枪采用功函数较低的钽丝,加工成盘香式结构,通过外加电场,使得出射后打到微通道板输入面上的电子源束流密度可调、均匀性优于90%,12 h内的稳定性优于±0.1μA,动态范围达到7个数量级(10^-12~10^-5 A),可以实现对直径为50 mm的微通道板进行精确测试和严格的电子清刷处理,也可以应用于其它领域。