低压扫描电镜电介质二次电子MCP收集特性

采用数值仿真和实验测量相结合的方法,研究了低压扫描电镜(LVSEM)检测电介质样品过程中二次电子的出射规律,获得了二次电子的出射特性和微通道板(MCP)收集器的接收特性。结果表明,二次电子的出射角度近似余弦分布;由于电子的散射、输运和积累电荷的作用,绝缘的电介质样品表面上方产生了空间负电位分布,沿法线方向电位先下降到最小值,然后又回升,并逐渐趋于零电位。在这种空间负电位分布所形成的表面电场的作用下,部分较低出射能量的二次电子会返回积累于样品表面。在收集器正电场的作用下,能够脱离样品表面局部正电场束缚且具有较大出射角度的二次电子更容易被收集,电介质样品MCP收集器的收集效率约为21%;降低收集电压可以有效提高收集效率。

MCP噪声因子特性研究

微通道板(简称MCP)是决定像增强器信噪比的关重件,MCP的噪声因子是对MCP噪声特性进行评价研究的主要参数。通过对不同材料、不同腐蚀工艺、不同烧氢工艺制备的MCP以及不同工作条件下MCP的噪声因子进行测试分析,研究不同制备工艺、不同工作条件下MCP的噪声特性,最终得出了最优噪声性能的MCP制备工艺和工作条件,结果表明采用B材料,采用混合类腐蚀液腐蚀工艺,尽可能长的烧氢时间,可获得较低噪声因子的MCP,同时适当增加入射电子能量和微通道板工作电压以改善通道板噪声特性,提高像管成像质量,这些研究成果为进一步降低MCP噪声因子提供了理论和工艺指导。

微通道板式WSZ位敏阳极探测器的图像拖尾处理

分析了极紫外成像仪图像拖尾的原因,提出了消除该现象的方法。分析了坐标计算公式中各个分量变化对图像的影响,结果显示:信号叠加和微通道板(MCP)反馈是系统对坐标分量影响最大的两种因素。通过对图像数据的分析,排除了信号叠加的两种情况即峰堆积和尾堆积产生拖尾的可能性。对拖尾最严重处电荷变化量的计算表明,MCP反馈是产生拖尾的主要原因,而MCP所加高压的幅度是产生反馈的重要因素之一。最后,用在2 950 V和2 800 V高压下采集的图像验证了拖尾是由MCP反馈引发的,并通过实验给出了解决方案:通过烘烤减少MCP通道内的气体残留并定期对MCP进行电子束清刷来降低反馈发生的几率,减小拖尾的影响。

神光原型诊断设备:门控针孔分幅相机的研制

为满足X射线针孔分幅相机在神光Ⅲ原型中的安装与正常测试,在原有分幅相机成像理论的基础上,研制了新型结构门控针孔分幅相机。设计了锥筒针孔成像系统,用于排除系统内杂散光干扰,从而在原型靶室内顺利实现小孔成像。设计了新型分幅像管结构,利用长微带结构充分改善了耦合匹配参数,利用新型荧光屏结构和装夹方式以及两块光纤面板耦合结构,实现在有限空间内成像仍为16幅。使用了屏压脉冲加电方式,使像管使用安全性能大大提高。设计了圆柱桶式真空密封结构,将相应的高压脉冲发生器和各种相机状态监测设备全部装入,并可通过PC104进行远程控制。

基于微通道板的二维位置灵敏探测器的研制

介绍了基于微通道板的二维位置灵敏探测器的基本原理及其关键部分电阻阳极面板和数据读出系统的设计。通过测试，获得令人满意的线性和位置分辨。

空间光通信用复合波导阳极微通道光电倍增管

为了降低自由空间光通信系统对高跟踪精度的需求,化简光学天线结构,缩小系统体积,本文提出了一种采用复合波导阳极的空间光通信专用微通道光电倍增管.首先从微通道板光电倍增理论模型的角度出发,介绍了新型器件的工作原理并分析复合波导阳极的透射阳极和位敏阳极对真空倍增系统造成的约束条件;其次通过光学传递函数分析方法研究了复合波导阳极的器件特性并给出了器件设计参数与成像能力之间的对应关系;接着在此基础上分析了高速信号检测功能和入射光轴精确定位功能的约束关系,给出了相应的电子光学系统设计与修正方法;最后在真空炉中进行了该新型器件的验证性试验.

X射线脉冲星导航探测器性能研究

为研究用于X射线脉冲星导航的探测系统性能,推导了在光子计数模式下探测系统的信噪比和最小可探测功率的关系表达式,并搭建测量信噪比和最小可探测功率的实验装置.测量了系统的最小可探测功率以及在不同光功率、不同累积时间和不同阈值电压条件下探测系统的信噪比.通过对X射线光子到达时间的测量,构造了X射线脉冲累积轮廓.实验表明:随着光功率和累积时间的增加,累积脉冲轮廓的信噪比提高,累积脉冲轮廓趋于光滑;当阈值电压为-150mV时,信噪比为26.3,累积脉冲轮廓最优;系统的最小可探测功率为3.5×10-16W.

多孔玻璃基材微通道板的实验研究

在光电平板显示屏中需要对平面电子源进行放大 ,而传统的微通道板因面板小 ,不能满足器件的要求 .本文报告了以多孔玻璃为基材的微通道板的制备及其二次电子发射特性的测量结果 .

微通道板增益对光子计数探测器成像性能影响

微通道板作为二维位置灵敏阳极光子计数探测器中的电子倍增器件,其增益特性直接影响探测器的成像性能。搭建了系统测试平台,测量了微通道板的增益随电压变化曲线,并获得了3块微通道板叠加后的脉冲高度分布曲线。根据测试结果以及脉冲高度分布曲线的能量分辨率与探测器增益的均匀性之间的物理关系,选择合适电压值和增益对探测器的性能进行优化,探测器分辨率由3.56lp/mm提高到4.49lp/mm,获得了清晰图像,为探测器的研制提供了技术支持。

应用于中子照相的热中子敏感微通道板

介绍了中子成像探测技术的应用。由于直接在微通道板（MCP）玻璃中掺加中子灵敏核素可使MCP对热中子敏感,从而可将MCP事件计数成像探测器的优势成功地应用于以中子为探针的成像探测技术,本文开展了热中子敏感微通道板的研究。通过在MCP玻璃中掺摩尔百分比为3%的Gd2O3,并沿用MCP的制作方法,完成了直径为50mm和106mm的大面阵热中子敏感MCP的制作,并进行了基于这种大面阵热中子敏感MCP的中子事件计数成像探测器的中子成像实验。理论和实验结果都验证了掺摩尔百分比为3%的Gd2O3 MCP可取得对热、冷中子30%~50%的探测效率。最后,进一步介绍了目前开展的封装式中子敏感MCP增强管的研制工作。基于掺Gd2O3的MCP增强管并经光学耦合到CCD或CMOS相机的紧凑混合传感器结构是实现高时空分辨能力的中子照相无损检测技术的有效途径。

微通道板次级电子发射层中各元素随深度的分布

本文应用XPS研究微通道板次级电子发射层中各元素浓度随深度的分布,以及不同烧氢还原温度对此分布的影响,并讨论了不同烧氢还原温度对次级电子发射性能的影响,在此基础上提出了改进微通道板性能的几个途径。

氢还原铅硅酸盐玻璃表面层结构的研究

本文应用X光电子能谱仪(XPS)和俄歇电子能谱仪(AES)研究了经烧氢还原后铅硅酸盐玻璃(该玻璃就是微通道板次级电子发射层材料)中各元素浓度随深度的分布;还应用电子探针(EP)研究了体内元素分布,并讨论了不同烧氢还原温度所形成的发射层结构对微通道板电子倍增性能的影响;在此基础上作者提出了新的微通道板次级电子发射层结构。

基于硅微通道板的CoNiP微米管阵列的磁性

利用压差液流法在硅微通道板(MCP)孔道内侧壁上沉积钴镍磷(CoNiP)软磁性材料,制备了钴镍磷微米管阵列。比较了液流沉积与直接水热法沉积两种工艺方法,验证了液流法对于宏多孔硅化学沉积的优化。以不同方式对所得样品进行退火,观察平行和垂直于微米管长轴方向的矫顽力和剩磁比(Mr/Ms),发现垂直于微米管阵列长轴方向的剩磁比明显大于平行于微米管阵列长轴方向的,这表明制备样品的易磁化方向为垂直于微米管阵列长轴的方向,同时电流退火使垂直和平行于微米管长轴方向的矫顽力的大小关系发生反转。

剩余气体束流剖面探测系统首次在线实验

介绍了以微通道板和电阻阳极所构成的位置灵敏探测器为基础的剩余气体束流剖面探测系统的工作原理和系统结构,描述了首次在线实验情况,证明了利用剩余气体束流剖面探测系统进行非拦截束流诊断的方法是可行的。

微光夜视技术的新进展

微光夜视技术经过了几十年的发展,现在已经进入了实用阶段。研发微光夜视仪在军事和民用二方面都能发挥较大作用。文中回顾了微光夜视技术发展的历史和现状,并对发展趋势进行了展望。比较了各种技术的优势和劣势,分析了各国在军事方面的应用情况,提出了研究的必要性和可实现性。

Vernier阳极设计与成像模拟

光子计数成像探测器作为探测微弱光的重要手段,由微通道板,解码阳极以及后续的读出电路组成,其中解码阳极的性能直接影响着探测器的成像质量。作为一种电荷分割型阳极,Vernier阳极利用周期性的正弦电极区域替代了楔条形阳极(WSA)的线性电极,可获得高的成像分辨率和大的电极活动区域。根据Vernier阳极的设计原理对Vernier阳极进行了仿真和设计,首先,介绍了矢量形式的阳极解码,确定了阳极设计参量为阳极周期长度,电极振幅及电极波长;其次,分析了各阳极设计参量对探测器成像的影响,利用Labview软件分别模拟了电子云,Vernier阳极板以及其相互作用成像情况,确定了Vernier阳极周期长度与粗调波长之间的关系以及设计参数一定时,成像达到最佳的电子云大小,依照模拟结果和实际的加工条件,设计和制备了周期为891μm,绝缘沟道为25μm,振幅为50μm,粗调数为5的九路Vernier阳极。

微通道板表面碳污染的去除

基于微通道板材料和结构特性,采用俄歇电子能谱仪(AES)分析了不同清洗条件下微通道板表面碳污染情况。研究结果表明:微通道板表面均存在一定程度的碳污染,且包边区碳污染程度高于端面通道区通道壁表面。紫外臭氧清洗能有效去除微通道板表面的碳污染,且使微通道板端面通道区通道壁表面K元素含量提高20%~35%。

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-channel 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Vc=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Vm>(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。

基于三维结构的钯催化电极的制备及其性能分析

利用MEMS技术制备了硅微通道板（Si-MCP）并以此作为基底制备宏孔导电网络（MECN）,利用3种方式在其外表面和孔道内壁沉积钯纳米粒子合成了三维乙醇催化电极。通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等表征手段对电极形貌和组分进行了分析,基于液流沉积的样品孔道内壁的钯纳米粒子最为均匀和致密。电化学测试结果也表明此种样品具有最优的电催化活性和运行稳定性（连续扫描后,催化电流仅下降11%）。其中,液流沉积形成的样品对高浓度乙醇的电催化氧化电流密度可达554 mA/cm2,此数值分别是真空无电镀样品产生的电流密度的3.5倍,电镀样品产生的电流密度的35倍。研究结果说明,液流沉积形成的丰富活性位点有助于提高三维微型催化电极的电化学性能,因此基于液流沉积的Pd/MECN电极将在乙醇燃料电池方面具有广阔的应用前景。

采用金阴极的光子计数成像探测器的性能

采用Au作为感应读出式光子计数成像探测器的光阴极,在分辨率测试板上蒸镀了薄膜厚度为15nm的Au作为透射式阴极。实验测试了加Au阴极后微通道板(MCP)的增益性能,探测器的分辨率和计数率等成像性能,与未加Au阴极时相应的系统性能做了对比。结果表明,加Au阴极后MCP的脉冲高度分布呈准高斯型,随着MCP工作电压的提高,脉冲高度分布曲线的峰值向高增益方向移动,曲线的半峰全宽(FWHM)逐渐变宽;Au阴极有效提高了光子计数成像探测器的探测效率和信噪比;分辨率测试结果表明加Au阴极后探测器的空间分辨率优于75μm,随着计数率的提高分辨率将会下降,在保证系统分辨率优于150μm时计数率可达到13.5kHz。