一种基于金阴极MCP的冷阴极电子源的研制

采用深紫外光子激发金阴极产生的冷阴极电子源具有诸多优点,将其应用于电子轰击离子源(EI)有助于获得高质量的离子源。本实验分别采用在JGS2石英玻璃上蒸镀金薄膜构成透射式金阴极、在微通道板(MCP)输入面蒸镀金薄膜构成反射式金阴极,将二者以不同的组合方式装配在一起,通过施加不同的间隙电压,从而获得较大范围的电子流输出,研制出电子束流可调(10^(-11)~10^(-5) A)、均匀分布(非均匀度6.5%)的稳定输出(稳定工作时间大于5 h)电子源,有望在高质量EI源中得到推广和应用。

MCP输入电子能量与微光像增强器信噪比的关系

为了提高MCP像增强器亮度增益,在微光像增强器中采用了新的电子倍增机构,即微通道板(MCP),并对作为电子倍增结构MCP的噪声产生机理进行分析。在MCP其他参数不变的条件下,通过调整MCP入射电子的能量和入射电子角度分布,优化了MCP最佳工作信噪比的工作条件,实现了优化MCP像增强器信噪比,提高了MCP像增强器的亮度增益。

微通道板(MCP)电子清刷用电子枪的设计

为了满足Φ30 mm MCP大束流短时间电子清刷新工艺要求,以轴向电子枪工作原理为基础,利用静电场对电子的作用理论,分析了电子的运动轨迹,并对电子的偏转进行了计算。根据计算结果,设计了电子枪的基本结构,确定了电子枪的各种参数:灯丝材料为Φ0.05 mm的钨(75%)铼(25%)合金丝;灯丝形状为"∨"字型;电子枪外径为Φ35 mm,高度为20 mm,最大加热功率为12.6 W时,电子发射电流密度达到1.26×10-5A/cm2。用该电子枪对4块性能相近的Φ30 mm MCP电子清刷4 h后,MCP的增益值达到500±50。这表明:用新电子枪可以代替原RUS-A型电子枪。

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中单通道电子倍增参数的Monte Carlo模拟计算

本文用Monte Carlo方法对电子在MCP单通道中传输,碰撞和次级发射的整个过程进行了模拟。给出了MCP中次级电子能量分布表达式。计算了MCP中单通道电子倍增的有关参数,并对比实验数据讨论了模型及其结果的合理性。

高空间分辨微通道板现状及发展

微通道板(MCP)是超二代、三代微光像增强器中的核心元件之一,其空间分辨能力对于微光像增强器分辨力、传函、光晕(Halo)等性能有重要的影响。基于最先进的超二代和三代像增强器所采用MCP的新技术发展,整理国内外已经开展的研究成果报道,从像增强器成像过程中与MCP直接相关的光电子入射至MCP输入面、MCP电子倍增、倍增电子图像输出3个阶段进行系统梳理分析,明确先进像增强器对于微通道板高空间分辨的具体性能需求。提出国产MCP的发展方向展望:未来几年研制孔径5μm、开口面积比70%左右、输出电极优化的MCP并批量应用;应用于超二代像增强器的MCP需要开展小孔径扩口以及电子减速膜等新技术研究,使MCP开口面积比达到90%以上、像增强器传函与对比度性能显著提升;应用于三代像增强器的MCP需要开展低放气、低离子反馈MCP研究以支撑无膜三代像增强器的研发,抑制Halo、提高信噪比,在实现无膜MCP的基础上,扩口技术、输入增强膜层技术、电子减速膜等MCP技术均有应用于三代像增强器中的潜力。

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。

电子倍增器微通道板(MCP)在微光夜视技术中的应用

通过对MCP的结构、工作原理及特点的分析 。

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.

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。

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 .

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.

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。

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。

二维电子倍增器及其新发展

概述了二维电子倍增器ＲＬＳＧ-ＭＣＰ的发展概况和工艺的局限性，提出了用半导体工艺制作ＡＴ－ＭＣＰ的技术途径，阐述了ＡＴ－ＭＣＰ的优点；介绍了新型ＭＳＰ电子倍增器的原理和特点，最后展望了电子倍增器的发展前景．

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。

极紫外波段微通道板光子计数探测器

研究了一种极紫外波段微通道板(MCP)光子计数探测器,用于探测地球等离子体层中极微弱的30.4 nm辐射。通过改变电压、温度等参数对比了该微通道板光子计数探测器的暗噪声和分辨率的变化。结果表明:微通道板探测器的暗噪声主要来源于残余气体离子反馈和热噪声,因此要降低探测器暗噪声,应对微通道进行彻底的预处理除气,并尽量避免探测器在高温状态下工作,常温下经过预处理的微通道板光子探测系统的暗计数率仅为0.34 count/(s.cm2)。系统的分辨率主要受电压和计数率的影响,受温度影响不明显。由于不同的微通道板有不同的耐压范围,过小或过大的电压或计数率都会造成系统分辨率的降低。

X射线脉冲星导航探测器的微通道板甄选

根据应用于X射线脉冲星导航系统的大面阵X射线探测器对微通道板（MCP）性能的要求,研究了甄选微通道板的方法。确定了甄选微通道板的4个关键参量,分别是增益的均匀性、阻抗匹配、暗计数率、增益系数。针对这4个参量设计了相应的测试实验,制定了甄选MCP的流程,并对采用该流程甄选出的MCP进行了幅值和计数率的测试。测试结果显示：采用单通道阳极接收信号时,每一个探测单元的幅值存在的相对误差各不相同,第i个探测单元输出的信号幅值的最大相对误差Δ1i和最小相对误差Δ2i的波动分别为7%-13.5%,3%-6.7%;而采用四通道共享阳极时输出信号的Δ1i为7.8%、Δ2i为3.1%;单通道阳极计数率之和（n=n1＋n2＋n3＋n4）与四通道共享阳极计数率N的相对误差为4.38%,小于预估值10%。上述实验结果表明该甄选方法能够甄选出满足探测器要求的MCP。