铯原子钟电子倍增器可调高压电源设计

电子倍增器用来放大并输出铯原子的跃迁信号。倍增器电源是其重要组成部分,针对电子倍增器在增益变化及衰减情况下的供电需求,提出了一种基于分流调整电路结合倍压整流电路的高压电源设计方案,该方案在低压部分采用分流调整技术实现了电源输出电压控制;采用变压器结合多级倍压整流电路对电压放大输出,实现了电源可调电压范围在-306~-3 150 V和低输出纹波,电源的遥测电路实现了输出电压遥测。星载铯原子钟经过长期在轨测试,测试结果表明,本设计的电源在控制范围内实现了宽范围电压输出和遥测,低于3.23 V的电源纹波,保证了铯原子钟稳定度指标。

新型分离式打拿极电子倍增器研制

分离式打拿极电子倍增器(Discrete Dynode Electron Multiplier,DDEM)作为一种真空电子倍增器件可以实现对电子、离子和光子等粒子的探测,具有增益高、寿命长、动态范围宽、耐轰击等优点,广泛应用于材料分析、高能物理、航空航天等领域。传统DDEM一般由铜铍或银镁合金作为基底材料,经过氧化激活工艺制备而成,DDEM的性能依赖于基底材料的性能,由于氧化激活工艺复杂且合金材料的稳定性难以控制,造成后续制作出的打拿极性能难以保证。抛弃传统复杂的合金氧化工艺,采用原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)技术制备二次电子发射系数(Secondary Electron Yield,SEY)高而且稳定的氧化铝薄膜(SEY最大值为4.2),设计了一种盒栅式结构的DDEM,搭建了真空设备实现DDEM关键技术参数的测试评价,在直流状态下DDEM的增益可达2×10^(6),脉冲状态下增益可达1×10^(8),验证了ALD技术研制DDEM的可行性,解决了传统DDEM打拿极发射层材料严重依赖于金属合金成分和高温氧化激活工艺的难题,为今后研制更优性能的DDEM提供了良好的实验基础和新的技术方案。

单螺旋通道的通道电子倍增器性能研究

在现有的微通道板皮料玻璃配方的基础上,经过一系列的制作工艺设计和改进,最终制作出了具有合适性能的单螺旋通道的通道电子倍增器;之后搭建了以盘香型钽灯丝作为输入电流的通道电子倍增器(Channel Electron Multiplier,CEM)模拟模式测试装置和以紫外发光二极管结合金阴极作为输入信号的CEM脉冲计数模式测试装置,对该器件的综合性能参数进行全面的测试与评价;测试结果表明:本实验室自行研制的单螺旋通道的通道电子倍增器的模拟增益和脉冲增益分别为1×10^(4)~1×10^(6)和1×10^(7)~1×10^(8),增益值随着工作电压的升高而增加,输出脉冲的上升时间为2~3 ns,性能接近国外同行的同类器件。

分离打拿极电子倍增器性能提升技术研究

研究了磁控溅射法制备二次电子发射薄膜过程中氩气与氧气流量比和打拿极极间分压方式对电子倍增器增益及衰减特性的影响。研究表明,采用25∶5的氩气与氧气流量比所制备的MgO/(MgO-Au)双层结构薄膜具有最大的二次电子发射系数(SEY)和最小的SEY衰减率,同时利用该薄膜制作的九级打拿极电子倍增器具有最高的增益和最小的增益衰减率,这与该薄膜拥有最大的MgO晶粒尺寸和合适的导电性密切相关;采用第九打拿极与地之间的分压电阻阻值为3 MΩ且前八级打拿极极间分压电阻阻值均为6 MΩ的打拿极极间差异化分压方式制作电子倍增器能够提高器件增益,降低器件工作电压,并减缓在电子持续轰击下的增益衰减。该研究结果对高性能分离打拿极电子倍增器研制及其应用具有重要意义。

盒栅式电子倍增器模拟计算

采用三维电磁分析软件CST对盒栅式电子倍增器结构进行建模,利用控制变量的分析方法修改模型参数,模拟计算了不同打拿极栅网结构参数和出射电子能量条件下电子倍增器内部的电场分布、电子运动轨迹以及倍增器增益。研究分析了打拿极栅网结构参数和出射电子能量对电子倍增器特性的影响。数值模拟结果表明,倍增器打拿极栅网密度过密或者过疏均会降低电子倍增器的增益,在打拿极栅网间距为0.9 mm时电子倍增器增益最高;较小的二次电子出射能量有利于改善倍增器内电子轨迹的发散并提高倍增器增益。

硅微通道板电子倍增器

本文采用感应耦合等离子体刻蚀机 (ICP)和低压化学气相淀积 (LPCVD)技术制备了硅微孔列阵和连续打拿极 ,得到具有一定性能的硅微通道板 .同时分析讨论了微孔列阵的表面形貌、反应离子刻蚀的尺寸效应以及电子增益系数等问题 .与传统工艺相比 ,新工艺将微通道板基体材料与打拿极材料的选择分开、微孔列阵形成和连续打拿极制作过程分开 。

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．

气体电子倍增器(GEM)探测器

气体电子倍增器(GEM)作为一种新型气体电离室探测器,具有结构简单、性能卓越、兼容性强等优点,广泛应用于高能物理、核物理等多个领域。介绍了GEM探测器的原理、研究现状及发展应用。

基于气体电子倍增器原理的高能X射线工业CT气体探测器

分析了高能X射线工业CT所常用的闪烁探测器的优缺点,及传统气体电离室探测器存在的不足。为克服这些缺点和不足,从X光子与物质相互作用理论出发,结合高能工业CT的结构特点,探讨了高能窄X射线束入射到薄金属片中X光子和光电子的输运过程,提出了以高密度的金属片作为X光子辐射转换体,以气体电子倍增器作为光电子倍增放大的新型高能工业CT探测器方案。并利用基于Linux平台的EGSnrc程序进行了Monte-Carlo仿真。从原理上说明了这种气体倍增探测器相对于传统气体电离室探测器,既有较高的探测效率,其体积也大为减小,替代高能工业CT传统的闪烁体探测器在理论上是可行的。

通道电子倍增器的性能研究

本文介绍用电子和正电子束流测试单通道电子倍增器的高压坪曲线、脉冲幅度分布和效率曲线;还用电子束流测试了阈电压和坪起始电压随电子能量的变化、增益随工作电压的变化、脉冲幅度与电子能量的关系、脉冲幅度和计数率随束流强度以及本底随工作电压的变化关系。

MAT261质谱计二次电子倍增器歧视效应研究和计数法建立

热表面电离质谱计(TIMS)MAT261在采用二次电子倍增器(SEM)接收时,SEM积分模拟模式的测量存在质量歧视效应和强度歧视效应。本研究测量了其质量歧视校正因子,建立了强度歧视效应基本可以忽略的测量方法。为实现弱信号的准确测量,建立SEM离子计数测量模式。基于SEM离子计数测量技术,应用钚标样比较SEM积分模拟模式测量和离子计数模式测量的结果。在控制离子流强度的条件下,两种方法的测量结果与标样标称值在不确定度范围内符合。

气体电子倍增器的研制及性能测试

气体电子倍增器(GEM)以其独特的性能在辐射探测器领域得到了广泛的应用,对50μm厚聚酰亚胺(kapton)薄膜利用真空热蒸发和激光掩膜打孔法制作GEM膜,孔径100μm,孔距223μm,并封装流气式探测器,有效探测面积3mm×3mm。5.9keV55F e X射线测量了GEM在不同高压和混合气体比例时的脉冲幅度分布情况。讨论了高压和气体比例对探测器计数率和能量分辨率的影响。结果表明GEM具有较高的信噪比,能量分辨率可达18.2%。

收集极对分离打拿极电子倍增器增益影响的模拟计算

使用CST粒子工作室对分离打拿极电子倍增器进行建模和仿真,采用控制变量的分析方法调整电子倍增器收集极的参数,得到了电子倍增器内部的电子轨迹图。分析了影响电子倍增器增益的主要因素,研究了收集极对电子倍增器增益的影响,并且通过改变收集极的位置和结构分别对电子倍增器的增益进行优化。研究结果表明,收集极距离第九级打拿极位置为0.6mm时,电子倍增器增益最大;改变收集极上折角度的研究结果表明,收集极两端上折60°时,电子倍增器的增益最大。

国产小型磁选态铯钟电子倍增器性能测试与分析

采用电子入射测试系统测试了目前国产小型磁选态铯钟电子倍增器的性能,相比国内敏化法与早期磁控溅射法,目前磁控溅射法研制电子倍增器增益提高了4倍,二次电子发射系数由4.6提高至5.4,暗电流指标降至0.5 pA以下,衰减速率由2 V/d降至0.1〜0.7 V/d,使用寿命由2年提高至5年以上,部分可达20年。相比美国研制电子倍增器性能,增益与二次电子发射系数已接近,暗电流已达到,衰减速率还存在差距,具体表现不同器件衰减速率离散性更大。在后续的研究工作中,还需要继续降低电子倍增器的衰减速率,提高不同器件一致性。

电子倍增器歧视效应和质量分馏效应的修正及其应用

文章介绍了电子倍增器测量引入的质量相关偏差和离子束流强度相关偏差的修正方法,给出了正确的计算公式;叙述了用同位素比值对关系线归一法修正样品蒸发和电离引入的质量分馏效应的方法,给出了计算分馏效应修正因子和计算修正值的公式。用上述方法分别对天然镁和天然锗样品的同位素丰度比值或同位素丰度进行修正后,天然镁同位素的丰度比值为:^(26)Mg/^(24)Mg=0.13938,^(25)Mg/^(24)Mg=0.12660;天然锗的同位素丰度为:^(70)Ge=20.50,^(72)Ge=27.48,^(73)Ge=7.76,^(74)Ge=36.51,和^(76)Ge=7.75。天然样品的分析结果与文献标定值相符。

电子倍增器的加速试验方法及其寿命预测研究

对电子倍增器的加速试验方法及其寿命预测理论进行了研究。首先,建立了电子倍增器加速退化试验系统,设计了加速退化试验方案;然后,对电子倍增器进行了加速退化试验;最后,提出了电子倍增器的双恒定应力加速退化试验数据的分析方法,并对分析结果进行了模型检验分析,验证了该方法的有效性。

不同结构盒栅式电子倍增器模拟计算

利用CST三维电磁仿真软件对不同结构的盒栅式电子倍增器进行建模,采用控制变量的分析思想,模拟计算不同打拿极结构下的电子倍增器内电场分布、电子运动轨迹和倍增增益。数值仿真结果显示,不同结构打拿极电子倍增器内部电场稍有不同,并且导致倍增效益有所不同。在具有相同路径的8级打拿极结构的情况下,增益效果由强到弱的顺序为多边形、方形、弧形、三角形。多边形打拿极在二次电子发射材料镀膜区域不同的情况下,电子倍增器的增益效果具有很大的差异。

用弹性电子测量能谱仪能量分辨率和电子倍增器的工作曲线

重点介绍了利用弹性二次电子方便快捷地测量多功能电子能谱的能量分辨率和通道倍增器的工作曲线。并与常规方法进行了比较 ,结果一致。测量发现当电子束流增大到一定程度时 ,测出的弹性电子峰严重畸变 ,电子倍增器工作在饱和状态。

微球板电子倍增器基体制备技术研究

新型微球板电子倍增器和微通道板相比具有高增益、无离子反馈、制备简单、造价低廉等优点。介绍了微球板电子倍增器的工作原理、特点和广阔的应用前景。由于微球板基体的形成技术是微球板制备的关键技术,论文从理论上研究了微球板基体烧结过程中的烧结速率。并采用自行设计组分的高铅玻璃,用立式炉成珠设备进行了玻璃微珠的制备,探索了微球板制备过程中玻璃微珠的分级技术、微球板电子倍增器基体成型工艺和技术。制备出基本满足要求的微球板电子倍增器基体。给出了制造的样品和文献上样品结构的SEM对比照片,最后对实验过程中的一些现象进行了分析,并给出了实验的结论。

二次电子倍增器的非线性效应研究

应用UTB-500铀同位素标准物质、多接收技术研究了一台热电离质谱计二次电子倍增器(SEM)的非线性效应。得出SEM的非线性效应在整个离子计数范围内都存在,非线性在离子计数率约为20000cps时,存在一个极值点,极值点的测量值与标准值之间的偏差可达3%,在极值点两边的非线性服从对数线性规律。提出了一种非线性校正的数学模型,应用该模型,可以校正热电离质谱计SEM非线性效应。