Электрон көбейткіші: құрылымы, принциптері және қолданылуы
Electron multiplier
Электрондық көбейткіш – вакуумдық құрылғы, бөлшектерді күшейтуге арналған. Бір электроннан көптеген электрондардың пайда болуын қамтамасыз етеді. Физика, технология.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электрон көбейтуші – инциденттік зарядтарды көбейтетін вакуумдық құрылғы. Екіншілік эмиссия деп аталатын процесте, бір электрон екіншілік эмиссиялық материалға түскен кезде шамамен 1-ден 3-ке дейін электронды эмиссияға түсіреді. Егер осы металл пластина мен тағы бір пластина арасында электр потенциалы қолданылса, эмиссияланған электрондар келесі металл пластинаға дейін үдеп, одан да көп электрондардың екіншілік эмиссиясын тудырады. Бұл процесті бірнеше рет қайталауға болады, нәтижесінде көптеген электрондар металл анодқа жиналады, олардың бәрі бір ғана электронмен іске қосылған.
An electron multiplier is a vacuum tube structure that multiplies incident charges. In a process called secondary emission, a single electron can, when bombarded on secondary emissive material, induce emission of roughly 1 to 3 electrons. If an electric potential is applied between this metal plate and yet another, the emitted electrons will accelerate to the next metal plate and induce secondary emission of still more electrons. This can be repeated a number of times, resulting in a large shower of electrons all collected by a metal anode, all having been triggered by just one.
Тарих
1930 жылы орыс физигі Леонид Александрович Кубецкий фотокатодтарды динодтармен немесе екіншілік электронды эмитерлермен бір түтікшеде біріктіріп, екіншілік электрондарды электр потенциалын арттыру арқылы алып тастауға мүмкіндік беретін құрылғыны ұсынды. Электрон көбейтуші жалпы саны кез келген мөлшердегі динодтарды қолдана алады, олар σ коэффициентін пайдаланады және σn үлкейтуін тудырады, мұнда n – эмитерлер саны.
In 1930, Russian physicist Leonid Aleksandrovitch Kubetsky proposed a device which used photocathodes combined with dynodes, or secondary electron emitters, in a single tube to remove secondary electrons by increasing the electric potential through the device. The electron multiplier can use any number of dynodes in total, which use a coefficient, σ, and created a gain of σn where n is the number of emitters.
Дискрет диноды
Екіншілік электронды эмиссия вакуум камерасы ішіндегі динодқа бір электронның соқтығысынан басталады, нәтижесінде электрондар тізбектей келесі динодтарға шашырайды және процесс қайталанады. Динодтар осылай орналастырылған, әрбір электрон келесі динодқа тигенде, алдыңғы динодтан 100 электрон вольтқа жоғары энергия алады. Мұндайды пайдаланудың артықшылықтарына пикосекундтардағы жауап беру уақыты, жоғары сезімталдық және шамамен 108 электронға дейін күшейту кіреді.
Secondary electron emission begins when one electron hits a dynode inside a vacuum chamber and ejects electrons that cascade onto more dynodes and repeats the process over again. The dynodes are set up so that each time an electron hits the next one it will have an increase of about 100 electron Volts greater than the last dynode. Some advantages of using this include a response time in the picoseconds, a high sensitivity, and an electron gain of about 108 electrons.
Тұрақты диноды
Тұрақты динод жүйесі жартылай өткізгіш материалдардың жұқа қабатымен қапталған, мүйіз пішіндес шыны воронканы пайдаланады. Электродтардың кедергісі екіншілік эмиссияны қамтамасыз ету үшін артады. Тұрақты динодтар кең жағында теріс жоғары кернеумен, ал тар жағында жерге жақын оң кернеумен жұмыс істейді. Осындай алғашқы құрылғы "Каналдық электрон көбейтуші" (CEM) деп аталды. CEM-ге 10⁶ электронға жететін күшейту үшін 2-4 киловольт қажет болды.
A continuous dynode system uses a horn shaped funnel of glass coated with a thin film of semiconducting materials. The electrodes have increasing resistance to allow secondary emission. Continuous dynodes use a negative high voltage in the wider end and goes to a positive near ground at the narrow end. The first device of this kind was called a Channel Electron Multiplier (CEM). CEMs required 2 4 kilovolts in order to achieve a gain of 106 electrons.
Микроарналық пластинка
Тұрақты динодты электрон көбейтушінің тағы бір геометриясы микроканалдық пластина (МКП) деп аталады. Оны өте кішкентай үздіксіз динодты электрон көбейтушілердің екі өлшемді параллель тізімі деп қарастыруға болады, олар бірге құрастырылып, параллель қоректендіріледі. Әрбір микроканал әдетте параллель қабырғалы, конус немесе воронка тәрізді емес. МКП қорғасын шыныдан жасалған және әрбір электрод арасында 10⁹ Ом кедергіге ие. Әрбір каналдың диаметрі 10-100 мкм. Бір микроканалдық пластинаның электрондық күшейтуі шамамен 10⁴-10⁷ электронға жетеді.
Another geometry of continuous dynode electron multiplier is called the microchannel plate (MCP). It may be considered a 2 dimensional parallel array of very small continuous dynode electron multipliers, built together and powered in parallel. Each microchannel is generally parallel walled, not tapered or funnel like. MCPs are constructed from lead glass and carry a resistance of 109 Ω between each electrode. Each channel has a diameter of 10 100 μm. The electron gain for one microchannel plate can be around 104 107 electrons.
Түнгі көрініс
Микроканалдық пластиналар түнгі көру көзілдірігінде де қолданылады. Электрондар миллиондаған каналға соққанда, мыңдаған екінші электрондар босатылады. Бұл электрондар кейін фосфорлық экранға түсіп, күшейтіліп, жарыққа айналады. Соның нәтижесінде пайда болатын бейне түпнұсқаны қайталайды және қараңғыда көруді жақсартады, ал MCP-ге кернеу беру үшін кішкентай батарея ғана қолданылады.
Microchannel plates are also used in night vision goggles. As electrons hit the millions of channels, they release thousands of secondary electrons. These electrons then hit a phosphor screen where they are amplified and converted back into light. The resulting image patterns the original and allows for better vision in the dark, while only using a small battery pack to provide a voltage for the MCP.