Mikrocsatornás lemez

A mikrocsatorna lemez (MCP) az elektrovákuum készülék része, részlete, amely az elsődleges elektronáramlást fokozza, és amelynek intenzitása bizonyos térbeli eloszlása van.

Az erősítés elve a másodlagos elektronemisszió jelenségén alapul, amikor egy feltörekvő elektronlavina elektronjai kölcsönhatásba lépnek az MCP csatornák belső falaival.

Működési elve szerint közel áll a fotosokszorozókhoz [1] , de mivel a fotoáram erősödése sok mikroszkopikus csatornában történik, a primer elektronok áramlásában való eloszlás térbeli felbontását biztosítja.

A fotoáram erősítése mellett más sugárzások térbeli eloszlásának megjelenítésére is használható, amelyek ütköző elektronemissziós töltésű részecskék , ionok , röntgen- és gammasugárzás neutronok [2] .

Főleg éjjellátó készülékekben , a láthatatlan sugárzás láthatóvá alakító elektro-optikai átalakítóiban használják . Fényerőerősítőkben, gyors katódsugárcsövekben , tömegspektrográfokban és tudományos kutatásokban is használatos.

Az MCP működési elve

Az MCP-ben az elektronáramlás felerősítése a csatornákon belüli másodlagos emissziós elektronok lavina-sokszorozásának elvén alapul.

Az elektronok olyan energiára történő felgyorsítása, amely elegendő ahhoz, hogy a szekunder elektronokat kiüsse a csatorna falából, egyenletes elektromos mezőt hoz létre, amelynek vektora a csatornák mentén a primer elektronok belépése felé irányul. A felszínre vezető csatornakijárat közelében az élhatás miatt némileg zavart a mező egyenletessége. Ennek a mezőnek a kialakításához a csatornák falát nagyon nagy felületi ellenállással elektromosan vezetőképessé teszik, az MCP sík felületeit pedig vékony fémréteg borítja, ezek közé a rétegek közé több száz voltos nagyfeszültség kerül. Ebben az esetben nagyon kis áram folyik minden csatornán a fala mentén.

A csatornába belépő elektron (vagy más töltött részecske) a csatorna bejáratánál a falnak ütközik, és egy vagy több elektront kiüt. Az ilyenkor kibocsátott szekunder elektronok bizonyos energiájú és térbeli eloszlásúak. A térben a szekunder elektronok a koszinusztörvény szerint oszlanak el , az energiaeloszlás maximuma 1-3 eV energiáknál van. Az ütközésenkénti kilökött elektronok átlagos számát másodlagos elektronemissziós együtthatónak nevezzük $\sigma$ , $\sigma >1.$

A szekunder elektronokat a csatorna mentén fellépő elektromos tér olyan energiára gyorsítja fel, amely elegendő ahhoz, hogy a következő szekunder elektronokat kiütögesse és a falnak ütközzenek, mivel a kiütött elektronoknak a csatorna tengelyére merőleges sebességkomponensük is van, és új szekunder elektronokat ütnek ki. csendes ütközések során. Ez a folyamat sokszor megismétlődik, és egy elektronlavina gyorsan mozog a csatorna mentén, megsokszorozva, és körülbelül 10-9 idő után elhagyja a csatornát . A csatornát elhagyó elektronok számát egy primer elektron által generált csatornaerősítésnek nevezzük $M.$

Így az elsődleges elektron szekunder elektronok lavináját generálja, vagyis a csatornában az elektronáram növekedése következik be.

Az erősítés függ a tápfeszültségtől (a csatorna térerősségétől ), a csatorna kaliberétől, ahol a csatorna hossza és átmérője, illetve a szekunder elektronemisszió együtthatója és néhány egyéb tényező. 1000 V nagyságrendű tápfeszültségen 10 4 nagyságrendű erősítés könnyen elérhető . Magasabb feszültségeknél (2000-3000 V) az erősítés jelentős, 10 6 -10 7 értéket is elérhet . Az MCP erősítése könnyen és szinte tehetetlenségmentesen szabályozható a tápfeszültség változásának szabályozására. $M$ $U$ $E$ $\kappa ,$ $\kappa =L/d,$ $L,\ d$

A csatornákon átfolyó áramforrásból származó áram csökkentése érdekében az elektromos ellenállásukat a gyártás során nagyon megnövelik. Ezért a csatornában egy lavina kialakulása során ezen a nagy felületi ellenálláson átfolyni kezd a szekunder elektronok járulékos árama, amely újratölti a csatorna elektromos kapacitásait és megváltoztatja az elektromos potenciál eloszlását a csatorna mentén. Ez az újraelosztás csökkenti az elektromos mezőt, a tér csökkenése a szabad út távolságon (ütközések közötti távolság) szerzett szekunder elektronok energiájának csökkenéséhez vezet. Ha a primer elektronok áramlásának intenzitása alacsony, a csatorna mentén az elektromos tér keveset változik a csatornában lavina kialakulása során, mivel a kibocsátó és a vezető rétegek között megosztott elektromos kapacitásnak nincs ideje ritkán feltöltődni. egymást követő lavinák. Ha a lavinák gyakorisága nagy, akkor a csatorna végén lévő mező csökken, és így csökken a másodlagos emisszió szorzótényezője és ennek következtében a csatornaerősítés. A primer elektronok áramlásának bizonyos intenzitása felett további növekedése nem okoz lavinaáram növekedést. Ezt a jelenséget erősítési telítésnek nevezzük . A telítettség különösen szembetűnő a vastag (~1 mm) MCP lemezek nagy kaliberű csatornáiban. A képerősítő csövekben a telítési jelenség hasznos, mivel lehetővé teszi az átmeneti "vakság" elkerülését erős fényáram hatására.

MCP tervezés és felhasznált anyagok

Az MCP egy vékony lemez, amely egy mikrocsatorna betétből (MCI) és egy monolitikus keretből (MO) áll. Az MCF méhsejt-struktúrába szerveződik (kerek MCP-k esetében, általában kétszög alakú hullámos határvonalakkal), sok (500-1000) szabályosan elhelyezett és egymáshoz szinterelt hatszögletű mikrocsatornás méhsejtből (MCC), és minden egyes cella számos sejtből áll. (5000-10000) szabályosan mátrixba rendezett, egymáshoz szinterezett csőcsatornák, amelyek átmérője 2-12 μm, a csatornák felületi sűrűsége 0,5 10 6 - 5 10 6 1/ nagyságrendű cm², így a csatornaosztás 5-25 μm.

Az MCP-k gyártásához anyagként ólom -szilikát üvegeket használnak, amelyekből maga az MCF-mátrix (csatornafalak) és az MO készül. Vannak keret nélküli MCP-k is, vagyis külső MO nélkül.

Az ólom-szilikát üveg részét képező ólom- oxidot, amely az ólom-szilikát üveg részét képezi , részben fémmé redukálják , hogy elektromosan vezető réteget hozzanak létre a csatornákban, speciális, hidrogénatmoszférában végzett izzítási móddal. A redukció túlnyomórészt vékony felületi üvegrétegben történik. Az izzítási mód szabályozásával lehetőség nyílik adott felületi elektromos vezetőképesség átadása a csatornafalaknak. ${\ce {PbO))$

A krómból vagy nikrómból készült fémelektródákat az MCP sík felületeire vákuumban történő hőpárologtatással visznek fel , amelyre az 1. ábrán látható polaritású tápfeszültséget kapcsolnak. Az érintkezőelektród film vastagsága körülbelül 0,2 -0,4 μm. A csatornák be- és kijáratánál a fémezés kis mértékben elmélyül.

Az MCP-csatornák általában valamilyen szögben (4-13 szögfok) dőlnek el a normálhoz képest a végükhöz képest. A csatornák meredeksége jelentősen gyengíti az ion- és foton- visszacsatolást az MCP erősítőként való működése során, mivel például a fényporból származó fény nem tudja megvilágítani a képátalakító fotokatódját. Ugyanebből a célból két ellentétes irányú csatornákkal rendelkező MCP-ből álló köteget használnak az éjjellátó képerősítő csövekben, így a csatornák keresztmetszetében chevron alakúak .

Az MCP fő eleme, amely megerősítést biztosít, egy cső alakú csatorna, amelynek kalibere több százat is elérhet. A csatorna felületi rétegében reduktív lágyítással 200-300 nm vastagságú rezisztív emissziós réteget alakítanak ki, amely egyszerűen két rétegből áll: egy felső nagyon vékony (kb. 10 nm) szilícium-dioxid alapú emissziós rétegből , ami gyakorlatilag egy szigetelő , amely másodlagos elektronemissziót biztosít, és egy alacsonyabb, vastagabb rezisztív réteg, amely csökkentett ólmot tartalmaz , ami az ellenállásréteget elektromosan vezetővé teszi . $\kappa =L/d,$ ${\ce {SiO2))$

Az MCP jellemzői

Az MCP könnyű használhatósága abban rejlik, hogy hatalmas számú (több millió) szabályos szerkezetű, és szinte azonos alakú és erősítő tulajdonságú mikrocsatornás erősítők egyetlen kompakt szerkezetté egyesülnek vékony lemez formájában.

Ellentétben a hagyományos eszközökkel, amelyek elektronikus optikát használnak a lumineszcens képernyőn történő kép létrehozására, az MCP-t nagy érzékelési és erősítési képesség, nagy térbeli felbontás (amelyet a csatorna hangmagassága határozza meg), nagy sebesség, az erősítés öntelítettsége, könnyű erősítés jellemzi. erősítésszabályozás, mágneses mezőkre való érzéketlenség, tehát mennyire kicsi az elektronok átlagos szabad útja a csatornában stb.

Az MCP fő alkalmazásai

Az MCP-k fő alkalmazási területe az éjjellátó eszközök (NVD) képerősítő csöveiben (EOP-k) található. Valójában az éjjellátó készülék egy lencsével, okulárral és áramforrással felszerelt eszköz.

Az erősítés tápfeszültségtől való függése miatt az MCP-t a képerősítő kimeneti képernyőjének automatikus fényerőszabályzó rendszerében (ADC) használják kellően magas bemeneti megvilágítás mellett (például telihold körülményei között). Az AFC működési elve: a képerősítő cső képernyő áramkörébe egy ellenállást vezetnek be, amelyen keresztül folyik a képernyőáram (az MCP kimeneti árama). Az ellenálláson keresztüli feszültségesést vezérlőjelként használják az MCP feszültségének csökkentésére, és ennek következtében annak felerősítésére.

Az erősítés öntelítési effektus lehetővé teszi a látómezőben lokális fényinterferenciák (túlterhelések) hatékony elnyomását, ami megvédi a megfigyelőt a vakságtól és javítja a megfigyelés kényelmét, magát a képerősítő csövet pedig a túlterheléstől.

Az MCP miniatürizálása lehetővé teszi a képerősítő cső és az éjjellátó eszközök egészének méretének és súlyának jelentős csökkentését, ami fontos a hordozható eszközök, például az éjjellátó szemüvegek, a kézi lőfegyverek könnyű irányzékai számára. A 20. század 70-es éveinek közepe óta a mikrocsatornás képerősítő csöveket főként katonai felhasználású éjjellátó készülékekben használták. Az éjjellátó eszközök és képerősítők fejlesztését nagymértékben meghatározza az MCP területén elért fejlődés. Az MCP fejlesztését és fejlesztését az éjjellátó technológia biztosításának és fejlesztésének igénye ösztönzi. 2009 óta az MCP-ket 2 generációs (inverteres), valamint 2+, 3 és 3+ generációs (két MCP-vel) képerősítő csövekben használják.

Az MCP-ket különféle nem szabványos képerősítő csövekben és optoelektronikai eszközökben is használják tudományos kutatási berendezésekhez - kísérleti fizika, űrtechnika, atommérnöki, roncsolásmentes minőségellenőrzés, biológia, ökológia, orvostudomány, csillagászat stb. Az ultra- A nagy sebességű MCP-eszközök fontos alkalmazásokat találnak a magfizikában, a plazmafizikában, a gyors folyamatok tanulmányozására.

Az MCP használatával elektron-optikai eszközöket lehet építeni képek készítésére, például röntgen-, gamma-, neutron-fluxusokban. Ebben az esetben az MCP-t a detektált részecskék vagy sugárzás (kvantumok) speciális katód-átalakítójával kombinálva használják kibocsátott primer elektronokká. Az ion-elektron vagy fotoelektron emisszió következtében a beeső részecskék vagy kvantumok elektronok kibocsátását idézik elő a bemeneten, amelyek aztán a szokásos módon megsokszorozódnak az MCP csatornáiban. Például az MCP-kkel ellátott röntgen képerősítő csöveket széles körben használják az orvostudományban betegségek diagnosztizálására.

Az átalakító katódok használata lehetővé teszi az MCP használatát nemcsak elektronikus erősítőként, hanem detektor-konverter-erősítő-számlálóként is bemeneti események (részecskék, kvantumok), valamint a lemez többcsatornás szerkezete lehetővé teszi a határozza meg az események koordinátáit a forrásobjektumok térbeli helyzetének azonosításához. Ezt az elvet alkalmazzák a koordinátaérzékeny detektorokban (CCD), például tömegspektrográfokban.

Az MCP-eszközök "gamma-ellenzői" a radioaktív izotópokkal szennyezett területek érintésmentes távoli felmérésére szolgálnak .

Ezenkívül a mikrocsatornás képerősítő csövekre (PNV típusú) alapuló megfigyelőeszközök hatékonyak a nagyfeszültségű távvezetékek érintésmentes felügyeletére azáltal, hogy megjelenítik a szigetelés minőségi megsértése miatti gyenge izzó elektromos kisüléseket.

Az MCP-k főbb gyártói

Hamamatsu Corporation (Japán)
Del Mar Photonics Inc. (USA)
Burle Industries Inc. (USA)
PHOTONIS Group (a link nem érhető el 2013-05-13 óta [3444 nap] - előzmények ) (Hollandia - Franciaország - USA)
North (Nanjing) Instrument Technology Industries Group (Kína)
LLC Vladikavkaz Technológiai Központ "Baspik" (Oroszország)

Jegyzetek

↑ Wiza, J. Mikrocsatornás lemezdetektorok // Nukleáris műszerek és módszerek. - 1979. - 1. évf. 162. sz . 1-3 . - P. 587-601 . - doi : 10.1016/0029-554X(79)90734-1 . - .
↑ Tremsin, AS; McPhate, JB; Steuwer, A.; Kockelmann, W.; Paradowska, A. M.; Kelleher, JF; Vallerga, JV; Siegmund, OHW; Feller, WB Nagy felbontású alakváltozás-leképezés repülési idő neutrontranszmissziós diffrakciójával mikrocsatornás lemezes neutronszámláló detektorral // Strain : Journal. - 2011. - szeptember 28. ( 48. évf. , 4. sz.). - P. 296-305 . - doi : 10.1111/j.1475-1305.2011.00823.x .

Linkek

elektronsugaras eszközök
Adók	Anatómus Ikonoszkóp szuperikonoszkóp Orticon szuperortikon Vidicon Monoszkóp	Crookes cső
Foster	Oszcilloszkóp cső Képcső lézer Eidophor Kijelző katódsugárcső Reklámnyomtató CRT Kadroscope
emlékezve	Williams cső Bistabil közvetlen nézetű memóriacső Skiatron Potenciáloszkóp graphecon Typotron
Elektron mikroszkóp	Raszter Áttetsző Átlátszó raszter kisfeszültségű
Egyéb	Trochotron Crookes cső Funkcionális katódsugárcső Polytron
Fő részek	elektronágyú Fűtő Katód Fotokatód Modulátor gyorsító elektróda Fókuszáló elektróda / tekercs eltérítő rendszer Cél Maszk nyílás rács árnyék maszk Aquadag Getter lábazat mikrocsatornás lemez
Fogalmak	elektronsugár sugarak konvergenciája Foszfor beégés Letapogatás

Szótárak és enciklopédiák	Britannica (online)