Двухканальный измеритель эмиссии

 

ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭМИССИИ, содержащий эталонную мишень и держатель исследуемой мишени, две микроканальные пластины, которые расположены друг за другом, с управляющей сеткой между ними, коллекторы эталонной и исследуемой мишеней, дифференциальный и основной усилители , два диода, интегратор, регистрирующий прибор и компаратор-интегратор , причем коллекторы эталонной и исследуемой мишеней соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого через основной усилитель соединен с регистрирующим прибором , отличающийся тем, что, с целью повышения точности регистрации квантового выхода эмиссии мишеней, в него введены два преобразовател-я , релейный усилитель, генераторы синхро-и пилообразных импульсов , согласователь уровня, причем вход интегратора соединен через первый преобразователь с катодом первого диода, первый вход компаратораинтегратора соединен через второй преобразователь с анодом второго О S диода, второй вход - с генератором синхроимпульсов, а выход - через последовательно включенные первый вход релейного усилителя и согласователя уровня с управляющей сеткой , второй вход релейного усилителя соединен с генератором пилообразных импульсов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5l) Н 01.З 43/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3370540/18-21 (22) 17.12.81 (46) 07.05.84, Бюл. № 17 (72) О.M.Сорокин (53) 621.387.462 (088.8) (56) 1. Nahrth В. Expoture time of .

applussed chanel plate. - "Rev.Sci.

Instrum.", v., 48. N 1, 1977, р. 95.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 814072, кл. Н 01 3 43/30, 10.12.79 (прототип). (54)(57) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

ЭМИССИИ, содержащий эталонную мишень и держатель исследуемой мишени, две микроканальные пластины, которые расположены друг за другом, с управляющей сеткой между ними, коллекторы эталонной и исследуемой мишеней, дифференциальный и основной усилители, два диода, интегратор, регистрирующий прибор и компаратор-интегратор, причем коллекторы эталонной и исследуемой мишеней соединены с вхоÄÄSUÄÄ 1091256 А дами дифференциального усилителя, выход которого через основной усилитель соединен с регистрирующим прибором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регистрации квантового выхода эмиссии мишеней, в него введены два преобразователя, релейный усилитель, генераторы синхро-и пилообразных импульсов, согласователь уровня, причем вход интегратора соединен через первый преобразователь с катодом первого диода, первый вход компаратораинтегратора соединен через втсрой преобразователь с анодом второго диода, второй вход — с генератором синхроимпульсов, а выход — через последовательно включенные первый вход релейного усилителя и согласователя уровня с управляющей сеткой, второй вход релейного усилителя соединен " "генера".îðîì пилообразных импульсов.

10912 ) 6

Изобретение относится к разделутехнической физики, а именно к технике регистрации заряженных частиц (электронов), и может быть применено для исследования спектров квантового выхода фотоэмиссии и вторичной записи с твердого тела в области энергий 5,0-1000 эВ. С наибольшим эффектом оно может быть использовано в исследовании энергетических характеристик фотокатодов при использовании источников излучения с резко дифференцированным.линейчатым спектром.

Известны измерительные устройства, 15 работающие в режиме счета импульсов от отдельных электронов после усиления в двух микроканальных пластинах (ИКП), стоящих друг за другом (1 1

Данная схема имеет высокую чувст- 2ц вительность, но недостаточно широкий динамический диапазон, не позволяющий работать при больших перепадах интенсивности источника излучения„ например, обладающего линейчатым спектром.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является двухканальная система с внутренним сетчатым электродом, содержащая дифс. ференциальный приемник, эталонную мишень и держатель исследуемой мишени, две микроканальные пластины, установленные дру" за другом... с управляющей сеткой ме)к— цу ними, коллекторы эталонной и исMHI:le?Iaé, диффе1)енциаль?IbiH и основной усилители, два диода, интеграгор, регистрируюший прибор и компарагop-интсгратор, коллекторы соецинены с входами дифферен1)иа) ).,но-го усил?1 геля, выход которого через

ОСНОВНОЙ У с..ИЛИт ЕЛ Ь СОЕДИНЕН С аНО цом первого и катодом второго диодов, а выход интегратора соединен с

/! с) регистрирующим прибором 2„, Однако поскольку выход ком1,аратора--интегратора потенциальный., то ре-.

Г . Л?сРОБКа ПотОКа ОСУЩЕСТБЛЯЕ 1 СЯ З виде;-ропускания модулиручощей сеткот отрезкоь одноэлектронных импульсов На 11КП-1, включаюг;?1Х лишь мрн,"симальнь Q э нер ГHH электронов . 1ем бо)1ь i1е Входной поток излучения, .тем выше задерживаюший потенциал на сетке, тем меньше пропущенная часть импульса и тем меньше общий коэф:рициент у<" пленив ус 1 рои ОT?ia, 3 результате искажается амплитудное распределеш1е, выходных импульсов и прибор начинает работать не на плато счетной характеристики, да .е если первоначально питание МКП-2 было установлено оптимальным. Поэтому возможны ошибки в регистрации квантового выхода образца, особенно на сильньгх линиях спектра исто - ника излучения .

Недостатком известного устройства является также принципиальная невозможность правильной регистрации отношения квантовых выходов образца и эталона в единицах электрон на квант в случае полиэлектроники, т.е. когда при больших энергиях возбуждающих частиц, фотонов или электронов Возможен выход цвух, трех и

50 IPP элРKTPo?ioB B ОДHOI. аКТР 3YiHc сии,, так как формирователи импульсов построены по схеме одновибратора и различают входные импульсы по амплитуце.

Цель изобретения — повьш)ение то ности регистрации квантового выхода электронной эмиссии В единицах с! сс электрон на кванг методом сравнения токов эталона и исследуемого об раз ца .

Поста ленная цель достигается . ем, что ?3 двухканальный измеритель эмиссии. с эдержащ1=?1 эталонную мише?1ь и держатель исследуемой мишени, двс микроканальные пластины, которые расположе?11:1 друг за другом, с управля;ощей сеткой между ними, коллекторы эталонной и исследуемой мишеней, )ифо)еренц?1апьный и Основной усили тели два диода, интегратор, компара?гор i HTpгратор и реГистрируlощиЙ при бор, пр:-1чем коллекторы эталонной и исслеДУесмой мишеней соецинены " вхО

Ца1 ?1 ДиффР РРНЦ?1НЛЬНО Гг;сСИЛ11тЕЛЯ, ВЫХОД КОТОРОГО Ч ЕРЕ 3 O CIIOBHOH У СИЛИтель соединен с анодом первого и катодом Второго диодов. а ьыхоц интегpaто.)а сое Гине с )pl ec-.рируюцим

?:рибором, 1)веце?1?1 цва преобразователя,, репейный усилитель, генераторы синхро-и;1ипообразных импульсов, согласователь уровня., г)ричрм вход интегратора соединен через первый преобразователь с катодом первого диода, первый вход компара тора-инте г— ратора соединен через Второй преобразователь с анодом второго диода, второй вход - с генератором синхроИмпульсов, а ВыхОд через послед()!

091256 вательна включенные первь1й вход релейного усилителя и согласователей уровня с управляющей сеткой, второй вход релейного усилителя соединен с генератором пилообразных импульсов.

Сущность изобретения заключается в там, чта с помощью введения в цепь обратной связи от коллекторов до мадулирующей сетки между МКП новых элементов: двух преобразователей, 1О одного релейного усилителя и генератора пилообразного напряжения, за счет широтноимпульсного стробирования (ШИМ) электронных лавин в приемнике осуществляется регулировка сигнала на выходе коллектора эталонной мишени на уровне, задаваемом частотой генератора стандартных импульсов на неинвертирующем входе кампаратора-интегратора. При этом в ра- 2п бочие 1,открытые! моменты система

"шеврон" развивает полное усиление, не ограниченное плавно меняющимся потенциалом управляющей сетки, поэтому коэффициент усиления всегда . 25 оптимален и приемник работает на плато счетной характеристики. Благодаря ШИМ-страбированин осуществляется непрерывное вы-.исление отношения квантовых выходов с отсутствием ошибок из-за сползания с г;лата, а использование преобразователей гарантирует, что это атношение вырабатывается в единицах "электрон на квант", а не импульс на квант", даже в слу—

35 чае полиэлектраники.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит эталонную мишень 1, держатель " и:сследуемой мише- 4О ни, микроканальные пластины (МКП) 3 и 4 общие для двух мишеней, у равляющую сетку 5, коллекторы эталонной и исследуемой мишеней 6 и дифференциальный усилитель 8, основной усилитель 9, диоды 1О, преобразователи 11 и 12, интегратор 13, камгаратор †интеграт 14, генератор 15 синхроимпульсав (! СИ), генератор 16 пилообразного напряжения (ГПН), релейный усилитель !7, сагласаватель 18 уровня, регистрирующий прибор 19.

Преобразователи 11 и 12 pабатают следующим образом. Импульсы коллектора 6 эталонной мишени, представляю-.55 щие собой сумму лавин ат нескольких каналов МКП 3, в которые попало одновременно па адно!!у фотаэлектрону из эмиссионной пачки, имеют амплитуды зарядов (напряжений), относящихсядруг к другу как 1:2:3 и т.д., в зависимости от кратности фотоэмиссианна— го акта. Однако из — за неполного насыщения каналов MKH 4, а также из-эа рассеяния электронных лавин по площа-: ди МКП 4 эти отношения имеют разброс

10 †3. Преобразователь устраняет разброс и восстанавливает отношение

1:2:3 с точностью до 2-3Х.Îeóùåñòâ— ляется это с помощью диоднорезисторного дискриминатора и релейных усилителей, а на выходе стоит суммирующий усилитель, воспроизводящий точное сао тнашение амплитуд. Для разных каналов полярности включения стабилитронов и усилителей противоположны.

Хар акт ери с тика преа 6 раз о вателя является ступенчатой функцией входного сигнала. Двухвхадовый релей1гый усилитель 17 представляет собой операционный усилитель с большим коэффициентом усиления, в результате чего очень малая разность сигналов на входе сразу вводит усилитель в насыщение и на выходе создается предельное напряжение соответствующей пал=,р! Ocти

Саi-,асаватель . Я уровня представляет собой инвертирующий усилитель и; ь!— пагняет функцию "„::зиравания н 1асштабиравания напрем<ения Ш!1!М-строба на сетке 5.

Уст„-айства рабстает следу о!ц!1м образам.

Выбитые нзлу11ени"=и из раз rabbi !".и

IIleIIeiI фата элеь- тра!:,ы, м11ажа! Тая 3

МКГ 3, образовавшиеся электрагн.: е лав 11ы, прастрабираьагн1ые па ге1,:ци,-ла-". сетки 5, ум:,ажаются в М П распр:-!деляются на коллекторы 6 и 7 в ссатветств111! с квантовым выхода;.i ми..-1ей. Импульсь! коллектора 6 .алан -IQII мишени через усилители 8 „9, диод 10 доходят да преабраза=-.ать-я

Koòoрый выдает сигнал со cту;:енчатым значением oìiiëi.òóäbi выхс., -:ага:1! !г!У1 ьса

Таким Образам, комп IpB Top-I!HI гратэр 14 по инвертирующему акад-: гьрабатывает сигнал, пропорциональный чис 1у фатаэлектранов, вышедших с мишени, а не числу каллекторных импульсов. Это получается благодаря тому, чта отдельные фатсэлектраны из одного и того же акта эмиссии пападают r. разные каналы МКП и дают кратную амплитуду на коллекторе, а пре1091256 образователи.!! и !2 уточняют это соотношение.

На выходе компаратора"интегратора 14 напряжение сигнала эталона может сильно варьировать в зависимос- 5 ти от облучения мишени, если цепь обратной связи не замкнута. Включение обратной связи стабилизирует это значение. Релейный усилитель 17 формирует меандр постоянной амплитуды переменной скважности, причем точки инверсии соответствуют моментам равенства выходного напряжения компаратора-интегратора и пилообразного напряжения стандартной формы. 15

При каком-то минимальном значении потока возбуждающего излучения система регулируется так, чтобы постоянство выходного сигнала выполнялось для скважности больше I. Это дости- 20 гается установкой частоты импульсов генератора 15. Фаза меандра ШИМ релейного усилителя отрицательна и согласователь !8 уровня своим положительным выходным напряжением откры- 25 вает сетку 5. Поскольку скважность равна 1, то сетка почти всегда открыта. При увеличении потока сетка 5 становится закрытой большую долю периода модуляции. 30

Синхронность работы ГСИ 15 и

Г1ТН 16 совершенно не нужна, а временные соотношения их сигналов примерно таковы: частота ГСИ в течение цикла регистрации спектра постоянна и выбирается по желанию экспериментатора в пределах 100 ГцIO0 кГц в зависимости от необходимой чувствительности всего устройства, причем чем она меньше, тем выше чувст-40 вительность всего измерителя эмиссии, т.е; частота ГСИ играет роль шкалы чувствительности устройства. Чувст вчтельность можно регулировать и шириной импульса ГСИ 15 однако для лучшего соответствия шкал чувствительности друг другу этого не делают.

Геенератор 16 задает период ШИМ и его

:частота выбирается в зависимости от тр е бо в аний с глажи вани я выход но го си гнала отношения квантовых выходов.

Таким образом, с помощью стробирования осуществляется ШИМ потока излучения на уровне, определяемом частотой генератора 15. При этом интегратор 13 и регистрирующий прибор 19 регулируют отношение квантовых выходов эмиссии образца и эталона в единицах электрон на квант вне зависимости от уровня возбуждения мишени.

Итак, предлагаемое устройство из двух МКП с промежуточной сеткой с цепью обратной связи при условии введения в обратную связь новых элементов: двух превбразователей амплитуды, усилителя с релейной характеристикой, генератора пилообразного напряжения и согласователя уровня, поддерживающих сигнал фототока на выходе эталонного канала на постоянном уровне, независимо от интенсивности первичного облучения и величины чувствительности самого эталона отличается от прототипа тем, что позволяет автоматически регистрировать отношение квантовых выходов образца и эталона в единицах "электрон на квант, не допуская .перегрузки MKII 6 и электронного усилительного тракта при больших перепадах интенсивности возбуждающего излучения на выходе МКП 3 и, что самое главно не снижая прн этом коэффициента усиления соответствующего плато характеристики.

При этом отпадает необходимость регулировки падающего потока с помощью спектральных щелей или тока источника света, имеющего линейчатый спектр.

1091256

Составитель И.Парфенов

Техред M. Надь Корректор Г.Решетник

Редактор Н.Стащишина филиал ППП "Патент", r, Ужгород,, ул, Проектная, 4

Заказ 3091/50 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5