Рентгеновский электронно-оптический преобразователь

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 01 J 31/50

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

35.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4941850/21 (22) 10.04.91 (46) 23.07.93. БюлЛл 27 (75) Г,Г.Фельдман и И.М. Корженевич (56) Бутелов М.M. и др, Электронно-оптические преобразователи и их применение в научных исследованиях. M,: Наука, 1978, Brandl О.J. et al "Picosecond Х-гау

chronoscopy" "Optics communications", ч,15, Рв 2, 1975, р. 231. (54) РЕНТГЕНОВСКИЙ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Использование: электронная техника, в частности системы для регистрации быстропротекающих процессов, сопровождающихся излучением в рентгеновской области спектра. Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные возможности рентгено Ж 1829062 А 1 вского электронно-оптического преобразователя (РЭОП) при улучшении временного разрешения и повышении яркости изображения. Сущность изобретения: рентгеновское излучение попадает на массивный фотокатод 1, расположенный под углом к щелевому ускоряющему электроду 2, и вызывает эмиссию фотоэлектронов, которые фокусируются на люминесцентном экране

7. Пространственно-временное преобразование исследуемого сигнала осуществляется во время развертки изображения по экрану при подаче на отклоняющие пластины 6 линейно нарастающего напряжения.

Вспомогательные пластины 3 служат для . компенсации осевого сдвига электронного пучка из-за:наклона фотокатода к продольной оси РЭОП. 2 ил.

1829062

Изобретение относится к электронной технике, в частности к системам для регистрации быстропротекающих процессов, сопровождающихся излучением в рентгеновской области спектра. 5

Цель изобретения — улучшение эксплуатационных возможностей при улучшении временного разрешения и повышении яркости иэображения.

На фиг.1 представлена схема РЭОП, вы- 10 полненного согласно изобретению;на фиг,2 — диаграмма его работы.

РЭОП включает в себя фотокатод 1; щелевой ускоряющий электрод 2 со щелью шириной и, дополнительную пару отклоняющих пластин 3, фокусирующий электрод 4, анод 5, систему развертки изображения 6, люминесцентный экран 7. Цифрами 8, 9, 10 обозначены соответственно присоединительный вакуумный фланец, источник 20 рентгеновского излучения и вакуумная камера.

Устройство. работает следующим образам.

В статическом режиме рентгеновские 25 лучи от источника 9 (паказанные на фиг.1 пунктирными линиями), находящегося в вакуумной камере 10, вызывают эмиссию электронов из фотокатода 1, выполненного из Аи, CsJ или любого другого материала, ЗО чувствительного к рентгеновскому излучению. Между фотокатодом 1 и ускоряющим электродом 2, расположенными по углам у, приложено ускоряющее. напряжение, обеспечивающее напряженность ускоряющего 85 паля в районе щели порядка нескольких киловольт на миллиметр. Из фиг.1 видно, что при самой грубой установке рентгеновского источника рентгеновские лучи попадают на всю поверхность фотокатода, однако сквозь 40 щелевую ускоряющую диафрагму пройдет только пучок шириной ti. В отличие от прототипа не будет увеличения поперечного размера этого пучка из-за дифракции и переноса изображения в другую плоскость, 45 т.е. техническое временное разрешение улучшиться по сравнению с прототипом. Яркость изображения возрастет, так как ширина щели в ускоряющем электроде 2, которую можно выбрать равной 50-100 50 мкм в зависимости от требуемого временного разрешения, больше ширины щели в камере-обскуре.

Покажем, что.после прохождения ускоряющего промежутка электронный пучок, 55 прошедший в щель ускоряющего электрода

2, окажется повернутым как целое относительно оси РЭОП.

Рассмотрим движение электронов в ус. коряющем промежутке между фотокатодом

Ez = Е у сов у=

U„x Uo 2

- —,Ех — — E @sin y =yR yR

Отсюда получаем уравнения движения электрона в рассматриваемом конденсаторе:

° U x " Uäz

2 m><==8 2

yR2 yR (е и m — заряд и масса электрона). Для решения этих уравнений перейдем от координаты х к координате г = Ro - х (фиг.2), отсчитываемой от силовой линии, проходящей через середину щели ускоряющего электрода 2, и используем малые параметры — «1; — «1.

r . г о Ro (2) Первое неравенство выполняется в силу малой ширины щели (рассматриваются лишь электроны, которые пройдут через щель), а втрое — иэ-за малости угла у» 10

i /6.

В нулевом приближении по малым параметрам (2) уравнения движения принимают вид

Р " ч д . д,ч 2в

24 210 Ro " m (3)

Здесь введены обозначения: 1о уRo— длина дуги окружности, проходящей через середину щели, Чд - . Од — скорость е2е

ltl электрона при входе в щель.

1 и ускоряющем электродом 2, расположенными под углом у друг к другу. Поскольку ширина щели (50-100 мкм) мала по сравнению с ее расстоянием до фотокатода (1-2 мм), можно рассматривать движение электронов в конденсаторе, обкладки которого расположены под углом друг к другу; угол у выберем порядка 10о. В таком конденсаторе силовые линии являются дугами окружностей, так что проекции электрического поля равны Ея = О, E p= U /(y R), где R, рполярные координаты с началом в точке О пересечения плоскостей фотокатода и ускоряющей диафрагмы (фиг,2), 0д — потенциал ускоряющей диафрагмы.

Переходя к декартовым координатам х, z с началом в той же точке О, запишем проекции поля

1829062 е — д t2

vÐ

4 1о

15

25

Поскольку нас интересует движение пучка как целого, при решении уравнений движения (3) не будем учитывать начальных скоростей электронов. Дважды интегрируя по времени первое уравнение, получаем:

Отсюда время пролета электрона до ускоряющей диафрагмы t+ = 21О/V . Подставляя (4) во второе из уравнений (3) и интегрируя его по времени, получаем r = /4 тз. Подставляя сюда время про24!о 1 о лета тд, находим поперечную (параллельную плоскости фотокатода) скорость электрона

1о при входе в щель: гд = — @- . Поскольку

3 Ro

1о = pRo, то 1д = Чр, Полная скорость

3 электрона при этом равна Чд, так что вектор его скорости повернут на угол у /3 по отношению к нормали и катоду, т.е, на угол 2/3 у к оси РЭОП.

Все сказанное относится к каждому электрону пучка,так что на угол 2/3 у к оси

РЗОП повернет весь пучок после прохождения ускоряющей щелевой диафрагмы 2.

Чтобы направить пучок по оси РЭОП необходима дополнительная отклоняющая система 3.

Из-за конечной толщины d ускоряющей диафрагмы 2 внутри щели электроны сместятся на расстояние 2/3 у d: чтобы электроны не сели.на стенки щели, ее ширина должна быть увеличена на это расстояние по сравнению с "эффективной" шириной, выбранной из соображений светосилы и технического временного разрешения. Зто только упростит технологию изготовления ускоряющей диафрагмы.

Например, при угле у- 10 поворот луча относительно оси РЗОП составит примерно

6, 7 . Если толщина диафрагмы 2 равна 300 мкм, то Ширина щели. должна примерно на

35 мкм превышать ее эффективное значение, Если последнее выбрано равным 50100 мкм, то ширина щели должна составлять

85-135 мкм, Можно проверить, не вносит ли поворот фотокатода относительно ускоряющей диафрагмы дополнительного разброса времен пролета электронов. Для этого надо решить уравнения движения (1) в следующем (линейном) приближении по малым параметрам (2) и учесть при этом продольную и поперечную начальные скорости электрона.

8ычисления, которые мы для краткости опускаем, показывают, что поворот фотокатода не вносит дополнительных временных аберраций, т.е. не ухудшает физическое временное разрешение РЭОП.

Таким образом, данное техническое решение позволяет устранить существенные неудобства, возникающие при эксплуатации РЭОП с массивным фотокатодом, и при этом улучшить его техническое воеменное разрешение и сохранить физическое, т.е. в целом улучшить временное разрешение РЭОП, в также увеличить его светосилу.

Формула изобретения

Рентгеновский электронно-оптический преобразователь, содержащий последовательно расположенные массивный фотокатод, ускоряющий электрод, электростатическую фокусирующую систему, систему развертки изобретения, люминесцентный экран, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что с целью улучшения эксплуатационных возможностей при улучшении временного разрешения и повышении яркости изображения, массивный фотокатод расположен под углом к продольной оси рентгеновского электронно-оптического преобразователя, ускоряющий электрод выполнен в виде щелевой диафрагмы, за которой по ходу электронного луча расположена дополнительная пара электростатических отклоняющих пластин, при этом щель в ускоряющем электроде параллельна плоскости фотокатода.

1829062

Составитель Г.Фельдман

Техред М.Моргентал Корректор М.Петрова

Редактор Т.Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2477 .. Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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