Способ изготовления спектрометрического фотоэлектронного умножителя

 

Использование: в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ), входящих в состав спектрометрической и дозиметрической аппаратуры. Сущность изобретения: способ изготовления спектрометрического ФЭУ включает предварительную обработку эмиттеров вне ФЭУ сурьмой, монтаж эмиттеров в парах цезия, отгонку избытков цезия и формирование фотокатода. В качестве материала эмиттеров используют алюмомагниевый сплав типа АМ16-1. Предварительная активировка эмиттеров, помещенных в отдельную колбу, заключается в прогреве эмиттеров при температуре 380 ± 20^oС в течение 1,5 - 2 ч при давлении не более 1 · 10^-4 Па, охлаждении, прогреве эмиттеров в парах цезия при указанном давлении при температуре 240 ± 10^oС в течение 15 мин, нагреве колбы с эмиттерами до 420 ± 20^oС с последующим окислением эмиттеров кислородом в два цикла, по 15 мин каждый с интервалом 15 мин при давлении 13 Па, охлаждении до комнатной температуры, извлечении эмиттеров из колбы и напылении сурьмы на первые семь-восемь эмиттеров при давлении не более 7 · 10^-3 Па. После монтажа всех эмиттеров в ФЭУ последний прогревают при температуре не выше 250^oС и давлении (1,3 - 2,6) · 10^-4 Па в течение 2 - 2,5 ч, затем при этой температуре осуществляют окончательную активировку эмиттеров в парах цезия до достижения токов утечки не менее 1мА.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), входящих в состав спектрометрической и дозиметрической аппаратуры.

Одним из основных параметров спектрометрических ФЭУ является выходной анодный ток, который должен быть стабильным при длительной непрерывной эксплуатации ФЭУ.

Известен способ изготовления спектрометрического ФЭУ [1] заключающийся в активировке умножительной системы путем ее окисления в тлеющем разряде в кислороде при комнатной температуре и формировании фотокатода.

ФЭУ, изготовленные указанным способом, имеют при удовлетворительной стабильности низкий выходной анодный ток.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления ФЭУ-85 [2] который заключается в следующем. На рабочую поверхность всех одиннадцати эмиттеров умножительной системы, изготовленных из никеля, напыляют слой сурьмы, после чего умножительную систему монтируют в колбе ФЭУ и осуществляют активировку путем нагонки паров цезия при Т 200-220^оС до наличия в колбе свободного цезия, осуществляют отгонку избытков цезия, а затем формируют полупрозрачный сурьмяно-цезиевый фотокатод. ФЭУ, изготовленные данным способом, имеют более высокие выходные параметры, в том числе и анодный ток, чем ФЭУ, изготовленные способом-аналогом.

Недостатком прототипа является низкий выходной анодный ток ФЭУ-85, изготовленного данным способом, не превышающий 0,1 мкА при непрерывной эксплуатации ФЭУ в течение 6 ч. Причиной невозможности повышения анодного тока является нестабильная работа сурьмяно-цезиевых эмиттеров, особенно последних двух-трех каскадов, с которых снимаются наибольшие токи, в течение длительного времени.

Целью изобретения является увеличение выходного анодного тока ФЭУ и его стабильности при непрерывной эксплуатации ФЭУ.

Цель достигается тем, что по способу изготовления спектрометрического ФЭУ, включающему предварительную обработку эмиттеров вне ФЭУ сурьмой, монтаж эмиттеров в ФЭУ, активировку эмиттеров в парах цезия, отгонку избытков цезия и формирование фотокатода, в качестве материала эмиттеров выбирают алюмомагниевый сплав, осуществляют предварительную обработку эмиттеров, помещенных в отдельную колбу, заключающуюся в прогреве эмиттеров при температуре 380 ± 20^оС в течение 1,5-2 ч при давлении не хуже 1 ˙ 10^-6 мм рт.ст. охлаждении, прогреве эмиттеров в парах цезия при указанном давлении при температуре 240 ± 10^оС в течение 15 мин, нагреве колбы с эмиттерами до 420 ± 20^оС с последующим окислением эмиттеров кислородом в два цикла по 15 мин каждый с интервалом 15 мин при давлении 0,1 мм рт.ст. охлаждении до комнатной температуры, извлечение эмиттеров из колбы и напыление сурьмы на первые семь-восемь эмиттеров, после монтажа всех эмиттеров в ФЭУ последний прогревают при температуре не выше 250^оС и давлении (1-2) ˙ 10⁶ мм рт.ст. в течение 2-2,5 ч, затем при указанной температуре осуществляют окончательную активировку эмиттеров в парах цезия до достижения токов утечки не менее 1 мА.

Неизвестны технические решения, имеющие признаки, сходные с отличительными, что подтверждает существенность отличий.

Заявляемый способ изготовления спектрометрического ФЭУ включает следующие операции: изготовление эмиттеров из алюмомагниевого сплава типа АМ16-1, предварительную обработку эмиттеров вне ФЭУ, монтаж обработанных эмиттеров в ФЭУ, прогрев ФЭУ, окончательную активировку эмиттеров в парах цезия, отгонку избытков цезия, формирование сурьмяно-цезиевого фотокатода.

Предварительная обработка эмиттеров, помещенных в отдельную колбу (вне ФЭУ), заключается в их прогреве при температуре 380 ± 20^оС в течение 1,5-2 ч при давлении не хуже 1 ˙ 10^-6 мм рт.ст. остывании до температуры порядка 100^оС, последующем прогреве эмиттеров в парах цезия при температуре 240 ± 10^оС в течение 15 мин, при давлении не хуже 1 ˙ 10^-6 мм рт.ст. нагреве колбы с эмиттерами до температуры 420 ± 20^оС с последующим окислением эмиттеров кислородом в два цикла по 15 мин каждый с интервалом между циклами 15 мин при давлении 0,1 мм рт.ст. охлаждении до комнатной температуры, извлечении эмиттеров из колбы и напылении сурьмы на первые семь-восемь эмиттеров при давлении не хуже 5 ˙ 10^-5 мм рт.ст.

После монтажа обработанных эмиттеров в ФЭУ последний прогревают при температуре не выше 250^оС и давлении (1-2) ˙ 10^-6 мм рт.ст. в течение 2-2,5 ч. В процессе предварительной обработки происходит обезгаживание умножительной системы. Обезгаживание возможно при комнатной температуре, но длительное, более 10 сут, время либо при высокой температуре, но за меньшее время. В заявляемом способе оптимальная температура обезгаживания порядка 400^оС. Это объясняется тем, что в эмиттерах, изготовленных из алюмомагниевого сплава, при данной температуре происходит диффундирование магния на поверхность эмиттера, что в дальнейшем приводит к возникновению на поверхности эмиттера активной пленки, следствием чего является увеличение коэффициента вторичной эмиссии и усиления ФЭУ.

Окончательная активировка эмиттеров осуществляется в составе ФЭУ в парах цезия при температуре 240 ± 10^оС до достижения токов утечки не менее 1 мА. При такой температуре в системе создается оптимальное давление паров цезия, необходимое для качественной обработки поверхности эмиттирующего слоя.

Способ изготовления ФЭУ заключается в следующем. Умножительную систему ФЭУ, состоящую из десяти эмиттеров, изготовленных из алюмомагниевого сплава АМ16-1, крепят на технологических пластинах, помещают в колбу, напаивают ее на вилку откачного поста и прогревают при температуре 400^оС в течение 1,5 ч при давлении не хуже 1 ˙ 10^-6 мм рт.ст. после чего температуру снижают до 240^оС и при этой температуре колбу со сборкой эмиттеров прогревают в течение 15 мин в парах цезия. Затем колбу со сборкой эмиттеров прогревают до температуры 420^оС и выполняют два цикла окисления эмиттеров кислородом при давлении 0,1 мм рт.ст. Каждый цикл длится 15 мин и интервал между циклами 15 мин. После остывания колбы до комнатной температуры эмиттеры извлекают из колбы и на первые семь-восемь эмиттеров на установке вакуумного напыления напыляют слой сурьмы при давлении не хуже 5 ˙ 10^-5 мм рт.ст. Обработанные эмиттеры монтируют в ФЭУ. ФЭУ напаивают на вилку высоковакуумного откачного поста и по достижении давления 1 ˙ 10^-6 мм рт.ст. прогревают при температуре не выше 250^оС в течение 2 ч. Такая температура прогрева обусловлена наличием на эмиттерах слоя сурьмы, которая при более высокой температуре начинает распыляться. После прогрева ФЭУ осуществляют окончательную активировку эмиттеров в парах цезия при температуре 240^оС до достижения токов утечки порядка 1 мА. После отгонки избытков цезия осуществляют формирование сурьмяно-цезиевого фотокатода известным способом.

Режимы выполнения операций способа были подобраны экспериментально.

Так как спектрометрический ФЭУ работает при довольно низких рабочих напряжениях (1000 В) при анодной чувствительности 30 А/лм, то эмиттеры должны иметь достаточно высокий коэффициент вторичной эмиссии. Этому требованию удовлетворяют сурьмяно-цезиевые эмиттеры, но они не могут длительное время стабильно работать при больших выходных анодных токах вследствие их быстрого утомления, вызывающего значительное снижение анодной чувствительности. Цезированные и окисленные эмиттеры, изготовленные из сплава АМ16-1, имеют при низких рабочих напряжениях коэффициент вторичной эмиссии более низкий, но способны длительное время стабильно работать при больших выходных токах. В ФЭУ, изготовленных заявляемым способом, из десяти эмиттеров умножительной системы первые семь-восемь эмиттеров цезированы, окислены и обработаны сурьмой, а три последних эмиттера цезированы и окислены. Это позволило получить ФЭУ с выходным анодным током 5 мкА, стабильным при непрерывной работе ФЭУ в течение 8 ч. Причем такой выходной ток был получен в ФЭУ, имеющем умножительную систему из десяти эмиттеров вместо одиннадцати, имеющихся у ФЭУ-85. Получаемый от использования изобретения эффект был подтвержден экспериментальным путем.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволило изготовить ФЭУ, выходной ток которого в сравнении с ФЭУ-85 увеличен в 50 раз и сохраняется стабильным при непрерывной работе ФЭУ в течение 8 ч.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ФОТОЭЛЕКТРОННОГО УМНОЖИТЕЛЯ, включающий обработку эмиттеров сурьмой вне колбы фотоэлектронного умножителя, монтаж эмиттеров в колбу фотоэлектронного умножителя, активировку эмиттеров в парах цезия, отгонку избытков цезия и формирование фотокатода, отличающийся тем, что, с целью увеличения выходного анодного тока фотоэлектронного умножителя и его стабильности при непрерывной эксплуатации, в качестве материала эмиттеров используют алюмомагниевый сплав, дополнительно осуществляют предварительную обработку эмиттеров в отдельной колбе, включающую прогрев эмиттеров при (380 ± 20)^oС в течение 1,5 - 2,0 ч при давлении не более 1 · 10^-4 Па, охлаждение, прогрев эмиттеров в парах цезия при указанном давлении при (240 ± 10)^oС в течение 15 мин, нагрев колбы с эмиттерами до (420 ± 20)^oС с последующим окислением эмиттеров кислородом в два цикла по 15 мин каждый с интервалом 15 мин при давлении 13 Па и охлаждение до комнатной температуры, затем извлекают эмиттеры из колбы и обработку сурьмой проводят для первых семи-восьми эмиттеров путем напыления сурьмы при давлении не более 7 · 10^-3 Па, а перед активировкой эмиттеров в парах цезия фотоэлектронный умножитель прогревают при температуре не выше 250^oС и давлении (1,2 - 2,6) · 10^-4 Па в течение 2,0 - 2,5 ч и активировку эмиттеров в парах цезия осуществляют при этой же температуре до достижения токов утечки не менее 1 мА.