ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2004, № 6, с. 69-76
ОБЩАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА
УДК 621.383.292
послеимпульсы ионнои обратной связи в фотоумножителях фэу-130 и хр2020
© 2004 г. В. Б. Бруданин, В. А. Морозов, Н. В. Морозова
Объединенный институт ядерных исследований Россия, 141980, Дубна Московской обл., ул. Жолио-Кюри, 6 Поступила в редакцию 02.02.2004 г. После доработки 07.04.2004 г.
Проведено изучение интенсивностей и спектров временных распределений послеимпульсов от ионов обратной связи в зависимости от разности потенциалов между фотокатодом и первыми динода-ми ФЭУ-130 с целью использования фотоумножителей этого типа в автокорреляционных спектрометрах задержанных совпадений. Установлено существенное превышение интенсивности и амплитуд послеимпульсов ФЭУ-130 по сравнению с ХР2020, обычно применяемым в спектрометрах задержанных совпадений.
Исследование интенсивности и временного распределения послеимпульсов (п.и.), обусловленных ионной обратной связью, играет существенную роль при подборе фотоумножителей для работы в автокорреляционных спектрометрах задержанных совпадений [1] в случае необходимости регистрации низкоэнергетического излучения на фоне излучения с высокой энергией. Данные исследования были проведены с целью получения амплитудно-временных характеристик п.и. ФЭУ-130. Для оценки возможности применения ФЭУ-130 в автокорреляционных спектрометрах его характеристики сравнивались с характеристиками временного фотоумножителя ХР2020, успешно используемого в автокорреляционных спектрометрах [2].
Конструктивные особенности ФЭУ-130 и ХР2020, которые могут оказать существенное влияние на процесс образования и интенсивность п.и., сводятся к следующим: диаметры фотокатодов 25 и 44 мм соответственно, материал первого динода в ФЭУ-130 - ваР, остальных - СиЛ1М§, в ХР2020 все диноды из СиВе. Общим для обоих ф.э.у. является материал многощелочного фотокатода - БЬКСв и число динодов - 12. Следует отметить также, что ФЭУ-130 не имеет во входной камере никаких фокусирующих элементов, и фотоэлектроны с фотокатода после ускорения попадают прямо на первый динод. Фотоумножитель ХР2020 в отличие от ФЭУ-130 имеет три фокусирующих электрода - две сетки и ускоряющий электрод во входной камере.
Цель работы - изучение влияния режима питания ФЭУ-130 на процесс образования и интенсивность п.и. и подбор таких потенциалов между фотокатодом, первым и вторым динодами, чтобы интенсивность и амплитуда п.и. уменьшились по
сравнению с таковыми основных импульсов (о.и.). Интерес к изучению подобных характеристик ФЭУ-130 обусловлен тем, что первый динод ф.э.у. имеет ваР-покрытие, обладающее повышенным коэффициентом вторичной эмиссии электронов и обеспечивающее одноэлектронный режим регистрации фотоэлектронов. Известно [3], что применение ОаЛвР-фотокатода в ф.э.у. Я7110и-40 привело к существенному снижению интенсивности п.и. в этом ф.э.у. по сравнению с однотипным Я7110И-07 с многощелочным фотокатодом. Поэтому изучение влияния первого динода ФЭУ-130 на процесс образования п.и. представляет вполне закономерный интерес.
В измерениях п.и. использовался автокорреляционный спектрометр трехмерных задержанных Е-Т-Е-совпадений [4]. Фотоумножитель освещался импульсами наносекундной длительности от светодиода, излучающего в красной области спектра. На рис. 1 приведена схема делителя ф.э.у., соответствующая паспортным данным. Влияние разности потенциалов на электродах ф.э.у. на характеристики п.и. исследовалось при неизменном токе через делитель ф.э.у. в трех режимах измерений:
рН
Н ¿1 ¿2
¿,2 Ь
-щь
-си-
I
Яа
Я1 Я2
-СИЯ
13
-V
Рис. 1. Схема делителя ФЭУ-130. = 5.2Л0; Л0 = Л2,
а
Число отсчетов 105
104
103
102
101
100
500
1000
1500 t, нс
Рис. 2. Спектры временных распределений п.и. ФЭУ-130 при различных потенциалах Урь-Сц'- 1 3 - 640 В (Уд/и = 0.05).
180 B; 2 - 520 B;
1) варьировалось значение сопротивления R1 и, соответственно, разность потенциалов Vph-d1;
2) варьировалось значение сопротивления R2 и, соответственно, разность потенциалов Vd1-d2 и
3) исследовалось влияние вариации отношения Vph-d1/Vd1-d2 на амплитуду выходного импульса и интенсивность п.и. при замене сопротивлений R1 и R2 потенциометром, сопротивление которого соответствовало паспортному значению RHOT = R1 + R2.
На рис. 2 приведены спектры временных распределений п.и. при различных потенциалах Vph-d1, устанавливаемых путем изменения значения R1, и при сохранении одинаковой освещенности фотокатода в разных сериях измерений. Поддерживалось также постоянное соотношение VJU = 0.05 = const, где Уд - порог дискриминатора, а U - амплитуда о.и. на выходе ф.э.у. Сопротивления делителя от R2 до анода соответствовали паспортным данным. Разность потенциалов Vph-d1 = 640 В (кривая 3) соответствует паспортному значению при напряжении на ф.э.у. V = 2000 В.
Время набора статистики в разных сериях измерений было одинаково. Во всех сериях измерений анализировались интенсивности п.и. ^пи/^ген (NreH - число импульсов генератора за фиксиро-
ванное время, поступающих на фотодиод; при этом анализируется, сколько п.и. ф.э.у. возникло за то же время по отношению к числу импульсов от генератора), задержка которых после прохождения основного сигнала была >70 нс. По мере роста разности потенциалов Урк-с11 монотонно возрастают и амплитуды о.и., и интенсивности п.и. -рис. 3 а. При возрастании Урк-с11 наблюдается смещение пиков временного распределения п.и. в область меньших задержек. Это, очевидно, объясняется тем, что расширяется область сбора ионов и уменьшается время их дрейфа к фотокатоду.
Изменение разности потенциалов между первым и вторым динодами Уа1-а2 от малого напряжения (50 В) до стандартного (115 В) и до более высокого (215 В) при заданном токе через делитель ф.э.у. не приводит к качественному изменению вида временных спектров, рассмотренных ранее -рис. 2, т.е. можно считать, что процесс образования ионов обратной связи происходит как в промежутке фотокатод-первый динод, так и в промежутке первый динод-второй динод. На рис. 36 представлен график изменения интенсивностей п.и. и амплитуд о.и. от разности потенциалов между первым и вторым динодами УЛ1-Л2 (значе-
0
ПОСЛЕИМПУЛЬСЫ ионнои обратной связи
71
и, В; Мпм/Мг( 100
10-
(а)
450 500 550
600
650
700
и, В; Мпм/Мр 0.7
0.6
750
VpН-d1, В
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
(б)
80
120
160
200 240
Vd1-d2, В
8 10
VpН-d1/ Vd1-d2
Рис. 3. Зависимость интенсивностей п.и. ^пи/^ген и амплитуд о.и. V в ФЭУ-130 от: а - разности потенциалов ; б - разности потенциалов ; в - отношения потенциалов Урн-й1/Уй1-й2 (V = 1800 В, Уд/и = 0.025).
0
2
4
6
ния сопротивлений делителя ф.э.у., кроме Я2, паспортные).
Результаты третьей серии измерений, в которой сопротивления Я1 + Я2 были заменены потенциометром, приведены на рис. 3в. Они кардинально отличаются от характеристик, приведенных на рис. 3а и рис. 36. Вместо монотонного роста V при увеличении разности потенциалов Урк-а1 наблюдается экстремальное значение V при УрН-а1/Уа1-а2 ~ 1.3, в то время как при паспортном режиме регистрации
излучения (паспортное значение равняется 5.2) амплитуда основного импульса значительно понижается. Ход изменения интенсивности п.и. подобен изменению V.
Как сказывается такое перераспределение потенциалов в ф.э.у. при измерениях времени жизни низкоэнергетических состояний, видно на примере определения времени жизни состояния 59.5 кэВ в 237Кр, возбуждаемого при распаде 241Лт (рис. 4). В этой серии измерений использовался интег-
Число отсчетов 105
104
103
102
101
100
500
1000
1500 г, нс
Рис. 4. Измерение времени жизни возбужденного состояния 59.5 кэВ в 2Кр при Урь-й1/Уй1-й2, равном 1.3 (1) и 5.2 (2) (ФЭУ-130, У = 1950 В, Уд/и = 0.025).
N N 10°'
10-
10-
1850
1800
1750
V=1600 В
0.4
0.8
1.2
и, В
Рис. 5. Интенсивности п.и. в ФЭУ-130 в зависимости от и при различных У (Уд/и = 0.025).
и* В 600
500
400
300
200
100
10 20 30 40 50 60 70 80
и, В
Рис. 6. Двумерный спектр задержанных совпадений о.и. и п.и. (ФЭУ-130). Сигнал и ослаблен в 10 раз по сравнению с ил.
0
0
ПОСЛЕИМПУЛЬСЫ ионной обратной связи
73
Число отсчетов 105 Р
104 г
103 г
102 г
101
100
-1-1-1-г
24
г, мкс
10
2
101
100
500
1000
г, нс
Рис. 7. Вид временных распределений п.и. в микросекундном диапазоне для ФЭУ-130 (1) и для ХР2020 (V = 0.68 В, Уд/и = 0.05) (2), в наносекундном диапазоне для ХР2020 (У = 1800 В, У^ = 0.025) (3).
0
0
N /И 10-1 г
10-
10-
1650 1700 1750 1800
V=1600 в
0.4
0.8
1.2
и, в
Рис. 8. Интенсивности п.и. ХР2020 в зависимости от и при различных V (Уд/и = 0.025).
и, В; Ип.и./N 0.6
190
Vph-g1, В
Рис. 9. Зависимость интенсивности п.и. и амплитуд о.и. ХР2020 от разности потенциалов Vph-dl (V = 1800 В, Vд/U = 0.05).
0
ральный дискриминатор, а время набора статистики, соответствующей кривой 2, было в два раза больше, чем для кривой 1. Видно, что даже при настройке делителя ф.э.у. на получение максимальной величины о.и. исключить п.и. не представляется возможным ввиду их большой амплитуды. В данном случае энергетический эквивалент амплитуд этих импульсов близок к энергии конверсионных линий ¿-серии перехода 59.5 кэВ 237Кр (Еь ~ 45 кэВ). Уменьшить интенсивность зарегистрированных п.и. удается только при значительном понижении разности потенциалов Vph_d1 или Vd1_d2 или при повышении порога дискриминатора. Но все эти меры приводят к снижению эффективности регистрации полезных задержанных совпадений, обусловленных регистрацией низкоэнергетического излучения.
На рис. 5 представлены зависимости интенсив-ностей п.и. от амплитуд о.и., т.е. от уровня освещенности фотокатода при постоянном отношении Vд/U и при определенных значениях напряжения на ф.э.у. Как было установлено ранее [2], при заданном напряжении на ф.э.у. для разных амплитуд о.и. максимальные амплитуды п.и. постоянны, что подтверждается данными, представленными на рис. 6, где на двумерном спектре приведены распределения амплитуд о.и. - и и п.и. - ил. С выхода ф.э.у. последовательно снимались о.и. амплитудой 0.3, 0.5, 0.7 и 0.9 В (ось X). Амплитуды о.и. п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.