Capítulo del detector de centelleo (8)_Introducción original a los tipos de tubos fotomultiplicadores
2019-02-05 19:45:15
Hermano Xiao Qingcai
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Existen muchos tipos de tubos fotomultiplicadores Según la disposición de las etapas de multiplicación y los diferentes métodos de trabajo, los tubos fotomultiplicadores pueden. Se pueden dividir en las siguientes categorías: Tipos:
1. Tipo de enfoque lineal
Las etapas de multiplicación tienen forma de mosaico y están dispuestas en línea recta, con campos eléctricos de enfoque entre cada etapa. Se caracteriza por una pequeña dispersión del tiempo de tránsito y una buena resolución de tiempo y energía. Como se muestra en la siguiente figura:
2. Tipo de enfoque de anillo
Las etapas multiplicadoras también tienen forma de mosaico, pero están dispuestas en forma de anillo, con fuertes electrodos de enfoque entre cada etapa. . Debido a la disposición compacta, la distancia de tránsito de los electrones es corta, por lo que el tiempo de tránsito es pequeño. Como se muestra en la siguiente figura:
3. Tipo ciego sin enfoque
La etapa de multiplicación se compone de láminas estrechas y largas dispuestas en forma de red protectora. Se instala delante de la etapa de multiplicación para evitar que los electrones regresen a la emisión en el nivel de duplicación anterior de electrones. Como no hay efecto de enfoque entre etapas, el tiempo de tránsito de los electrones y su dispersión son grandes. Sus ventajas son una pequeña corriente oscura, una gran corriente de salida, insensibilidad a los campos magnéticos externos y una buena resolución energética.
4. Tipo no enfocado tipo caja
La etapa de multiplicación es como una caja. Sus características de tiempo y energía son pobres, pero su estructura es simple y fácil de fabricar. Se utiliza principalmente para mediciones de conteo generales.
5. Placa de microcanal (MCP)
Los multiplicadores de electrones de canal se dividen en multiplicadores de electrones de un solo canal y multiplicadores de electrones multicanal, este último también se denomina placa de microcanal (MCP). Excepto por la diferencia en el método de fabricación entre MCP y el multiplicador de electrones de un solo canal debido a la gran cantidad de canales, los principios de funcionamiento de MCP y MCP son similares.
Un multiplicador de electrones de un solo canal está compuesto por un tubo hueco cuya longitud es mucho mayor que su diámetro. La resistencia de la superficie interna del canal es de aproximadamente 109 ~ 1011 Ω y el coeficiente de emisión de electrones secundarios δ. ≥3. Cuando se aplica alto voltaje a ambos extremos, forme un nivel de multiplicación continuo. Las partículas cargadas o la radiación ingresan al extremo de bajo potencial del multiplicador, chocan con la superficie interna del tubo y liberan electrones secundarios. Este proceso de multiplicación se repite a lo largo de todo el canal y finalmente sale un haz de electrones muy multiplicado desde el alto potencial. . Como se muestra en la siguiente figura:
MCP es un multiplicador de electrones multicanal desarrollado sobre la base de un multiplicador de electrones de un solo canal. Dado que la ganancia de un multiplicador de electrones de canal solo está relacionada con la relación entre la longitud del canal y el diámetro, el multiplicador se puede reducir en la medida que el proceso pueda lograrlo, lo que se denomina microcanal. Una gran cantidad de microcanales se combinan para formar una placa de microcanales. Los diámetros típicos de microcanales pueden ser de hasta 15 micrómetros. Como se muestra en la siguiente figura, su estructura está simplificada:
Las placas de microcanal tienen las características de estructura simple, tamaño pequeño, alta ganancia, respuesta temporal rápida y alta resolución espacial. Tienen funciones de conversión y amplificación. por lo que son ampliamente utilizados.
Se puede fabricar un fotomultiplicador añadiendo una placa de fotocátodo delante de la placa de microcanal. Dichos fotomultiplicadores no ofrecen ninguna mejora en la ganancia o la resolución de energía en comparación con los tubos fotomultiplicadores con etapas de multiplicación discretas. Sin embargo, debido a que la trayectoria de los electrones en la placa de microcanales es mucho más corta que la de un tubo fotomultiplicador ordinario y la intensidad del campo es mucho mayor, su rendimiento temporal es muy bueno. Otra ventaja importante es que es insensible a los campos magnéticos circundantes. La siguiente figura muestra el diagrama de diseño del circuito externo:
6. Tipo de malla fina
El tubo fotomultiplicador de tipo malla fina tiene muy buena uniformidad y el espacio entre las etapas multiplicadoras es muy corto. que puede acortar todo el tubo. La longitud es paralela al campo eléctrico y se utiliza el ánodo de la malla de alambre transversal, que tiene la función de detección de posición. Los resultados se muestran en la siguiente figura:
Este tipo de tubo generalmente utiliza el método de distribución de carga para calcular el centro incidente de la partícula para medir la posición. Se utiliza principalmente para imágenes de centelleo combinado con centelleador, como γ. cámaras para diagnóstico de medicina nuclear, tomografía de positrones (PET), etc. El diagrama de estructura del ánodo de malla de alambre transversal para extraer la señal para el cálculo de posición se muestra a continuación:
7. Dispositivos optoelectrónicos semiconductores
1) El fotodiodo (PD) se utiliza comúnmente como semiconductor optoelectrónico. Los dispositivos generalmente utilizan materiales de silicona.
2) El fotodiodo de avalancha (APD) tiene un voltaje de polarización más alto, y los portadores se aceleran en el fuerte campo eléctrico y chocan con los átomos dentro del semiconductor, eliminando nuevos huecos de electrones. Sí, el electrón. Se produce un efecto de avalancha que provoca la amplificación de la señal.
3) El dispositivo de carga acoplada (CCD) integra muchas unidades MOS en el chip de silicio y tiene una excelente resolución posicional, pero la sensibilidad a la luz es baja y generalmente debe usarse junto con un intensificador de luz.
4) El fotomultiplicador de silicio (SiPM) es un nuevo tipo de fotodetector de silicio de alta sensibilidad que apareció a finales de la década de 1990. Este detector fue desarrollado principalmente por Geiger. En comparación con los tubos fotomultiplicadores tradicionales, la estructura de matriz APD en el. El modo tiene muchas ventajas, como alta sensibilidad, gran ganancia (superior a 106), buena consistencia, tamaño pequeño, inmunidad a campos electromagnéticos y bajo voltaje de funcionamiento.
Referencias:
[1] Métodos experimentales de física nuclear
[2] Tecnología de detección de partículas y adquisición de datos
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