Электронный умножитель

(ЭУ)

        электронное устройство для усиления потока электронов на основе вторичной электронной эмиссии (См. Вторичная электронная эмиссия). ЭУ либо входит в состав некоторых электровакуумных приборов (фотоэлектронных умножителей (См. Фотоэлектронный умножитель), электроннооптических преобразователей (См. Электроннооптический преобразователь), ряда передающих телевизионных трубок— Диссекторов, Суперортиконов и др., а также приёмно-усилительных ламп) либо используется как самостоятельный прибор — приёмник электромагнитного излучения (в диапазоне длин волн λ 0,1— 150 нм) или частиц (электронов с энергиями до нескольких десятков кэв, ионов или нейтральных частиц с энергиями до нескольких Мэв). Такие приёмники, обычно выполняемые с незащищенным (открытым) входным окном, называются ЭУ открытого типа. Их используют в установках, работающих в условиях естественного вакуума (при космических исследованиях), и в высоковакуумных измерит. устройствах (сканирующих электронных микроскопах (См. Электронный микроскоп), Манометрах, масс-спектрометрах (См. Масс-спектрометры)).

         Различают ЭУ следующих основных типов: умножительные системы на дискретных электродах — динодах: канальные ЭУ (КЭУ) на непрерывных динодах с распределённым сопротивлением; системы из множества параллельных КЭУ, выполненные на основе т. н. микроканальных плат (МКП). В 60-х гг. 20 в. разработаны вакуумно-полупроводниковые («гибридные») ЭУ, в которых используется эффект размножения электронов в электронно-дырочных переходах (См. Электронно-дырочный переход) при бомбардировке полупроводниковых кристаллов, содержащих такие переходы, электронами с энергиями, достаточными для образования в кристалле парных зарядов электрон — дырка.

         В ЭУ на дискретных. динодах (см. рис.) электроны, ускоренные и сфокусированные электростатическим (иногда магнитостатическим) полем, ударяются о поверхность динодов, вызывая вторичную электронную эмиссию (коэффициент вторичной эмиссии σ ≈ 3—30). КЭУ (см. рис.) представляют собой трубку (канал) из стекла с высоким содержанием свинца либо из керамики — прямую или изогнутую. К трубке прикладывают напряжение в несколько кв, в результате в её полости возникает электростатическое поле. Под действием этого поля попавшие в канал электроны ускоряются и, соударяясь со стенками, вызывают вторичную электронную эмиссию (σ ≈ 2). Число актов размножения вторичных электронов и общий коэффициент усиления КЭУ зависят от напряжения, длины трубки, её внутреннего диаметра (например, при длине трубки 20—75 мм, внутреннем диаметре 0,5—1,5 мм коэффициент усиления достигает 10⁵ у прямых КЭУ и 10⁷ у изогнутых). ЭУ на МКП представляет собой стеклянную пластину, пронизанную множеством (10⁴ — 10⁶) параллельных отверстий (каналов) диаметром 10—150 мкм, образующих сотовую структуру; коэффициент усиления 10⁴ — 10⁶.

         Одно из специфических требований, предъявляемых к ЭУ с открытым входом, — способность сохранять рабочие параметры при соприкосновении его эмитирующих поверхностей с воздухом. Этому способствуют защитные свойства тонкой (2,5—5 нм) окисной эмиссионной плёнки (BeO, Al₂O₃). Катод ЭУ с открытым входом (располагается во входной части) — обычно сплавной (CuBe, AgMgO). Эффективность катода оценивают числом эмиттируемых им электронов в расчёте на 100 квантов падающего электромагнитного излучения (квантовая эффективность) либо в расчёте на 1 бомбардирующую частицу (коэффициент вырывания). Квантовая эффективность для излучения с λ = 70 нм составляет около 20 (спадая до 0,1 при λ = 200 нм), для мягкого рентгеновского излучения — примерно 1—5. Коэффициент вырывания, например для катодов на основе AgMgO, растет с увеличением энергии ионов в диапазоне 2—10 кэв приблизительно от 1 до 5; при дальнейшем росте энергии наступает насыщение.

         Лит.: Тютиков А. М., Электронные умножители открытого типа, «Успехи физических наук», 1970, т. 100, в. 3; Берковский А. Г., Гаванин В. А., 3айдель И. Н., Вакуумные фотоэлектронные приборы, М., 1976.

         В. А. Гаванин.

        

        Структурные схемы фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) с линейными динодными системами: а — с корытообразными динодами; б — с жалюзийными динодами; Ф — световой поток; К — фотокатод; В — фокусирующие электроды катодной (входной) камеры; Э — диноды; А — анод; штрихпунктирными линиями изображены траектории электронов.

        

        Размножение электронов в канальном электронном умножителе: знаками + и - обозначены полярности приложенного к каналу напряжения; стрелками показаны траектории электронов.