МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ
MULTICHANNEL GAS ELECTRONIC MULTIPLIER

Изобретение относится к технике регистрации ядерного излучения, а именно к регистрации с использованием газовых координатно-чувствительных детекторов, работающих в лавинном режиме, и может быть использовано в ядерной физике, экспериментальной физике элементарных частиц, в промышленности при дефектоскопии изделий, в медицине: в рентгеноскопии, в позитронной томографии и исследованиях с мечеными атомами.
Известен газовый микроколодезный электронный умножитель [Лелюхин А.С. и др. Газовый микроколодезный электронный умножитель. Патент РФ №2246739 (16.06.2003), G01T 1/28], содержащий размещенные в газовой среде одинаковые металлические тонкие плоские параллельные электроды, выполненные с зазором между ними, заполненным диэлектриком, и с отверстиями в электродах и диэлектрике, расположенными по всей площади каждого электрода, причем каждое отверстие одного электрода размещено напротив соответствующего отверстия другого электрода. Недостатком такого электронного умножителя является его ненадежность в эксплуатации из-за случайных пробоев по поверхности диэлектрика в отверстиях, приводящих к выходу умножителя из строя.
Наиболее близким техническим решением является многоканальный газовый электронный умножитель [А.Ф.Бузулуцков. Физические основы работы каскадных газовых электронных умножителей (обзор). Вестник НГУ. Серия: Физика. 2008. Том 3, вып.3, с.60], содержащий, по крайней мере, два одинаковых металлических тонких плоских параллельных электрода, выполненных с зазором между ними и с отверстиями, расположенными равномерно по всей площади каждого электрода и имеющими размеры и шаг между ними, близкие к величине зазора между электродами, причем каждое отверстие одного электрода размещено напротив соответствующего отверстия другого электрода. Зазор между электродами заполнен диэлектриком с отверстиями, совпадающими с отверстиями в электродах. Недостатками такого электронного умножителя являются ненадежность умножителя в эксплуатации из-за случайных пробоев по поверхности диэлектрика в отверстиях, приводящих к выходу умножителя из строя, а также натекание электрических зарядов на стенки отверстий, приводящих к выходу умножителя из строя, а также натекание электрических зарядов на стенки отверстий умножителя, что приводит к его нестабильной работе вследствие изменения величины напряженности электрического поля в отверстиях.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в упрощении изготовления электродов умножителя и повышении надежности и стабильности в работе умножителя путем использования проволочных электродов и заполнения промежутка между электродами газом.
Технический результат достигается тем, что в многоканальном газовом электронном умножителе, содержащем два одинаковых металлических тонких плоских параллельных электрода, выполненных с зазором между ними и с отверстиями, расположенными равномерно по всей площади каждого электрода и имеющими размеры и шаг между ними, близкие к величине зазора между электродами, причем каждое отверстие одного электрода размещено напротив соответствующего отверстия другого электрода, в отличие от прототипа зазор между электродами заполнен газом, а электроды выполнены из тонких металлических нитей в виде двух слоев полос, с шириной и расстоянием между полосами в каждом слое, близкими к величине зазора между электродами, причем полосы одного слоя в электроде расположены ортогонально полосам другого слоя и вместе образуют прямоугольные отверстия.
Сущность заявленного многоканального газового электронного умножителя поясняется прилагаемыми чертежами.
На Фиг.1 показана камера для испытаний многоканального газового электронного умножителя,
где 1 - камера с газовой средой;
2 - анод камеры;
3 - катод камеры;
4 - электроды с отверстиями многоканального газового электронного умножителя;
5 - резистивный делитель.
На Фиг.2. показана структура электродов многоканального газового электронного умножителя: а - вид спереди, б - вид сверху,
где 6 - тонкие металлические нити,
7 - полосы из тонких металлических нитей.
Возможность осуществления заявленного многоканального газового электронного умножителя подтверждается следующими пояснениями и примером.
Многоканальный газовый электронный умножитель содержит размещенные (фиг.1) в камере 1 с газовой средой анод 2, катод 3 и, по крайней мере, два одинаковых металлических тонких плоских параллельных электрода 4, выполненных с зазором между ними. Электроды 4 выполнены (фиг.2) из тонких металлических нитей 6 в виде двух слоев полос 7, с шириной и расстоянием между полосами в каждом слое, близкими к величине зазора между электродами 4, причем полосы одного слоя в электроде расположены ортогонально полосам другого слоя и вместе образуют прямоугольные отверстия.
Устройство работает следующим образом.
-1
Электроды 4 располагаются в камере 1 в среде неэлектроотрицательного газа между катодом 3 и анодом 2 камеры. Между катодом 3 камеры и первым электродом 4 и между анодом 2 камеры и вторым электродом 4, а также между электродами 4 умножителя приложены разности потенциалов, определяемые резистивным делителем 5. Зазор между электродами 4 и катодом 3 камеры является ионизационным, в котором происходит взаимодействие регистрируемого потока частиц с образованием электронов ионизации. Электроны из ионизационного зазора собираются электрическим полем в отверстия электродов 4 умножителя (каналы умножения), где под воздействием электрического поля с напряженностью 10-30 кВ·см происходит их лавинное размножение с коэффициентом 100-1000, с последующей их транспортировкой через индукционный зазор между электродами 4 и анодом 2 на регистрирующий анод 2 камеры 1, который имеет ячеистую структуру для получения разрешения по x, у - координатам.
Газовое умножение происходит в зазоре между прямоугольными отверстиями в электродах 4, формируя каналы умножения. Однако случайные пробои в газе между электродами не приводят к выходу умножителя из строя, поскольку ионы, образующиеся в газе при пробое, быстро удаляются из зазора электрическим полем. Кроме того, в таком умножителе отсутствует накопление статических электрических зарядов между электродами, поскольку в зазоре отсутствует диэлектрический материал.
2
Отверстия в электродах имеют размеры 0,5×0,5 мм, с шагом 1,5 мм в направлениях х, у по плоскости электродов. Зазор между электродами равен 1 мм. Диаметр рабочей области электродов составляет 20 мм.
226
63
При заполнении камеры, содержащей многоканальный газовый электронный умножитель, газом неон под атмосферным давлением, при облучении ионизационного объема камеры α-частицами с энергией 5 МэВ (Ra) был получен максимальный коэффициент пропорционального умножения, равный 300. При увеличении перепада напряжения, подаваемого на умножитель, до величины выше пробойного напряжения возникали серии пробоев по газу между электродами. Однако при последующем уменьшении напряжения ниже пробойного напряжения - пробои исчезали, и умножитель входил в нормальный режим работы. При облучении ионизационного объема β-частицами Ni максимальный коэффициент пропорционального умножения составил величину 10000.
При установлении определенной величины перепада напряжения на умножителе он стабильно обеспечивал коэффициент умножения, соответствующий калибровочной кривой для данного умножителя.
Таким образом, данный пример реализации устройства показывает, что предлагаемый многоканальный газовый электронный умножитель отличается большей надежностью и стабильностью в работе по сравнению с прототипом.
Многоканальный газовый электронный умножитель может найти применение в экспериментальной физике элементарных частиц, в промышленности при дефектоскопии изделий, в медицине: в рентгеноскопии, в позитронной томографии и исследованиях с мечеными атомами.