核輻射監(jiān)測(cè)關(guān)鍵器件-光電倍增管
光電倍增管原理
光電倍增管由入射窗、光電陰極、電子光學(xué)輸入系統(tǒng)、倍增系統(tǒng)、陽極等部分組成。它的工作原理是建立在光電效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)的理論基礎(chǔ)上。它的工作過程是光子入射到光陰極上產(chǎn)生光電子，光電子通過電子光學(xué)系統(tǒng)（聚焦系統(tǒng)），進(jìn)入倍增系統(tǒng)，電子得到倍增，通過陽極把電子收集起來，形成陽極電流或電壓輸出。光電倍增管典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。
光電倍增管結(jié)構(gòu)
光電倍增管通常分為端窗式（Head-on）和側(cè)窗式（ Side-on ）兩大類型，如下圖所示。端窗式光電倍增管是通過管殼頂部接受入射光，其對(duì)應(yīng)的陰極結(jié)構(gòu)形式通常為透射式（半透明）光陰極，在石油測(cè)井中通常使用這種類型光電倍增管。側(cè)窗式光電倍增管是通過管殼側(cè)面接受入射光，其對(duì)應(yīng)的陰極結(jié)構(gòu)形式通常是反射式（不透明）光陰極。 在石油測(cè)井中比較感興趣的是來自地層的γ射線，最不希望記錄的是套管、水泥環(huán)、井內(nèi)液體物質(zhì)產(chǎn)生的γ射線。為了減少這些物質(zhì)產(chǎn)生的γ射線影響。可以做個(gè)試驗(yàn)，看看側(cè)窗式光電倍增管在石油測(cè)井中（雙探測(cè)器核測(cè)井儀器—短探測(cè)器—側(cè)窗式光電倍增管）能否應(yīng)用。光電倍增管的組成
1、入射光窗
在光陰極的前面，是一層透明的玻璃。入射光窗一般應(yīng)用硼硅玻璃、透紫玻璃、合成石英玻璃、氟化鎂晶體、藍(lán)寶石等做成。每種玻璃有其對(duì)光子波長的透光率。所以要根據(jù)所測(cè)量的光子波長，選擇某種光窗材料的光電倍增管。
2、光陰極面
光陰極面是一種半導(dǎo)體材料，光入射后，材料中的價(jià)電子吸收光子能量而向表面擴(kuò)散，越過真空位壘后成為自由光電子并發(fā)射到真空中，該現(xiàn)象的發(fā)生存在一定概率，即為PMT的量子效率。光陰極面按光電子發(fā)射過程可分為反射式和投射式，對(duì)應(yīng)側(cè)窗型PMT和端窗型PMT。
3、電子倍增系統(tǒng)
PMT中的電子運(yùn)動(dòng)是由電場(chǎng)決定的，而電場(chǎng)又受電極形狀、電極配置和所加電壓的支配，為使PMT具有性能，需要對(duì)其電位分布和電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。光陰極面發(fā)出的光電子經(jīng)過從倍增極到末倍增極（最多19級(jí)）的倍增系統(tǒng)，可以得到10倍到108倍的電流增益。
4、陽極
PMT的陽極部分負(fù)責(zé)將經(jīng)過各級(jí)倍增的二次電子進(jìn)行收集，并通過外接電路將電流信號(hào)輸出。陽極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要確保陽極和末倍增極間的電位差合適，以避免空間電荷效應(yīng)，從而獲得大的輸出電流。
5、電子光學(xué)輸入系統(tǒng)
電子光學(xué)輸入系統(tǒng)由光陰極和倍增極之間的電極結(jié)構(gòu)以及所加電位組成，它使光電子盡可能多地聚焦在倍增極有效面積上。在快速光電倍增管中，還要求電子光學(xué)輸入系統(tǒng)使光電子渡越時(shí)間分散最小。
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