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真空MCP探测器的电压配置以及门控

一、真空MCP探测器的电压配置以及门控

MCP每一级需要约1kV的高压;荧光屏相对与MCP输出面需要约5kV的高压以使电子具备较高的能量有效激发荧光;阳极板通常则相对于MCP输出处在200V左右的高电位。

 

真空MCP探测器的电压配置以及门控 电压配置简介

如图10所示的一个典型的MCP影像探测器(采用荧光屏输出),各极间相对电压的幅度一般为:

Vout = Vin + 2000V;

Vscreen = Vout + 5000V = Vin + 7000V

 

10 一个典型MCP探测器的电压配置

真空MCP探测器的电压配置以及门控 

当探测的粒子为电中性(如光子)时,比较方便的是荧光屏(或阳极)接地,此时Vscreen = 0, Vout = -5kV, Vin = -7kV

而探测带电粒子时,则需要对各级电压小心配置。因为粒子源一般是零电位的,如果MCP输入端为负高压,阳离子会被加速,从而使得飞行时间不能正确反映粒子的初始动能;电子和阴离子会被减速,导致动能变化甚至不能到达探测面。

因此带电粒子探测时通常MCP输入面接地。

有的实验需要过滤某种电性的粒子,如MCP输入面接负高压从而禁止低能电子到达探测面,而又不希望该负电势导致探测的阳离子动能增加,可以在靠近MCP输入面前端加金属栅网,该栅网可以接地以确保粒子在飞行过程中动能不变,而MCP输入面相对于栅网的电势可以阻挡某种电性的粒子。由于栅网和MCP很接近,不会对待测粒子的飞行时间造成影响。

Photek公司可根据实验需要,设计不同的电压配置:阳极接地,输入接地,输入浮地,栅网等等配置。真空MCP探测器的电压配置以及门控

3.2  高压电源选择

MCP的增益随电压增加是非线性增加的,因此需要高稳定性、低噪声的高压电源。

通常有两类高压电源可供选择:

直流高压变换模块:这类模块可以将输入直流电压(如+5V)变换成多路高压输出,供MCP、荧光屏/阳极使用;另提供一路或多路控制电压输入来在一定范围内调节输出电压。这类电源体积小、使用灵活,但通常无法自动控制,需要手动控制。使用时需注意采用高品质的直流稳压电源,或采用电池供电。

台式高压电源:如果空间允许,真空类MCP探测器建议配置台式高压电源。Photek提供的DPS电源可提供1-5路高压输出、手动及程控的高压电源,可限定每级电压,电压控制为各级联动,保证各级的电位差绝不超限,使用非常安全。

 

 

11 Photek DPS3 高压电源

真空MCP探测器的电压配置以及门控

3.3  门控

通过对MCP施加脉冲的高压,可以实现控制MCP的导通和关断。MCP的门控可用于时间分辨(切片)的应用。

MCP的门控需要快速的高压(1kV)脉冲,目前最快的水平约在10ns左右。多级MCP联用时,只针对其中一级使用门控即可。

 

12 Photek GM-MAG 8ns 1kV 高压门控

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