微通道板及其成像探測(cè)應(yīng)用的研究.pdf

1、微通道板(MicrochannelPlate，MCP)作為一種通道式電子倍增器陣列，具有二維空間和時(shí)間分辨能力，以及對(duì)多種輻射物直接探測(cè)的能力，是集信號(hào)放大與成像探測(cè)等為一體的多功能探測(cè)器，因此具有廣闊的應(yīng)用前景和研究價(jià)值。
　　本論文針對(duì)MCP玻璃材料設(shè)計(jì)和制作工藝以及基于MCP的成像探測(cè)器等方面進(jìn)行了深入的研究，主要研究內(nèi)容以及所完成的工作分為以下四個(gè)部分:
　　1.針對(duì)應(yīng)用于三代像增強(qiáng)器的MCP的玻璃成份優(yōu)化以及制作工

2、藝改進(jìn)的研究，旨在提高M(jìn)CP耐受真空烘烤和電子清刷能力，并增大MCP的開口面積比，以確保三代像增強(qiáng)器可靠性要求同時(shí)改善信噪比。
　　研制了一種優(yōu)化玻璃設(shè)計(jì)的25mm直徑6μm孔徑MCP，開口面積比達(dá)到68％，確保了三代像增強(qiáng)器5000小時(shí)以上的可靠性要求，同時(shí)MCP噪聲因子降低到1.8，使三代像增強(qiáng)器的信噪比達(dá)到25∶1。針對(duì)研制過程中該MCP制作的像增強(qiáng)器出現(xiàn)的“記憶”現(xiàn)象，分析得出MCP通道內(nèi)壁的導(dǎo)電層和發(fā)射層間存在的富硅層過

3、厚而具有遠(yuǎn)較導(dǎo)電層要大的電阻，是導(dǎo)致像增強(qiáng)器出現(xiàn)“記憶”現(xiàn)象的原因，并通過嚴(yán)格控制MCP的制作過程，消除了“記憶”現(xiàn)象的出現(xiàn)。
　　2.無膜或薄膜MCP三代像增強(qiáng)器的可行性及技術(shù)途徑探究。完全除去離子阻擋膜可以最大化三代像增強(qiáng)器的光陰極效率的有效利用率，但增加了可靠性的風(fēng)險(xiǎn)，減小膜層厚度是一種更為靈活的途徑。
　　從理論上講，將微通道陣列結(jié)構(gòu)移植到體導(dǎo)電基體可使MCP免受離子反饋難題的困繞。研制了一種磷酸釩鐵鉛系統(tǒng)的體導(dǎo)電玻

4、璃，完成了25mm直徑10μm孔徑60∶1長徑比體導(dǎo)電玻璃MCP樣品的制作，但這種體導(dǎo)電玻璃MCP的增益較低，并且在機(jī)械強(qiáng)度上存在嚴(yán)重不足。
　　通過MCP玻璃成份的再優(yōu)化，減少M(fèi)CP基體中形成離子反饋的有害物種總量，減薄離子阻擋膜，可在維持甚至提高三代像增強(qiáng)器可靠性的同時(shí)，進(jìn)一步改善三代像增強(qiáng)器的信噪比。研制了一種玻璃成份和微結(jié)構(gòu)再優(yōu)化的25mm直徑6μm孔徑MCP，在三代像增強(qiáng)器上的試驗(yàn)證明其噪聲因子降低到1.7，同時(shí)三代像增

5、強(qiáng)器的工作壽命還得到了進(jìn)一步的提高。
　　3.應(yīng)用于條紋相機(jī)和分幅相機(jī)的大面積低阻抗小孔徑MCP研制，以及應(yīng)用于瞬態(tài)光學(xué)成像的MCP的時(shí)間增益和動(dòng)態(tài)特性的研究。
　　研制了一種低阻抗MCP玻璃，將還原鉛硅酸鹽玻璃的最小表面電阻率調(diào)整到1012～1013Ω/□范圍，滿足了制作多種規(guī)格的低阻抗MCP的要求。同時(shí)，對(duì)MCP的飽和效應(yīng)對(duì)條紋相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍的影響，以及X射線分幅相機(jī)超高速脈沖電壓選通MCP增益的時(shí)間和動(dòng)態(tài)特性的限定因素

6、進(jìn)行了分析和研究。
　　4.采用在MCP玻璃中引入中子靈敏核素，如10B或155,157Gd，使MCP具備對(duì)中子探測(cè)能力，將MCP的應(yīng)用拓展到以中子為探針的成像探測(cè)。
　　完成了摻10mol％natB2O3、摻3mole％natGd2O3和3mole％natGd2O3+10mol％natB2O3的50mm直徑10μm孔徑的MCP制作，實(shí)驗(yàn)得出3mole％natGd2O3玻璃的MCP能夠達(dá)到對(duì)熱中子成像的35％的探測(cè)效率，通過