200240. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés fotoelektronsokszorozók fotókatódjának túlterhelés elleni védelmére
1 nu a 2 A találmány tárgya fotoelektronsokszorozó fotokatódjának túlterhelés elleni védelmére vonatkozó eljárás, ahol a fotoelektronsokszorozó fotokatódot, elektronsokszorozó dinódákat és anódot tartalmaz, és amelynek során mérjük a fotoelektronsokszorozó anódáramát és annak függvényében ellencsatolásban szabályozzuk a fotoelektronsokszorozó felvett teljesítményét. A találmány tárgya továbbá fotokatódot, elektronsokszorozó dinódákat és anódot tartalmazó fotoelektronsokszorozó fotokatódjának túlterhelés elleni védelmére szolgáló kapcsolási elrendezés, amelynek stabilizált egyenfeszültségű tápegysége, annak kimenete kötött feszültségosztója van, ahol a tápegység és a feszültségosztó kimeneti pontjaival a fotokatódot, elektronsokszorozó dinódákat és anódot tartalmazó fotoelektronsokszorozó van összekapcsolva, és az anóddal sorbakötött áramfigyelő és beavatkozó fokozata van. A javasolt eljárás, valamint a kapcsolási elrendezés a fotoelektronsokszorozóban alkalmazott fotokatódok fény- és/vagy áram túlterheléssel szembeni védelmét oldja meg a fotoelektronsokszorozó üzemi paramétereinek észrevehető megváltozása nélkül, és biztosítja a fotokatód megóvását, ha üzem közben azt a megengedettnél nagyobb intenzitású fény éri, egyben szélesebb intervallumban lehetővé teszi a fotoelektronsokszorozó üzemszerű használatát Ismeretes, hogy a fotoelektronsokszorozó az optikai spektroszkópiában, a fotometriában és a technika számos más területén elterjedten és széleskörűen alkalmazott detektorok. Olyan elektroncsövek, melyekben a fotokatódból kilépő kisszámú elektront a katódhoz képest pozitív feszültségű elektródák, az úgynevezett dinódák gyorsítják, majd az elektronok becsapódását követően a dinódából kilépő nagyobb számú szekunder elektronokat a további dinódák hasonlóképpen sokszorozzák. A dinódák láncolatán sokszorozott elektronokat egy anódlemez fogja fel és vezeti ki az elektroncsőből. A fotoelektronsokszorozó széles körű alkalmazását nagymértékben nehezíti, hogy üzemszerű használat közben az rendkívül érzékeny a fény-túlterhelésre, amit a fotokatód nem képes károsodás nélkül elviselni. Ismeretes tehát, hogy a fotoelektronsokszorozó legérzékenyebb eleme a fotokatód. A fotokatód lehet egy-, vagy többrétegű, de mindenképpen igen vékony, gyakran monomolekuláris fémfüstszerfl bevonat alakjában készítik azt a fotoelektronsokszorozó homlok-, vagy oldalfalán, üzem közben a fotokatódot nagyobb intenzitású fény nem érheti, mert ha rajta a megengedettnél nagyobb áram folyik át, akkor az tönkreteszi a fotokatód szerkezetét, vagy legalábbis olyan maradandó elváltozást okoz — és ez gyakran már néhány mikroamper hatására is bekövetkezik — amely a fotoelektronsokszorozó műszaki paramétereit jelentősen rontja. Ezért a fotokatód védelmére számos eljárás terjedt el. A fotokatód védelmét szolgáló, egyik leggyakrabban alkalmazott eljárás szerint a fotoelektronsokszorozó anódáramával, vagy valamelyik dinóda áramával negatív visszacsatolásban leszabályozzák a fotoelektronsokszorozó cső tápfeszültségét; azaz ha a fotokatódon nő az áram, a tápfeszültségcsökkentésével erősen csökkentik az elektronsokszorozási tényezőt. Maximális visszacsatolás esetén a fotoelektronsokszorozó cső áramstabilizált üzemmódban működik. Ilyen eljárást alkalmaznak például K.3. Keller és munkatársai publikációja szerint (Rév. Sei. Instr. 35, 1359 (1964) az egyes spektroszkópiai berendezésben. Egy másik, a fotokatód védelmére szolgáló ismert eljárás szerint a tápegységet impulzusüzemben működtetik. Ebben az esetben a tápegység a teljes tápfeszültséget a fotoelektronsokszorozóra csak rövid időre kapcsolja rá, azaz az anódáram a bekapcsolási időtartamot modulálja. Ily módon minél nagyobb az anódáram, annál rövidebb a bekapcsolt állapot. Az eljárás egyik módosított változatánál az impulzusszélesség-modulációval csak egyes dinódák feszültségét kapcsolják ki. Az impulzusszélesség-modulációs eljárást alkalmazzák például nukleáris célokra számos berendezésben (F. de Marco, E. Penco; Rév. Sei. Instr., 38, 866 /1967/, T.D.S. Hamilton, Int. Sei. Instr. /Phys/, Vol. 4,326/1971/, G.G. Albach, J. Meyer; Rev. Sei Instr. 44,615/1973/). Az ismert eljárások — az előnyök mellett — néhány nem elhanyagolható hátrányos tulajdonsággal is rendelkeznek. Az eljárások fogyatékosságai közül első helyen kell említeni, hogy a nagyfeszültségű tápegység feszültségének leszabályozása — a feszültségcsökkentés lassúsága miatt — különösen gyors fénytúlterhelés esetén hatástalan, ugyanis mielőtt a feszültség lecsökkenne, a fotokatód már tönkremegy. Egy másik, ugyancsak nem elhanyagolható hátrány, hogy növekvő fényintenzitás esetén a tápfeszültség egyre csökken, holott minden sokszorozó csak egy szűk tápfeszültségtartományban képes az optimális munkaponti paraméterei szerint (lin&ritás, hőfokstabilitás stb.) működni, tehát a fotokatód védelmének ez a módja elrontja a fotoelektronsokszorozó cső specifikált műszaki paramétereit. Nem jelentéktelen tevábbá az a gyakorlati hátrány sem, hogy a tápfeszültség impulzusüzemű működtetéséhez különleges nagyfeszültségű félvezető kapcsolóelemek szükségesek. Ezek ki- és bekapcsolási folyamatai pedig nem rövid idejűek, ugyanakkor erősen hőfokfüggőek. A mérőrendszer jó műszaki tulajdonságai ily módon csak rendkívül gondos — és igen drága — felépítéssel biztosíthatók. Ugyanakkor a kikapcsolási folyamat idejének csökkentése érdekében csak kis dinódaellenállások alkalmazhatók, ami viszot a tápegység teljesítményét és az árát növeli. Nem hanyagolható el továbbá az a káros jelenség sem, hogy bár az egyes dinódák vagy dinódacsoportok feszültségcsökkentése vagy kikapcsolása viszonylag gyorsan és egyszerű eszközökkel megvalósítható, ugyanakkor a fotokatód vagy az egyes dinódák felszíne felett kialakuló negatív tértöltés a visszakapcsolás folyamatát nagymértékben lassítja. A folyamat gyorsítását viszont a káros áramlökések kialakulása teszi lehetetlenné. Az ismertetett hátrányok miatt a bemutatott eljárások és berendezések nem nyújtanak kielégítő 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
