無增益微通道板選通X射線皮秒分幅技術的研究

《無增益微通道板選通X射線皮秒分幅技術的研究》是依託深圳大學，由蔡厚智擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：無增益微通道板選通X射線皮秒分幅技術的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：蔡厚智
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

傳統的X射線分幅相機的時間解析度已達35 ps，由於微通道板（microchannel plate, MCP）中電子的渡越時間彌散較大，限制了分幅相機時間解析度的進一步提高，因此，要提高時間解析度，就必須減小電子的渡越時間彌散。申請者首次提出採用無增益MCP代替有增益MCP來製作分幅相機。理論分析表明，當MCP兩端面間的電壓為1 kV時，無增益MCP中電子的渡越時間彌散為3.9 ps，而有增益MCP中電子的渡越時間彌散為42.3 ps，因而採用無增益MCP來研製X射線分幅相機能夠獲得較好的時間解析度。無增益MCP選通X射線分幅相機由針孔陣列、無增益MCP變像管、選通脈衝發生器及CCD構成。本項目將對無增益MCP變像管和選通脈衝發生器進行研究。無增益MCP變像管採用近貼聚焦方式，由阻抗漸變線、微帶陰極、無增益MCP和螢光屏組成。選通脈衝發生器由雪崩三極體線路和雪崩二極體脈衝成形電路組成。

結題摘要

傳統的微通道板（microchannel plate, MCP）選通X射線分幅相機的時間解析度已達35 ps，由於MCP中電子的渡越時間彌散較大，限制了分幅相機時間解析度的進一步提高。為了減小電子的渡越時間彌散，本項目提出採用無增益MCP代替有增益MCP來研製分幅相機，並對無增益MCP選通X射線皮秒分幅技術進行了理論和實驗研究。利用Monte Carlo方法建立了MCP變像管的理論模型，並對MCP變像管的時間分辨特性、空間分辨特性進行了理論研究。模擬結果表明，有增益MCP中電子渡越時間彌散的理論值為42.3 ps，而電子在無增益MCP中渡越時間彌散的理論值為3.9 ps。此外，有增益MCP空間解析度的理論值為35 μm，而無增益MCP空間解析度的理論值為14 μm。由此可得，無增益MCP的渡越時間彌散（時間解析度極限）和空間解析度的理論值均要優於有增益MCP。利用電晶體的雪崩倍增效應研製了選通脈衝發生器，獲得了幅值為-2.7 kV，寬度為135 ps的選通脈衝。建立了無增益MCP選通X射線皮秒分幅相機系統實驗裝置，採用光纖束法測量了無增益MCP變像管的時間解析度，當無增益MCP載入選通脈衝和-200 V的直流偏置時，獲得其時間解析度為39 ps。研究了無增益MCP的時間解析度與MCP偏置電壓的關係，實驗驗證了所加負的直流偏置電壓越小，時間解析度越好，但輸出信號強度越低的結論。對有增益MCP變像管的時間解析度進行了測量，獲得其時間解析度為69 ps。理論分析和實驗結果表明，無增益MCP可以獲得更好的時間解析度。