SJ Z 731-1973 光电倍增管系列型谱.pdf
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1、中华人民共和国第四目l血口14技术文件SJ/Z 131 13 197 3 内部中华人民共和国第四机械工业部性技术文件一SJ/Z 731 73 光电系列型1.甲一甲光电倍增管是将微弱光信号转换成电信号的光电转换器件。随着科学技术的发展,光电倍增管在国民经济各部门中获得了越来越广泛的应用。光电倍增管是现代核物理射线仪器和近代光学仪器的关键器件,从而使它在矿藏勘探、油井开采、金属冶炼、理化分析以及医疗诊断各个领域里得到相当重要的应用。在电视广播、图象传真、激光技术与电子计算机中。光电倍增管也是不可缺少的。光电倍增管本身的发展,使它成为唯一能由单一光电子产生毫安级输出电流而响应时间以毫微秒计的最成功的
2、电子器件之一,所以在卫星、飞船等空间设火箭、导弹等军事武器中,特别是在现代核物理科学研究中,光电倍增管都得到了重要的应用。由此可见,光电倍增管的发展对促进电子工业和国民经济各部门的发展、对提高科学技术水平、对巩固国防力量、对增强人民体质、对丰富人民的文化生活以及对提高人民的生活水平都起着极为重要的作用。在毛主席独立自主、自力更生方针的号召下,在毛主席无产革命路线的指引下,我国广大工人、干部和技术人员在共同努力中,开创和初步发展了我国自己的光电倍增管事业,在研究、试制和生产上取得了很大的成绩。光电倍增管品种的日益发展和性能的不断提高,使各应用领域的整机、仪器愈益发挥它们的作用4但是随机、仪器的进
3、一步发展,也对光电倍增管提出了更高的标准和更严的要求,使光电倍增管不断面临新的课题。诸如:夫面积、小体积、高共35页号在2页SJ/Z 731-73 强度、高稳定、耐高温、耐低温、高增益、低噪声、红外灵敏、紫外灵敏、高分辨率、快速响应等等,所有这些都要求光电倍增管的品种不发展、规格形成系列、数量日益扩大质量充分保证,使整机和仪器有良好的配备和补给,以期在国民经济各部门发挥更大更好的效能。为了充分地、合理地利用我国现有的试制和生产能力,调动一切积极i天!素,促进自行设计的开展,多快好省地发展新品种,有计划地、有目(1甘地填平补缺,满足35年或更长时间内整机和仪器发展的需要g为了积极地、科学地指导我
4、国光电倍增管的发展,尽快赶七和超过世界先进水平,都必须编制光电倍增管系列型谱。为此,四机部组织有关厂、所、院、校,组成专业调查组,对全国有关制造单位和使用单位进行了调查和采访。根据国内的使用情况,缓急程度,结合我国的生产状况,并参考国外的发展动向,编制了光电倍增管系列型谱。本系列型谱是以1966年编写的光电倍增管系列型谱(初稿)为基础而进行修订的,立直在一九七三年六月召开的电子管专业会议k讨论通过。在修订和讨论的过程中,进行了调查研究,征求了各方面的意见。根据调查的素材,进行了分析4对比和讨论,对七注初稿作了修改和补充,最后编就了光电倍增管系列型谱。本系列型谱中主要参数选取的依据是z( 1 )
5、根据国内各部门当前急需和发展要求3( 2 )根据国内光电倍增管的具体生产状况z( 3 )根据国内现有产品的主要参数$( 4 )参考国外光电倍增管先进管型的主要参数2( 5 )依照系列化要求,适当地对主要参数进行修正。编制本系列型谱所遵循的原则是2( 1 )既要反映出我国的现实状况,又要指出今后的发展方向,( 2 )既要考虑当前的急需,又要考虑长远发展的( 3 )既要达到技术上的先进性,又要满足各部门使用上的经济性与合理性,SJ/Z 73173 共35页第3页实、.Jaaz r飞国际先进水平,又要适应我国现有的生产水平和 ( 5 )既要压缩品种,又要最广泛地满足各部门的需要,( 6 )系列型谱以
6、参数特性为编制的主导线。本系列型谱所采用的符号其意义如下s( 1 ) .表示巳正式生产E( 2 ) 表示正在队酬( 3 ) 8表示近期发展是指2 . 3年内进行试制), ( 4 ) 0表示远期发展是指3-5年内予以发展), ( 5 ) 表示今后不予发展,建议在新设计整机中不予采用,( 6 ) ()表示某项指标今后不予发展,建议在新设计整机中尽量少用。该符号只能与主要参数系列配合使用。例如光电阴极轮廓直径(39)表示轮廓直径39 米为非优选参数,建议在新设计整机中尽量少用。几点说明21.参考管型仅作参考之用,不能作为今后试制、生产的依据,更不能作为订货的依据。由于科学技术日益发展,新品种不断涌现
7、,如果新品种按相应管型定死,势必影响光电倍增管的发展,系列型谱也就起不到指导今后发展的作用。对于选取管型我们可以不受约束,只要能符合系列型谱中所规定的主要参数的要求,可以任意选择或自行设计最先进的新管型。2.本系列型谱为指导性技术文件,对产品的试制和生产起指导作用。但系列型谱紧反映一定时期的需要与可能,因此具有时间性。为使本系列型谱起到反映现状,指出方向的作用,今后将定期进行修订。共35页第4页日;z131-73 一、光电阴极尺寸系光电倍增管的进光方式有侧面进光和端面进光两种,习惯上分别称为侧窗式光电倍增管和端窗式光电倍增管。现代,绝大多数式光电倍增营,侧窗式光电倍增管只占少数。根据目前国内实
8、际情况,并参考当前国际发展趋势,将侧窗式矩形光电阴极的尺寸按表1系列化,将端窗式园形光电阴极的尺寸按表2系列化。式矩形光电阴极尺寸系列表1有效面积(mm2)2X5 5 X10 8 X24 发展状况。管型举例3Y 26 GDB 20 GDB 31 端窗式园形光电阴极尺寸系列表23一一山一2-n2 I 3 I 1 4 1 5 1 7 1 9 1121171组40 1 51 1 76 1 90 11001130118012301305:4301610 o I 画 8191010101010 从目前国内实际需要情况看来,侧窗式光电阴极尺寸系列,有三档基本够用。式光电阴极尺寸系列以轮廓直径的毫米数为主导
9、线,名义直径的英寸数仅供参考。国外光电倍增管的端窗轮廓直径最小为告时,最大为24时,但每个企业并不形成自己的系列。尤其是大面积端窗,从12时一下子2 4时,中间没有过渡,所以我们加入了17时(430mm)这一挡。在8时和9时之间,国外管子的端窗轮廓直径还有7告时(1 90mm)这一档,如英国EMI公司的9.6 2 3 B,为使系列合理起SJ/Z 731-73 共35页第5页见,我们并不采纳这一档,而以7时(180mm)作为5时和9时之间的自然过夜。在1击时的名义直径下,现有光电倍增管有两个不同的轮廓直径:3 9mm和4Omm,今后在新设计中将不再发展39mm这一此外,22.5mm这一档进一步小
10、型化,可以归并到20mm这一档里面,因此今后也将不再发展22.5mm这一档。如此形成的朋极尺寸系列与电子束臂的屏幕尺寸系列基本相同,但名义直径为5时这一挡,电子束管以13 3mm 作为它的相应值,光电倍增管贝11把相应值定为13 Omm。在应用方面,国外以去时-12时的管子使用最为广泛,超小型告时的管子的使用也日益开展,只是24时的特大面积管子,除了美国哥伦比亚广播系统研究所(CBS研究所制成实验样品外,还没有关于它的应用的报导。根据国外这种信息,结合我国具体情况,我们在近期内将暂不发展12时以上的大面积管与去时的超小型管,以便集中力量,使3/4时12时的光电倍增管得以快速、稳定地发展。二、光
11、电阴极光谱系列目前,在世界各国生产的光电倍增管中,大多采用可见光灵敏的锦铠光电阴极。锦铠光电阴极有敏化的Sb-CS-O与非敏化的Sb-CS两种类型。据不完全统计,英国EMI公司生产的光电倍增管,有52%采用Sb-CS-O半透明光电阴极,有12%采用Sb-CS半透明光电阴极,所以锦锦光电阴极的管子达到64%左右。Sb-CS-O阴极灵敏度高,SbCs 阴极暗发射低,两者的制作工艺都比较简单,所以是光电阴极的可基础,应该继读发展。近年以来,多碱光电阴极停到很大发展,三碱的锦掷铀锦(-K-Na-Cs)光电阴极已成功地应用在商品型光电倍增管申,四碱的锦悍纳钱日锚(Sb-K-Na-Rb-Cs)光电阴极的研
12、究也日益开展。这种多碱阴极灵敏度很高,只是制造工艺也相应比较复杂。为了兼顾灵敏度与工艺性,近来还友展了双碱光电阴极。这种阴极主要是锦饵铠($b-K甲Cs)传35页第6页SJ/Z 731-73 光电阴极和锦饵纳(Sb-K-Na)光电阴极两者。前者灵敏度较高,后者灵敏度虽不高,但是可以在高的温度下正常工作。由此可见,双碱阴极和多碱阴极应是今后的发展方向。在近红外区域,还只有极少的光电阴极具有灵敏性。从1929年到现在,银氧铠(AgOCs)光电阴极仍是唯一的红敏光电阴极。这种阴极的灵敏峰值位于80 0 0 A的波长1:,长波限最好也不过12000Ao lt氧铠光电阴极的最大缺点是热发射大、疲乏严重,
13、但由于制备工艺不断完善,它的红外灵敏度有了较犬的提高,热发射有了一定的抑制,稳定性也有了不少的改进。今后,还应对银氧铠光电阴极给予犬力发展。在紫外区域灵敏的光电阴极,近年来也有很犬的发展。在合金材料中有银钱合金和瞌织合金等;Z!:化合物材料中有澳化错、腆化错、销化铠及锦铠等,其中以后三种最有发展前途。紫外光电阴极的性能,除了阴极本身的因素以外,还取决于透紫材料对紫外辐射的吸收程度。不同透紫材料对紫外辐射的透紫情况如下表所示。几种遗紫材料的遗紫情况透紫材料透紫短波透紫玻璃2 0 0 0 石英玻璃1800 -一F、-熔炼、石英160 0 l. 宝石1400 化钙1200 氟化f里11 00 透紫玻
14、璃、右英玻璃等主要配合可见光梆饷锦等$兰宝右、氟化银等主要配合紫外灵下表所示。(A) 阴极,如锦错、锦阴极。组合性能如SJ/Z 731-73 共:5页第7页光电阴极的几种组合性能透紫材料i 光电阴极种类响应抱围(A)相应管 Sb Cs 2000 -6500 GDB . 31 透紫璃i Sb K Na Cs 2000气8500F4013 (S20UVG) 5b Cs 1800-200 i 95265 石英玻璃Cs 1 1800-8500 i 9558QB .L 宝石iSb K Na 一1100 -6000 氟化捏iTe Cs 1100-3500 i C70128 由此可见,为发展紫外灵敏的光电阴
15、械,不但阴极本身要加强研制,透紫材料尤其必须提前发展。在对可见光灵敏!们它也阴极中,)i昔响应曲线与人限的视觉曲线相接近的是铅银氧钝(Bi-Ag-O-Cs )尤电阴极。由于图象传真及电视摄象应用此种阴极,因此必须予以适当发展。随着激光技术的发展,对光电阴饿的红外响应提出了新的要求目前,大多数激光仪器和激光武器使用纪铝石榴石(Nd:YAG),波长为10600A,即使用长波限为12000A的银氧铠光电阴极,接收效果也是很差的,而对于波长更长的激光,几乎现有的任何光电阴极都将无能为力。为了解决这一矛盾,近年来国外发展了半导体光电阴极肺化嫁(铠),最近又研制了好几种V族化合物半导体光电阴极,例如:碑化
16、锢嫁铠、磷碑f七号因铠、磷呻化嫁(错、肺化号因嫁钝等。这些半导体光电阴极今后也应逐步发展。据初步估计,目前国外光电阴极抢光谱品种已达40种以t,但从我国实际情况出发,贝IJ必须在满足使用的前提下大力压缩光谱品种。为此,将光电阴极的光谱按表3进行系列化。由于我国尚未编制光电阴极的标准光谱响应曲线系列,所以光谱系列暂以国外犬多数国家一致采用的系列命各方法作为主导线。共35页第8页5J/Z 71-73 根据光电阴极尺寸系列(1 4档和光电阴极光谱系列(2 3 档),理论上可以列出庞大的组合系列(达322档),但是实际上只有30mm和51mm两种光电阴极尺寸,才具有较多的光电阴极光谱s换句话说,只有S
17、:l、S11、S2三种光电阴极光谱,才遍布较多的光电阴极尺寸。所以光电阴极尺寸与光谱的综合系列的压缩不仅是必须的,而且是可能的。表3列先极先型应管相值波长:A)应范围ti谱光光电阴极种类UN叫-1叫95265 GDB 10 9601B GDB一9662B 20-35 35 35-50 50 50-70 70 2540 80 80 150 4500 4200 4000 4000 4000 4000 5700 8000 4000 4000 一一则一部一则-m一侧一跚4000 3500 4500 如gH间wve鸿9659B 230 450- 1000 170 150 1800-8500 3000-
18、9400 2000-9300 2000-8000 2000- 11000 3000-6200 1800-6200 3000-6一牛2000-6500 1800-6500 3000-7000 3000-6500 L800-6500 2000-6500 -3500 1100 3000-7500 挡色f色E帘锦饱n-nM 民uau9 锦绑抱回-m-m-m 共35页第10页SJ/Z 731-73 豆、倍增系统结构系列光电倍增管的倍增系统有不同的结构形式,不同结构的倍增系统有不同的特点和用途。目前,为光电倍增管所广泛采用的倍增系统主要有百叶窗式、盒子式、聚焦式和加速式四大类。其中聚焦式又分园周聚焦式(也
19、称鼠笼式和直线聚焦式(也称瓦片式两种,加速式又分栅网加速式、凸端加速式、支杆加速式、中心电极加速式、等梯度导束式和穿透式共六种。百叶窗式光电倍增管的特点是耐磁性强、稳定性好、输出电流犬、线性范围宽F盒子式光电倍增管的特点是结构紧凑、稳定性好、增益高p聚焦式光电倍增管的特点是工艺简单、结柏严密、增益高、能量分辨率好,也具有一定的时间分辨能力,特别是园周聚焦式光电倍增营,还易于和光学仪器的光路匹配。所以这三类倍增系统应该继续发展。但是这些传统结构的光电倍增管,时间分辨能力终究较差,在快速符合技术领域里就不能胜任工作,而快速符合技术正是现代核物研究的主要方法之一。因此在现代,光电倍增管的倍增系统多向
20、加速式方向发展。在加速式倍增系统中,最主要的是支抨加速式。这种加速结梅不但具有一定的时间分辨能力,时间分散可达2毫微秒,而且结构并不过于复杂,工艺也并不十分麻烦,所以应当大力发展。凸增系统i功时间分散也可达3毫微秒,而且它体积小巧、结构紧凑、机械强度好,所以也要努力发展。国外近年来发展的中心电极加速式倍增系统和等梯度导束式倍增系统,可算作加速式倍增系统的后起之秀,前者的时间分散达到o . 5毫微秒数量级而且已有商品,后者的单级时间分散更达o 1毫秒,不过仍在实验阶段。对中心电极加速式倍增系统,在我国光电倍增管事业发展到初具规模时,应当根据具体需要而予以发展,所以现在作为远景规划加以考翩。改造时
21、间佳能的另一途径是变反射式倍增极为透射式穿透式目/Z731-73 共85页第1页倍增极。目前国外已有数种商品型的穿透式光电倍增管出现,时间分散为o. 5毫微秒。随着我国光电倍增管事业的前进,今后也应逐步发展穿透式光电倍增管。栅网加速式倍增系统时间性能一般,但由于栅网易截获电子,且装配工艺又较麻烦,所以不宜发展。现将倍增系统的结构按表4进行系列化。构增-结倍一统系增倍结构系列表4发展情况i相应管型1 2盒子式GDB 10 GDB 23 GDB 31 GDB 35 GDB 40 8 园式(鼠笼式)(瓦片式)式4 5 (一-o-oGDB 44 C700生5C6 I _ _ I支杆加速式加速;:7 r
22、 I中心电极加速式8 1 I穿透式WX30006 四、倍增系统级数系列倍增系统级数的容量较大。国外从3级18级都有相应的管子,但在我国,则主要是发展6级14级的管子。这一级数范围,既可保a管子有必要的增益,又不致对管子的供电电源提出苛刻的要求。为了压缩品种,提高通用性,建议百叶窗式倍增系统的级数定为9、11、13级三档9盒子式倍增系统的级数定为7,9、11级三档F园式倍增系统的级数定为9级一档z直线聚焦式倍增系统的级数定为8、10、11、13级四挡p凸端加速式倍增系统的级数定为6、8、10级三档p支杆加速式倍增系统的级数定为10、12、14级三档s中心电极共35页第12页5HZ 731-73
23、加速式和穿透式两种倍增系统,均暂定一档,分别是14级和6级。这样,倍增系统的级数就可按表5进行系列化。实际上,表S也是倍增系统结构与级数的综合系列。倍统级列5 号|结点数I6 I 1 I 8 I 9 I 10 I 11 I 12 I 13 I 14 1 1百叶窗式2 1盒子式II BM5 7 3 1园焦式41直线聚焦式5 I凸端加速式6 I支杆加速式1 I中心电极加速式。8 I穿透式五、倍增极材料系列目前,绝大多数光电倍增管都采用锦锚倍增极,因为这种倍增极具有大的二次发射系数。但是锦锦倍增极的温度稳定性差,在大电流负截下的疲乏比较严重,因此又发展了合金倍增极,巴被应用作为倍增极的合金有银钱(A
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- SJ 731 1973 光电倍增管 系列 型谱
