图2 温度影响双碱、多碱PMT的饱和电流
3)任何一个光电探测器在高温下都会有热噪声的上升。PMT这里主要会表现出两点:阳极的暗电流提升(见下图3左);在光子计数法里暗计数的提升。(见下图3右)
图3 PMT在高温下热噪声上升
4)温变切勿太过剧烈。过大的温度梯度变化主要会造成两个问题:灵敏度衰退,以至于工作不稳定;对一些特殊的PMT,例如石英光窗的PMT,因为有过渡节的存在,膨胀系数是不一样的,变温太过急剧,管壳封接处有炸裂的危险。
上述诸多问题,归根究底我们该怎么去避免温度带来的影响呢?主要有两种办法:
1)制冷降温;
2)通风散热。
其中比较推荐的是通风散热。如果使用制冷,可能需要考虑到干扰,以及冷凝的一些现象,这些都是在应用过程中比较难处理的一些问题。还有点需要注意的是,PMT为真空器件,热传导速度慢,导致温漂现象的呈现,是具有一定滞后性的(不论升温、降温)。
2、湿度
前面说到,PMT本身会加上千伏的电压,而湿度过高,则会带来漏电流的增加。所以,我们需要尽可能地保证使用环境的干燥,湿度建议低于60%。如果在高湿环境下使用,PMT就得进行封胶处理,或者直接选用PMT模块。要知道,PMT模块在90%的湿度下工作都是没问题的。
3、磁场
极高的增益是PMT一个核心优势,是由电子运动轰击倍增级来实现的。一旦有磁场作用,电子轨迹会产生偏移,此将直接导致PMT灵敏度的变化。PMT对磁场可以说是极为敏感,即使地磁场那样的强度,对其特性也有着不利的影响。
图4 这是一款滨PMT模块受磁场影响的情况
针对这个问题,一般有个解决办法:
1)远离磁场源:最简单、最粗暴又最有效;
2)采取屏蔽:在精密测光及在强磁场中测光的时候,必须使用磁屏蔽筒或磁屏蔽暗箱。屏蔽材料一般以坡莫合金为最好。对于端窗型PMT,得特别注意屏蔽光阴极到第一倍增极这一段,屏蔽筒应长出光阴极面半个到一个PMT的直径长度;
3)选择抗磁PMT:在一些在高磁场环境下,最好去选择抗磁结构设计的PMT。
4、其他敏感项的排除
除了刚刚我们说到的温度、湿度、磁场,PMT的敏感项还有强光、放射源等等,对于此类种种,其实只要牢记两个字"屏蔽"就可以了,这对PMT 来说非常非常重要:
1)不工作的时候,PMT切忌暴露在直射阳光下或其它强光下,这样会影响PMT的使用性能;
2)PMT在使用时如果漏光,会带来极大的噪声。工作中要严格避光,否则信噪比会受到影响;如果工作时候有强光直射,会直接造成PMT的损坏;
3)放射源应远离使用中的PMT,以免增加噪声;
4)与光窗相接触的任何材料均应保持在阴极同电位,避免玻璃发光现象。
5)氦气能穿透玻璃,增加噪声,导致光电倍增管损坏而无法使用。应避免在有氦气的环境中使用或存储。
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