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环境因素对微通道板(MCP)的使用影响

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磁场


与普通光电倍增管(PMT)的使用相比,微通道板(Microchannel Plate,MCP)受到磁场的影响比较小。磁场对MCP使用影响的大小取决于磁场与MCP通道轴之间的方向。图1显示了不同磁场方向的磁场大小对MCP输出变化的影响,测试时通过使用紫外线照射MCP,然后在远离MCP输出端3mm的地方放置阳极来测量其输出信号。


可以看到,当磁场垂直于MCP通道轴时,随着磁场强度的增大,电子轰击能量降低,电子轨迹的飞行范围缩短,电子轰击能量减小。在这种情况下,从MCP发射出的一些电子无法到达阳极并可能重新返回到MCP,从而降低了阳极处的收集效率。并且当阳极电压较低或和MCP阳极的距离较长时,这种效应的影响程度会更加显著。


当磁场方向平行于MCP通道的轴时,电子的轨迹沿着磁场旋转。电子的平均飞行范围变大,同时增加了冲击能量,导致增益的增加。然而,当磁场明显增大时,由于与旋转半径的关系,电子的飞行范围开始缩短,并导致增益的减小。所以,如果MCP必须在磁场中工作时,MCP通道轴应优先选择与磁场的方向平行。



图1 磁特性变化曲线


当MCP必须在高于1 T(特斯拉)的强磁场中工作时,我们可以选择小通道直径的MCP,并将其通道轴与磁场平行。即使在高达2 T的磁场中使用,也是没有任何问题。图2 为MCP-PMT的磁性特性变化曲线,它里面是一个6 µm通道直径的两级MCP。



图2 MCP-PMT的磁特性曲线


温度


由于MCP的温度系数为负,因此其电阻值随环境温度的升高而减小。MCP本身在工作过程中由于热量的原因会导致温度增加,如果在高温下运行,其电阻会降低。电阻的降低也会产生进一步的焦耳热,而重复的加热和电阻的降低过程会导致热失控,损伤MCP。为了避免这种情况,MCP必须在在-50 °C到+70 °C的温度范围内工作。


真空环境


由于MCP的每级裸片大约在1 kV的高压下工作,因此需要一个相对较高的真空条件环境。如果MCP在较低的真空下运行,不仅会引起通道中噪声的增加,而且会引起寿命的缩短,最坏的情况下,可能会导致MCP的放电。为了避免此问题,在MCP工作时,真空液位应保持在1.3×10-4 Pa或更高。


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