PHÓNG X B Ạ ỤI KHÍ MÔI TRƯỜ NG
2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới PMT
Ống nhân quang điện gồm một ống hình trụ chân không, photocathode ở lối vào, anode ở lối ra, các chân dynode (Hình 2.4). Một đầu của ống nhân quang phẳng để gắn tốt với chất nhấp nháy hoặc ống dẫn quang, mặt phía trong là photocathode khi ánh sáng đập vào photocathode thì các điện tử đƣợc bật ra. Photocathode làm từ các vật liệu dễ giải phóng điện tử ó độ nhạy cao trong vùng ánh sáng khoảng 440nmc
40nm, ví dụ cho loại S11 có hiệu suất 10% có nghĩa rằng 10 photon đập vào Photocathode thì bật ra đƣợc một điện tử.
27
Hình 2. 4: Sơ đồ ống nhân quang
Khi điện tử bắn ra khỏi photocathode gặp lưới hội tụ, điện thế của lưới hội tụ khoảng 100V dương so với photocathode nên điện tử được gia tốc và hướng đến dynode đầu tiên có điện thế dương hơn lưới hội tụ khoảng 100V, một điện tử bắn vào dynode đƣợc bổ sung năng lƣợng khoảng 200eV. Dynode làm bằng vật liệu đặc biệt có công suất thoát điện tử cao, cứ một điện tử sơ cấp đập vào làm thoát 3 hay 4 điện tử thứ cấp. Điện tử thứ cấp lại được hội tụ, gia tốc hướng đến dynod thứ hai, quá e trình nhân điện tử này tiếp tục cho đến dynode cuối cùng tạo ra một tín hiệu điện tại anode.
Các nghiên cứu chỉ ra hiệt độ ảnh hưởng tới một số đặc tính của ống nhân n quang là độ nhạy cường độ dòng tối, và hệ số nhân [4]. Mức độ chịu ảnh hưởng của c ác đặc tính trên theo nhiệt độ lại phụ thuộc vào từng loại ống nhân quang (các chất cấu thành, cấu hình vật lý, kích thước…) do đó ảnh hưởng của nhiệt độ theo đó mà khác nhau với từng loại.
Độ nhạy đƣợc định nghĩa là dòng quang điện tạo bởi photocathode trên thông lượng ánh sáng tại một bước sóng nhất định. Đặc trưng nhiệt độ của độ nhạy phụ thuộc nhiều vào bước sóng tới. Đầu dò NaI sử dụng trên thiết bị có cấu tạo photocathode bằng SbKCs (Bialkali cathode), hợp chất có tính ổn định nhiệt độ cao.
Độ nhạy của hợp chất này phụ thuộc tương đối ít vào nhiệt độ tại vùng bước sóng từ 400nm đến 500nm (vùng nháy sáng của chất nhấp nháy NaI) (Hình 2.5). Theo các đánh giá trong khoảng nhiệt độ từ -200C đến 200C và 200C đến 600C độ nhạy của nó thay đổi không quá 0.15%/0C [4].
28
Hình 2. 5: Sự thay đổi độ nhạy của hợp chất SbKCs theo bước sóng tới [4]
Khi xét trên một dải rộng bước sóng độ nhạy của photoncathode thay đổi từ , một giá trị âm đến một giá trị dương khi tiến dần đến giới hạn bước sóng của photocathode (Hình 2.6) ][7]). [4
Hình 2. 6 S ph thu: ự ụ ộc nhiệt độ của độ nhạy của photocathode vào bước sóng
29
Nhiệt độ gây nên dòng tối do hiện tƣợng bức xạ nhiệt điện tử (cả trên dynode và photocathode) tạo ra một dòng tối chung trên anode của ống nhân quang)[8].
Dòng tối đƣợc định nghĩa là một lƣợng nhỏ của dòng điện chạy trong ống nhân quang ngay cả khi ống hoạt động ở trạng thái hoàn toàn tối (không có bức xạ). Và lý tưởng nên được giữ càng nhỏ càng tốt bởi ống nhân quang được sử dụng để phát hiện một lƣợng nhỏ dòng điện từ các nháy sáng.
Có nhiều nguyên nhân gây ra dòng tối, ở đây ta chỉ xét nguyên nhân phát nhiệt điện tử từ photocathode và dynode. Các photocathode và dynode đƣợc cấu tạo bởi các vật liệu dễ dàng bứt electron ra ngoài chúng rất dễ gây phát sinh những eletron , nhiệt ngay tại nhiệt độ phòng.
Hiệu ứng bức xạ nhiệt điện tử có thể hiểu rõ hơn thông qua công thức đƣợc W.
Richrdson nghiên cứu và đƣa ra nhƣ sau:
Trong đó: Is: Dòng tối (A)
tron ψ: Công thoát của elec e: Điện tích electron k: Hằng số Boltzmann A: Hằng số phụ thuộc T: Nhiệt độ tuyệt đối
Mối quan hệ giữa Is và T là đồng biến trong phương trình 2.3. Nhiệt độ tăng đồng ghĩa với cường độ dòng tối tăng, ngược lại nhiệt độ giảm cường động dòng tối n cũng giảm. ậy dòng tối tăng theo chiều tăng của nhiệt độ. Đóng góp của dòng tốiV sẽ làm giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, giảm độ phân giải, tăng mức phông nhƣng gần như không ảnh hưởng tới sự trôi kênh phổ sau quá trình xử lý. Hình 2.7 thể hiện dòng tối của một số loại đầu dò trong đó các đầu dò có photocathode làm bằng hợp chất biakali có mức đóng góp của dòng tối là nhỏ nhất cỡ 10-11đến 10-9 . (A)
Is = AT5/4 e(-eΨ/KT) (2.3)
30
Hình 2. 7: Đặc điểm nhiệt độ của dòng tối Anode quang [4][8]
H s nhân cệ ố ủa ống nhân quang cũng chị ảnh hưởu ng c a nhiủ ệt độ, mức đ ảộ nh hưởng l i ph thu c vào b n m t phát x th c p c a các dynode, ch t c u thành ạ ụ ộ ề ặ ạ ứ ấ ủ ấ ấ thành dynode, photocathode, cao áp (Hình 2.8, 2.9). V i photocathode b ng bialkali, ớ ằ dynode b ng CuBe ho c AgMg s ằ ặ ự thay đổ ệ ối h s nhân mở ức -0,1%/oC. Cùng chất CuBe nhƣng với photocathode b ng S11 (Sb-ằ Cs) sự thay đổ ệ ối h s nhân l i m c -ạ ở ứ 1%/oC đến -0,5%/oC.
Hình 2. 8: Ảnh hưởng của nhiệ ột đ lên hệ ố s nhân của ống nhân quang theo m t chu ộ trình từ 20oC lên 60oC v -40ề oC rồi lại lên 20oC [8]
31
Hình 2. 9: Ảnh hưởng của nhiệ ột đ lên hệ ố s nhân của ống nhân quang tại cao áp 1500V [4]