[发明专利]一种具有高时间分辨率的大面积微通道板光电倍增管

说明书

本发明公开一种具有高时间分辨率的大面积微通道板光电倍增管，属于真空光电探测器技术领域，包括：真空玻璃容器、光阴极、电子聚焦系统、电子倍增系统、阳极以及供电极，光阴极、电子聚焦系统、电子倍增系统以及阳极置于真空玻璃容器内，阳极通过信号引线穿过真空玻璃容器与外部电路相连，供电极通过电源线穿过真空玻璃容器与外部供电电路相连，真空玻璃容器为顶部呈曲面的圆柱桶，光阴极覆盖在曲面内表面上；电子聚焦系统包括圆柱形聚焦桶和锥形或球形聚焦桶，置于锥形聚焦桶内上端开口处。本发明兼具高时间分辨率和高光电子收集效率的优点，亦可提升光阴极覆盖率。

技术领域

本发明属于真空光电探测器技术领域，具体涉及一种具有高时间分辨率的 大面积微通道板光电倍增管。

背景技术

光电倍增管是建立在外光电子发射效应、二次电子发射效应和电子光学理 论的基础上，能够将微弱光信号转换成光电子并获得倍增效应的真空光电探测 器件。大面积光电倍增管属于光电倍增管的一种类型，由于其光阴极覆盖面积 大，具备光子计数能力，广泛应用于大规模中微子及宇宙射线等高能物理探测 实验中。

传统的大面积光电倍增管为打拿极型，如图1所示，真空玻璃容器1采用 椭球形或近球形玻璃壳，光阴极2覆盖球壳内表面不到一半的部分区域，中心 沉底处放置打拿极电子倍增系统3，打拿极的个数一般为8～16个不等，打拿极 末端设置阳极4。当光照射真空玻璃容器1时，入射光子5会在光阴极2处发生 外光电效应产生光电子6，光电子6在内部电场的作用下被打拿极收集，并在电 场力的作用下逐级倍增，最终倍增后的电子被阳极4收集，并作为信号输出。 文献：Hirota S,Nishimura Y,Suda Y,et al.New large aperture,hybrid photo-detector and photo multiplier tube for a gigantic waterCherenkov ring imaging detector[J]. Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research Section A:Accelerators, Spectrometers,Detectors andAssociated Equipment,2014,766:152-155中涉及一 款典型的传统大面积打拿极型光电倍增管，性能优异：收集效率达90％，渡越 时间弥散(时间分辨率)为2.7ns。遗憾的是其外形为椭球体，光阴极2仅覆盖 上半球的部分区域，如将其置于探测器中构成阵列，受椭球体长径的限制，光 阴极2覆盖率不到80％，造成探测空间的浪费。

申请号为200910147915.4以及申请号为201410104388.X的中国专利申请公 开了一种新型大面积微通道板型光电倍增管，如图2所示，该发明公开的光电 倍增管，拥有球形真空玻璃外壳1；采用2组4片微通道板组件7代替传统的电 子倍增系统，左右分布竖直放置于容器中心；利用透射阴极与反射阴极相结合 的技术，实现了光阴极2的全球面覆盖，有效扩大了光阴极2的覆盖率。但该 管型实施难度较大，未形成量产，也没有相关样管研制报告。目前研制比较成 功、形成量产的大面积微通道板型光电倍增管，如图3所示，拥有椭球形真空 玻璃外壳1，微通道板组件7及阳极4水平沉底式放置于玻璃柄口处。对比上述 同尺寸的打拿极型光电增管，这种大面积微通道板型光电倍增管虽然在收集效 率提升到了100％，但渡越时间弥散较大，达15ns(NNVT,Photomultipliertubes, http://www.nvt.com.cn/art/2020/3/23/art_1235_25349.html)，此外，该管型长径为 508mm，光阴极2直径为460mm，也存在光阴极2覆盖率不高的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有高时间分辨率，同 时兼具高光电子收集效率和高光阴极覆盖率的大面积微通道板型光电倍增管。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：