气体电子倍增器板光电倍增管制造技术

本发明专利技术公开了一种光电倍增管，该光电倍增管包括具有近侧端部和远侧端部的壳体、设置在壳体的近侧端部处的光学窗口、设置在壳体的远侧端部处的端壁板、穿透端壁板的馈通件和设置在光学窗口与端壁板之间的气体电子倍增器(GEM)板。(GEM)板。(GEM)板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体电子倍增器板光电倍增管
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年2月3日提交的名称为“气体电子倍增器板光电倍增管(Gas Electron Multiplier Board Photomultiplier)”的美国临时专利申请号62/969,389的权益，该美国临时专利申请的全文以引用方式并入。

技术介绍

[0003]光电倍增管(PMT)可以通过将吸收的光子能量转移到发射的电子来产生电信号，从而探测电磁光谱中紫外光、可见光和近红外范围内的光。一些PMT使用真空管和倍增极结构来进行电子倍增。它们在多个倍增极阶段中使入射光产生的电流倍增多达1亿倍(例如，约160dB)，从而实现低检测阈值。
[0004]一些PMT基于玻璃壳体构造，该玻璃壳体保持在真空压力下。然而，此类PMT可为脆弱的并且无法承受高温或振动，例如，因为它们可使用真空玻璃管结构并且内部结构(例如，倍增极结构和连接)可为复杂且精细的。

技术实现思路

[0005]在一个实施方案中，装置包括壳体、光学窗口、端壁板、馈通件和气体电子倍增器(GEM)板。壳体可包括近侧端部和远侧端部。光学窗口可设置在壳体的近侧端部处。端壁板可设置在壳体的远侧端部处。馈通件可穿透端壁板。气体电子倍增器(GEM)板可设置在光学窗口与端壁板之间。
[0006]以下特征中的一个或多个特征可包括在任何可行组合中。例如，装置可包括作为薄膜涂覆在光学窗口的表面上的光电阴极。光电阴极可包括锑化钾钠。馈通件可包括：穿透端壁板的导电线；和位于导电线与端壁板之间的气密密封件。光学窗口可包括蓝宝石。壳体可包括钛或铝。装置可包括气体混合物，其中气体混合物包括比例气体。比例气体可包括元素周期表的第18族或氮气中的一者。气体混合物可还包括骤冷气体。骤冷气体可包括CO2、CH4或CF4中的一者。光电阴极可包括至少一层气相沉积材料。至少一层气相沉积材料中的一个或多个层的厚度可小于或等于约200纳米。
[0007]至少一层气相沉积材料中的一个或多个层可包括选自由以下项组成的组的最少90重量％的一种或多种材料：锑(Sb)、锑与钾的化合物(1:1)(KSb)、锑与钾的化合物(2:1)(KSb2)、锑与钾的化合物(5:4)(K5Sb4)、三氧化锑(Sb2O3)、铯(Cs)、锑化铯(Cs3Sb)、砷化镓(GaAs)、含有铯的砷化镓(GaAs(Cs))、铋化铯(Cs3Bi)、含有氧的铋化铯(Cs3Bi(O))、含有银的铋化铯(Cs3Bi(Ag))、碘化铯(CsI)、氧化铯(Cs2O)、碲化铯(Cs2Te)、镓铝砷(Ga
0.25
Al
0.75
As)、磷砷化镓(GaAs1‑
x
P
x
)、含有铯的磷砷化镓(GaAs1‑
x
P
x
(Cs))、氮化镓(GaN)、含有铯的氮化镓(GaN(Cs))、磷化镓(GaP)、砷化铟镓(InGaAs)、含有铯的砷化铟镓(InGaAs(Cs))、磷化砷镓铟(InGaAsP)、含有铯的磷化砷镓铟(InGaAsP(Cs))、磷化铟(InP)、锑化锂(Li3Sb)、氧(O)、钾(K)、锑化钾(K3Sb)、溴化钾(KBr)、锑化钾铯(K2CsSb)、氯化钾(KCl)、氧化钾(K2O)、锑化钾钠铯((Cs)Na2KSb)、钠(Na)、锑化钠(Na3Sb)、砷化钠(Na3As)、锑化钠铯
(Na2CsSb)、氧化钠(Na2O)、锑化钠钾(Na2KSb)、锑化铷铯(Rb2CsSb)、银(Ag)、银铋氧铯(Ag
‑
Bi
‑
O
‑
Cs)、碳化硅(SiC)和银氧铯(Ag
‑
O
‑
Cs)。
[0008]至少一层气相沉积材料中的一个或多个层可包括选自由以下项组成的组的最少90重量％的一种或多种材料：铝(Al)、锑(Sb)、砷(As)、铋(Bi)、溴(Br)、铯(Cs)、氯(Cl)、镓(Ga)、铟(In)、锂(Li)、氧(O)、磷(P)、钾(K)、铷(Rb)、银(Ag)、钠(Na)和碲(Te)。至少一层气相沉积材料中的一个或多个层可包括选自由以下项组成的组的最少90重量％的一种或多种材料：硅(Si)、氮化硼(BN)、二氧化钛(TiO2)、碳化硅(SiC)和二氧化硅(SiO2)。电势差可施加在光电阴极与GEM板之间。装置可包括读出阳极。装置可包括聚焦元件。聚焦元件可包括导电柱或导电环。壳体可为圆柱形的。
附图说明
[0009]提供了对每个附图的简要描述，以更充分地理解在本公开的详细描述中使用的附图。
[0010]图1示出了具有倍增极的真空管光电倍增管的示例；
[0011]图2示出了具有倍增极的真空管光电倍增管的示意图；
[0012]图3示出了根据示例性实施方案的使用气体电子倍增器(GEM)板的光电倍增管的示意图；
[0013]图4A示意性地示出了使用GEM板的电子倍增的机构；
[0014]图4B示意性地示出了根据示例性实施方案的光电倍增管内的电子路径的模拟结果；
[0015]图5示意性地示出了施加在壳体内的光电阴极与气体电子倍增器(GEM)板之间的电势场；
[0016]图6A示出了根据本公开的示例性实施方案的使用GEM板的另一示例性光电倍增管的示意性侧向截面图；并且
[0017]图6B示出了图6A的光电倍增管的等轴剖视图。
[0018]应当理解，上文引用的附图未必按比例绘制，从而呈现说明本公开的基本原理的各种特征的一定程度的简化表示。本公开的具体设计特征，包括例如具体尺寸、取向、位置和形状，将部分地由特定预期应用和使用环境确定。
具体实施方式
[0019]由于玻璃真空管结构，一些光电倍增管(PMT)可为脆弱的并且与将PMT暴露于高温和高振动(诸如井下钻井应用)的工作环境不相容。玻璃真空管PMT也可能不可靠并且较昂贵。因此，本公开的实施方案提供了解决这些缺陷的改进的光电倍增管。例如，改进的光电倍增管可包括加固的壳体和改善冲击和振动性能的气体电子倍增器(GEM)板。在一些实施方案中，倍增极结构可用一个或多个GEM板替换，以减小装置的长度。改进的光电倍增管的应用可包括但不限于井下钻井应用中的伽马射线检测、用于安全应用、医疗保健应用等的放射性检测。
[0020]图1示出了使用倍增极100的真空管光电倍增管的示例，并且图2示出了具有倍增极100的真空管光电倍增管的示意图。参考图2，具有倍增极100的真空管光电倍增管可以通
过设置在玻璃管110的一端的光学窗口105接收入射光。玻璃管110保持在真空压力下。光电阴极115设置在光学窗口105上，多个倍增极120设置在玻璃管110内，并且阳极125设置在多个倍增极120之后。阳极125和多个倍增极120中的每一者通过馈通件连接到连接器引脚130。在操作中，入射光子可撞击光电阴极115材料，该材料可呈现为沉积(例如，气相沉积)在光学窗口105的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，所述装置包括：壳体，所述壳体包括近侧端部和远侧端部；光学窗口，所述光学窗口设置在所述壳体的所述近侧端部处；端壁板，所述端壁板设置在所述壳体的所述远侧端部处；馈通件，所述馈通件穿透所述端壁板；和气体电子倍增器(GEM)板，所述GEM板设置在所述光学窗口与所述端壁板之间。2.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括作为薄膜涂覆在所述光学窗口的表面上的光电阴极。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述光电阴极包括锑化钾钠。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述馈通件包括：导电线，所述导电线穿透所述端壁板；和气密密封件，所述气密密封件位于所述导电线与所述端壁板之间。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学窗口包括蓝宝石。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述壳体包括钛或铝。7.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括气体混合物，其中所述气体混合物包括比例气体。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述比例气体包括元素周期表的第18族或氮气中的一者。9.根据权利要求8所述的装置，其中所述比例气体是氮气。10.根据权利要求7所述的装置，其中所述气体混合物还包括骤冷气体。11.根据权利要求10所述的装置，其中所述骤冷气体包括CO2、CH4或CF4中的一者。12.根据权利要求2所述的装置，其中所述光电阴极包括至少一层气相沉积材料。13.根据权利要求12所述的装置，其中所述至少一层气相沉积材料中的一个或多个层的厚度小于或等于200纳米。14.根据权利要求12所述的装置，其中所述至少一层气相沉积材料中的每个层包括选自由以下项组成的组的最少90重量％的一种或多种材料：锑(Sb)、锑与钾的化合物(1:1)(KSb)、锑与钾的化合物(2:1)(KSb2)、锑与钾的化合物(5:4)(K5Sb4)、三氧化锑(Sb2O3)、铯(Cs)、锑化铯(Cs3Sb)、砷化镓(GaAs)、含有铯的砷化镓(GaAs(Cs))、铋化铯(Cs3Bi)、含有氧的铋化铯(Cs3Bi(O))、含有银的铋化铯(Cs3Bi(Ag))、碘化铯(CsI)、氧化铯(Cs2O)、碲化铯(Cs2Te)、镓铝砷(Ga
0.25
Al
0.75

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：贝克休斯控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：