PMT基础知识之四(光电倍增管的稳定性)

光电倍增管基础知识之四

(光电倍增管的稳定性)

尽管光电倍增管在光和核探测的各个方面得到广泛应用。但存在一个重要的困难是它的增益（输出信号）随时间的漂移—疲劳（不稳），不断影响了测量的准确进行。

光电倍增光的稳定性是比较复杂的问题。它涉及到“内部”及“外部”的各种因素，所谓“内部因素”是指管子的材料及制造管子过程中的“工艺”；“外部因素”是指使用管子的工作条件的选择问题；本讲课主要谈一谈内部因素的问题。

从试验得知，光电倍增管疲劳（稳定性）表现为两个过程：“块变化”，“慢变化”。所不同的是过程的建立时间不同而已，而以后表现为稳定的平衡工作过程。

第一过程有人称之为“建立时间”。稳定性好的管子的建立时间大约从几分钟到半小时左右，稳定性差的管子一般是几个小时。

从试验可以看出输出电流于时间关系（稳定性）的变化趋势一般有三种：

1下降趋势（大多数）

2先上升，后下降趋势（少量）

3一直上升趋势（少量）

分析稳定性问题涉及到“外部因素”，和内部因素，这里不谈外部因素，只谈内部因素。

A管子材料

B. 管子结构

C. 激活工艺

1不良的真空技术（真空度低）

管子没有足够抽气或并没有充分烘烤，管内的剩余气体可能会阴极或（倍增级）里C S起化学反应。（如果管内装有消气剂，没有空气被抽走的气体会被消气剂作用而消除）。当然当较高的真空系统，剩余气体很少，就不会恶化阴极。纵使还有一些剩余气体（一般都是惰性气体，大概是氢气，氮气）不存在同Cs进行化学反应。

2剩余Cs

如果管子会有过量的剩余Cs在激发过程中没有起化学反应也没有被物质吸收。这些剩余Cs或迟或早都会凝结在阳极或倍增极上而降低灵敏度，因此要求Cs最佳数量很严格（如果有过量剩余Cs只能加强烘烤赶走过量C。，

A提高烘箱烘烤温度，即提高Cs蒸汽压使多余Cs蒸汽抽走。提高的温度可根据管内存在的Cs量多少，泵的抽速以及烘烤过程的持续时间来决定。从稳定角度出发，排除过量Cs是必不可少的。

B 用吸Cs消气剂

3不充分反应

众所诸知，用碱金属激活锑层生成光阴极，二次极K2C2Sb或Na2KSb的过程中存

在几种化学反应；

A首先是第一种碱金属与锑化合反应

B其次第二种碱金属时发生置换反应

C最后在高温下烘烤时存在分解反应

其中置换反应是有条件的：如先进钾，后进Ｃｓ即用Ｃｓ置换部分钾，条件是Ｃｓ蒸汽比钾的蒸汽压大１１倍，高温双碱阴极，即用钾置换阴极中部分Ｎａ其条件是钾蒸汽压必须大于Ｎａ的蒸汽压６００多倍。用Ｃｓ激活时厚的Ｓｂ表面一经激活就分解停止激活过程。即Ｃｓ不能在激活过程中深入深层，结果在存放和工作过程中就有可能

Ｃｓ扩散到深层，深层Ｃｓ化导致阴极表面层附近缺Ｃｓ降低了阴极灵敏度致使管子工作不稳。

4 扩散（氧化）

在气化时可以提高管子的阴极灵敏度，但也可能带来一些不利的影响。由于一些阴或Ｃｓ）扩散到阴极深层，或者在阴极深层里进行重新的物理分布，极表面物质（Ｏ

２

当管子从台上烤下后，２４小时内灵敏度会下降。一

。

5剩余气体的正离子轰击阴极。倍增极。（工作过程中）

Ａ剩余气体的压强不同，因此离子轰击的强度不同

Ｂ剩余气体的化学性质不同，因此离子轰击性质不同

C供给电压不同，轰击离子的能量不同

Ｄ取决于离子轰击是反射电子区不是发射区以外的区域。

有人曾经提出阴极工作稳定性随最大可能激活温度增加而增加。因此可以认为：ａ．激活温度是非常重要．（一般认为Ｃｓ

Ｓｂ阴极激活温度必须接近１４０℃，

３

ＫＳｂ（ｓ－２０）阴极激活温度最低也要１８０℃。激活温度和而（C S）Ｎａ

２

烘烤温度较高，一方面可以赶走剩余Ｃｓ和剩余气体．

ｂ．激活工艺，控制合适碱金属也是非常重要的。

ｃ．真空度

一般认为稳定性不好可能是由于碱金属多或者氧化。

要使光电倍增管处于比较稳定的工作状态必须对光电倍增进一行：

A “老化”

老化可以改善光电倍增管的稳定性图（32），但是，稳定性的改善程度与老化电流、老化时间及制造工艺有关。

B “预热”处理（亚工作状态，即小信号下工作）

有的使用者要求仪器开机立即就处在稳定的工作状态，这一要求不易达到。由于光电倍增管达到比较稳定的工作状态要有一定的建立时间。所以建议仪器工作前，先让光电倍增管处在“亚工作状态”（即在小负荷工作状态）。

c“达到建立时间后”（一般30分钟）再获取数据

D“自稳技术”或“稳峰技术”

稳定性测量时应该注意什么

1 首先确定调节高压或光路

2 在测试之前应现在暗处存放适当时间

3 工作条件，输出电流多少？达到规定值

4 半小时后获得数据

5 测量设备要稳定：光源电源的稳定度要优于0.01、%其指示精度要优于0.05%；高压电源稳定度要优于0.005%。