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《中国建筑材料科学研究总院》 2018年
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微通道板芯皮玻璃界面扩散及电子增益理论模拟

石攀  
【摘要】:微通道板(Microchannel plates,MCP)具有高增益、低噪声、高分辨、宽动态等优良特性,在微弱光电信号成像、空间单光子探测、高能粒子探测、核诊断等诸多领域已得到广泛的应用。在微通道板众多特性中,电子增益是微通道板的基本性能,是实现电子倍增的前提。而微孔内壁表面的微观形貌及成分直接影响二次电子发射产额,其值又决定了微通道板电子增益。本文研究了微通道板各热加工条件下微通道芯、皮玻璃界面扩散性能,以及在压片法下芯、皮玻璃不同工艺的界面状态,构建了微孔内壁界面扩散过程模型,探讨了扩散与电子增益理论模型的关系,实现了电子增益理论模型的优化。首先,研究了微通道板制备过程中单、复丝拉制及坯板熔压等热过程下芯、皮玻璃界面间元素离子的扩散距离,并利用压片法模拟实际生产的微通道板芯、皮玻璃界面扩散,制得不同温度与压力下的界面扩散样品,分析样品扩散距离的变化及其对界面微观形貌的影响趋势。结果表明:微通道板芯、皮玻璃界面的离子扩散能力不同,并受到温度和压力的影响,随温度的提高和压力的增加而增强。微孔内壁表面的粗糙程度随界面扩散增强而增大,酸蚀剥离芯玻璃后的皮玻璃表面出现岛状结构,这种岛状颗粒在纤维拉制时就已经在界面处形成,表明芯、皮玻璃界面存在相互反应扩散。其次,研究了制备过程中单丝拉制、复丝拉制及热熔压三个热过程的温度参数对微通道板芯、皮玻璃界面扩散的影响,对微通道板坯板进行相同的酸蚀、还原、镀膜等理化工艺处理并测得电子增益。结果表明:热加工温度对芯、皮玻璃界面扩散程度有明显影响,进而影响电子增益的大小,而且单丝拉制、复丝拉制及热熔压的温度对电子增益的影响程度存在明显差异。最后,基于微通道板电子增益理论模型,模拟了通道长度与通道直径之比(长径比)、板两端工作电压以及入射角度等因素变化时对电子增益、渡越时间及碰撞次数的影响。分析了各理论模型的优缺点,改进了常曾虎修正模型,基于实验得到的增益结果,优化了改进模型的相关参数。采用Monte Carlo数学随机方法和Furman二次电子发射概率模型模拟微通道板电子传输、碰撞和倍增的过程,取得了与本实验增益结果吻合的模拟结果,同时根据不同拉制温度下的电子增益,对理论模型中与表面状况相关的常数进行了拟合计算,优化了修正理论模型中相关的常数。
【学位授予单位】:中国建筑材料科学研究总院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ171.1

【参考文献】
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