كاشف الألواح الميكروية

تُستخدم صفيحة القنوات الدقيقة (MCP) للكشف عن الجسيمات المفردة ( الإلكترونات والأيونات والنيوترونات [ 1 ] ) ^{والفوتونات}⁽^الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية ) . وهي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمضاعف الإلكترونات ، حيث يعمل كلاهما على تكثيف الجسيمات المفردة أو الفوتونات عن طريق مضاعفة الإلكترونات عبر الانبعاث الثانوي . ^[²^] ولأن كاشف صفيحة القنوات الدقيقة يحتوي على العديد من القنوات المنفصلة، فإنه يوفر دقة مكانية عالية.

التصميم الأساسي

الصفيحة ذات القنوات الدقيقة عبارة عن لوح مصنوع من مادة مقاومة (غالباً من الزجاج) بسماكة تتراوح بين 0.5 و 2 مم، ويحتوي على مجموعة منتظمة من الأنابيب الدقيقة (القنوات الدقيقة) تمتد من سطح إلى آخر. يبلغ قطر هذه القنوات الدقيقة عادةً من 5 إلى 20 ميكرومتر ، وهي متوازية مع بعضها البعض، وتدخل الصفيحة بزاوية صغيرة مع السطح (من 8 إلى 13 درجة عن الوضع العمودي ). غالباً ما تكون الصفائح على شكل أقراص دائرية، ولكن يمكن قصها بأي شكل بأحجام تتراوح من 10 مم إلى 200 مم. كما يمكن أن تكون منحنية.

وضع التشغيل

عند الطاقات غير النسبية، تُحدث الجسيمات المفردة عادةً تأثيرات ضئيلة للغاية بحيث لا يمكن رصدها مباشرةً. تعمل صفيحة القنوات الدقيقة كمضخم للجسيمات، محولةً الجسيم الساقط إلى سحابة من الإلكترونات. بتطبيق مجال كهربائي قوي عبر صفيحة القنوات الدقيقة، تصبح كل قناة دقيقة مضاعفًا إلكترونيًا ثنائي العقدة مستمرًا .

يضمن دخول أي جسيم أو فوتون إلى إحدى القنوات عبر فتحة صغيرة اصطدامه بجدار القناة، نظرًا لكونها مائلة بالنسبة للصفيحة. يُطلق هذا الاصطدام سلسلة من الإلكترونات تنتشر عبر القناة، مُضخِّمةً الإشارة الأصلية بعدة مراتب، وذلك تبعًا لشدة المجال الكهربائي وهندسة صفيحة القناة الدقيقة. بعد هذه السلسلة، تحتاج القناة الدقيقة إلى وقت للتعافي (أو إعادة الشحن) قبل أن تتمكن من رصد إشارة أخرى.

تخرج الإلكترونات من القنوات الموجودة على الجانب المقابل من الصفيحة، حيث يتم تجميعها على مصعد. صُممت بعض المصاعد للسماح بتجميع الأيونات بدقة مكانية، مما ينتج صورة للجسيمات أو الفوتونات الساقطة على الصفيحة.

على الرغم من أن المصعد الجامع يعمل في كثير من الحالات كعنصر كاشف، إلا أنه يمكن استخدام مضاعف القنوات الدقيقة (MCP) نفسه ككاشف. ويمكن فصل عملية تفريغ وإعادة شحن الصفيحة الناتجة عن سلسلة الإلكترونات عن الجهد العالي المطبق عليها وقياسها، وذلك لإنتاج إشارة مباشرة تتوافق مع جسيم واحد أو فوتون.

يُعدّ كسب مُضاعف القنوات الدقيقة (MCP) شديد التشويش، ما يعني أن جسيمين متطابقين يتم رصدهما تباعًا غالبًا ما يُنتجان إشارات مختلفة تمامًا في شدتها. يُمكن إزالة التذبذب الزمني الناتج عن تباين ارتفاع الذروة باستخدام مُميّز ذي نسبة ثابتة . عند استخدامه بهذه الطريقة، يُصبح مُضاعف القنوات الدقيقة قادرًا على قياس أوقات وصول الجسيمات بدقة عالية، ما يجعله كاشفًا مثاليًا لأجهزة قياس الطيف الكتلي .

موقف سيارات شيفرون

تتكون معظم كواشف القنوات الدقيقة الحديثة من لوحين دقيقين بقنوات مائلة، يدوران بزاوية 180 درجة عن بعضهما، مما يُنتج شكلاً متعرجاً ضحلاً (على شكل حرف V). في كاشف القنوات الدقيقة المتعرج، تبدأ الإلكترونات الخارجة من اللوح الأول سلسلة التفاعلات في اللوح التالي. تقلل الزاوية بين القنوات من ارتداد الأيونات في الجهاز، كما تُنتج كسبًا أكبر بكثير عند جهد معين، مقارنةً بكاشف القنوات الدقيقة ذي القنوات المستقيمة. يمكن ضغط اللوحين معًا للحفاظ على الدقة المكانية، أو ترك فجوة صغيرة بينهما لتوزيع الشحنة على قنوات متعددة، مما يزيد الكسب بشكل أكبر.

مجموعة Z MCP

هذا عبارة عن مجموعة من ثلاث لوحات قنوات دقيقة، حيث تصطف القنوات على شكل حرف Z. يمكن أن تصل قيمة كسب لوحة القنوات الدقيقة الواحدة إلى 10000 (40 ديسيبل )، لكن هذا النظام قادر على توفير كسب يزيد عن 10 ملايين (70 ديسيبل ). ^{[ 3 ]}

الكاشف

لوحة قنوات دقيقة داخل كاشف مصفوفة المسح الضوئي لعد الأيونات المعتمد على الموقع والزمن (PATRIC) في مطياف الكتلة القطاعي Finnigan MAT 900

يُستخدم مُقسِّم جهد خارجي لتطبيق 100 فولت على بصريات التسريع (لكشف الإلكترونات)، وكل مُضاعف دقيق للقنوات (MCP)، والفجوة بين مُضاعفات القنوات الدقيقة، والجانب الخلفي للمُضاعف الدقيق الأخير، والمُجمِّع ( الأنود ). يُحدِّد الجهد الأخير زمن انتقال الإلكترونات، وبالتالي عرض النبضة .

الأنود عبارة عن صفيحة بسمك 0.4 مم وحافة نصف قطرها 0.2 مم لتجنب شدة المجال العالية. حجمها مناسب لتغطية المساحة الفعالة لـ MCP، لأن الجانب الخلفي لآخر MCP والأنود يعملان معًا كمكثف بمسافة فاصلة 2 مم، والسعة الكبيرة تُبطئ الإشارة. تؤثر الشحنة الموجبة في MCP على الشحنة الموجبة في الطبقة المعدنية الخلفية. ينقل شكل حلقي مجوف هذه الشحنة حول حافة صفيحة الأنود. يُعد الشكل الحلقي الحل الأمثل بين السعة المنخفضة والمسار القصير، ولأسباب مماثلة، لا يُستخدم عادةً أي عازل (ماركور) في هذه المنطقة. بعد ثني الشكل الحلقي بزاوية 90 درجة، يُمكن توصيل موجه موجي محوري كبير . يسمح الشكل المخروطي بتقليل نصف القطر لاستخدام موصل SMA . لتوفير المساحة وتقليل أهمية مطابقة المعاوقة، غالبًا ما يُختزل الشكل المخروطي إلى مخروط صغير بزاوية 45 درجة على الجانب الخلفي لصفيحة الأنود.

لا يمكن تغذية المضخم الأولي مباشرةً بجهد 500 فولت النموذجي بين الجانب الخلفي لآخر مُضاعف دقيق للقناة (MCP) والمصعد؛ لذا يحتاج الموصل الداخلي أو الخارجي إلى مانع تيار مستمر ، أي مكثف. غالبًا ما يُختار أن تكون سعته عشرة أضعاف سعة المكثف بين مُضاعف القناة والمصعد، ويُنفذ على شكل مكثف لوحي. تسمح الألواح المعدنية المصقولة كهربائيًا والمستديرة، بالإضافة إلى الفراغ العالي جدًا، بالحصول على شدة مجال عالية جدًا وسعة عالية دون الحاجة إلى عازل. يُطبق انحياز الموصل المركزي عبر مقاومات معلقة عبر الدليل الموجي (انظر وصلة الانحياز ). إذا استُخدم مانع التيار المستمر في الموصل الخارجي، فإنه يُحاذى بالتوازي مع المكثف الأكبر في وحدة التغذية. بافتراض وجود حماية جيدة، فإن الضوضاء الوحيدة ناتجة عن ضوضاء التيار من منظم الطاقة الخطي. نظرًا لانخفاض التيار في هذا التطبيق وتوفر مساحة للمكثفات الكبيرة، ولأن مكثف حجب التيار المستمر سريع، فمن الممكن الحصول على ضوضاء جهد منخفضة للغاية، بحيث يمكن اكتشاف حتى إشارات MCP الضعيفة. في بعض الأحيان، يكون المضخم الأولي موصولًا بجهد ( بعيدًا عن الأرض ) ويحصل على طاقته من خلال محول عزل منخفض الطاقة ، ويُخرج إشارته بصريًا .

يكون كسب مضاعف القنوات الدقيقة (MCP) شديد التشويش، خاصةً مع الجسيمات المفردة. عند استخدام مضاعفين سميكين (أكبر من 1 مم) وقنوات صغيرة (أقل من 10 ميكرومتر)، يحدث تشبع، لا سيما عند نهايات القنوات بعد حدوث العديد من عمليات تضاعف الإلكترونات. وتدخل المراحل الأخيرة من سلسلة مكبرات أشباه الموصلات التالية في حالة التشبع أيضًا. تُرسل نبضة ذات طول متغير، ولكن بارتفاع ثابت وحافة أمامية منخفضة الارتعاش ، إلى محول الوقت إلى رقمي . ويمكن تقليل الارتعاش بشكل أكبر باستخدام مُمَيِّز ذي كسر ثابت . هذا يعني أن مضاعف القنوات الدقيقة والمضخم الأولي يُستخدمان في المنطقة الخطية (حيث تكون الشحنة الفضائية مهملة)، ويُفترض أن شكل النبضة ناتج عن استجابة نبضية ، ذات ارتفاع متغير ولكن شكل ثابت، من جسيم مفرد.

نظرًا لأن أنابيب التضخيم الدقيقة (MCPs) تحمل شحنة ثابتة يمكن تضخيمها خلال عمرها، فإن أنبوب التضخيم الدقيق الثاني تحديدًا يعاني من مشكلة في عمره الافتراضي. ^{[ 4 ]} من المهم استخدام أنابيب تضخيم دقيقة رقيقة، وجهد منخفض، وبدلًا من الجهد العالي، استخدام مضخمات أشباه موصلات أكثر حساسية وسرعة بعد المصعد. (انظر: الانبعاث الثانوي#أنابيب التضخيم الخاصة ، ^[⁵^]^[⁶^]^[⁷^] ).

مع معدلات العد العالية أو الكواشف البطيئة (مثل مضاعفات الفوتونات الدقيقة ذات الشاشة الفسفورية أو المضاعفات الضوئية المنفصلة )، تتداخل النبضات. في هذه الحالة، يُستخدم مُضخِّم ذو مقاومة عالية (بطيء، ولكنه أقل ضوضاءً) ومُحوِّل تناظري رقمي . نظرًا لأن إشارة الخرج من مضاعف الفوتونات الدقيقة تكون صغيرة عمومًا، فإن وجود الضوضاء الحرارية يُحدِّد قياس البنية الزمنية لإشارة مضاعف الفوتونات الدقيقة. مع ذلك، باستخدام مخططات التضخيم السريعة، يُمكن الحصول على معلومات قيِّمة حول سعة الإشارة حتى عند مستويات الإشارة المنخفضة جدًا، ولكن ليس حول معلومات البنية الزمنية لإشارات النطاق العريض .

كاشف خط التأخير

في كاشف خط التأخير، تُسرَّع الإلكترونات إلى 500 إلكترون فولت بين الجزء الخلفي من آخر مُضاعِف قنوات دقيقة (MCP) وشبكة. ثم تطير لمسافة 5 مم وتتشتت على مساحة 2 مم. يلي ذلك شبكة. يبلغ قطر كل عنصر 1 مم ويتكون من عدسة كهروستاتيكية تُركِّز الإلكترونات الواردة عبر فتحة قطرها 30 ميكرومتر في صفيحة ألومنيوم مؤرضة. خلف ذلك، أسطوانة بنفس الحجم. تُحفِّز سحابة الإلكترونات نبضة سالبة مدتها 300 بيكو ثانية عند دخولها الأسطوانة ونبضة موجبة عند خروجها. بعد ذلك، صفيحة أخرى، ثم أسطوانة ثانية، ثم صفيحة أخيرة. في الواقع، تندمج الأسطوانات في الموصل المركزي لخط نقل . تُقلِّل الصفائح من التداخل بين الطبقات والخطوط المجاورة في الطبقة نفسها، مما قد يؤدي إلى تشتت الإشارة وظهور رنين. تتلوى خطوط النقل هذه عبر المصعد لتوصيل جميع الأسطوانات، وتوفير مقاومة 50 أوم لكل أسطوانة، وتوليد تأخير يعتمد على الموضع. نظرًا لأن الانحناءات في الخط الميكروي تؤثر سلبًا على جودة الإشارة، فإن عددها محدود، وللحصول على دقة أعلى، يلزم استخدام عدة خطوط ميكروية مستقلة. تُوصل هذه الخطوط المتعرجة من كلا الطرفين بإلكترونيات الكاشف. تقوم هذه الإلكترونيات بتحويل التأخيرات المقاسة إلى إحداثيات س (الطبقة الأولى) وص (الطبقة الثانية). في بعض الأحيان، تُستخدم شبكة سداسية وثلاثة إحداثيات. يقلل هذا التكرار من زمن التوقف عن طريق تقليل أقصى مسافة انتقال، وبالتالي أقصى تأخير، مما يسمح بإجراء قياسات أسرع. يجب ألا يعمل كاشف لوحة القنوات الدقيقة عند درجة حرارة تزيد عن 60 درجة مئوية تقريبًا، وإلا فسيتلف بسرعة، ولا يؤثر التسخين بدون جهد على أدائه.

التطبيقات

يُستخدم نظام الألواح الميكروية على نطاق واسع في أنابيب تكثيف الصور لنظارات الرؤية الليلية ، حيث يُضخّم الضوء المرئي وغير المرئي لجعل البيئات المظلمة مرئية للعين البشرية . كما تُستخدم كاشفات الألواح الميكروية بكثرة في أجهزة البحث الفيزيائي، ويمكن العثور عليها في أجهزة مثل مطياف الإلكترون ومطياف الكتلة .

استخدمت شاشة عرض CRT تعمل في الوقت الحقيقي بتردد 1 جيجاهرتز لجهاز راسم الإشارة التناظري (Tektronix 7104) لوحة قنوات دقيقة موضوعة خلف شاشة الفوسفور لتكثيف الصورة. وبدون هذه اللوحة، ستكون الصورة باهتة للغاية بسبب التصميم الإلكتروني البصري.

انظر أيضاً

مراجع

↑ تريمسين، أ.س.؛ مكفيت، ج.ب.؛ ستيوير، أ.؛ كوكلمان، و.؛ بارادوفسكا، أ.م .؛ كيليهر، ج.ف.؛ فاليرغا، ج.ف.؛ سيغموند، أ.هـ.و.؛ فيلر، و.ب. (28 سبتمبر 2011). "رسم خرائط الإجهاد عالي الدقة من خلال حيود نقل النيوترونات بتقنية زمن الطيران باستخدام كاشف عد النيوترونات ذي لوحة القنوات الدقيقة". الإجهاد . 48 (4): 296-305 . doi : 10.1111/j.1475-1305.2011.00823.x . S2CID 136775629 .
↑ ويزا، ج. (1979). "كواشف الألواح ذات القنوات الدقيقة". الأدوات والأساليب النووية . 162 ( 1-3 ): 587-601 . Bibcode : 1979NucIM.162..587L . CiteSeerX 10.1.1.119.933 . doi : 10.1016/0029-554X(79)90734-1 .
↑ فولفغانغ غوبل؛ يواكيم هيسه؛ جيه إن زيميل (26-09-2008). أجهزة الاستشعار، أجهزة الاستشعار البصرية . جون وايلي وأولاده . ص 260 وما بعدها. ISBN 978-3-527-26772-9.
↑ SO Flyckt و C. Marmonier، أنابيب المضاعف الضوئي - المبادئ والتطبيقات. Photonis، بريف، فرنسا، 2002، الصفحات 1-20 .
↑ جيميك، هارتموت (11 نوفمبر 1998). "مذكرة حول المضاعف الضوئي" . web.physics.utah.edu . تم الاطلاع عليه في 5 نوفمبر 2023 .
↑ أرشيف الإنترنت Wayback Machine
↑ ماتسورا، س.؛ أوميباياشي، س.؛ أوكوياما، س.؛ أوبا، ك. (1985). "خصائص مضاعف القنوات الدقيقة المُطوَّر حديثًا وتجميعه". معاملات IEEE في العلوم النووية . 32 (1): 350-354 . Bibcode : 1985ITNS...32..350M . doi : 10.1109/TNS.1985.4336854 . S2CID 37395966 .

فهرس

ويستماكوت، جي.؛ فرانك، إم.؛ لابوف، إس إي؛ بينر، دبليو إتش (2000). "استخدام كاشف وصلة نفقية فائقة التوصيل لقياس كفاءة انبعاث الإلكترونات الثانوية لكاشف لوحة القنوات الدقيقة المُقصف بأيونات جزيئية كبيرة". الاتصالات السريعة في قياس الطيف الكتلي . 14 (19): 1854-1861 . رمز Bibcode : 2000RCMS...14.1854W . doi : 10.1002/1097-0231(20001015)14:19 < 1854::AID-RCM102 > 3.0.CO ; 2-M . PMID 11006596 .
غاير، ب.؛ سايلر، أ.م.؛ وانغ، ب.ك.؛ جونسون، ن.ج.؛ ليونارد، م.؛ بارك، إ.؛ كارنز، ك.د.؛ بن إسحاق، إ. (2007). "تحديد الكفاءة المطلقة لكاشف لوحة القنوات الدقيقة ذي خط التأخير باستخدام التفكك الجزيئي". مراجعة الأدوات العلمية . 78 (2): 024503–024503–5. Bibcode : 2007RScI...78b4503G . doi : 10.1063/1.2671497 . hdl : 2097/43729 . PMID 17578132 .
ريتشاردز، ب.؛ ليز، ج. (2002). "علم البروتينات الوظيفي باستخدام كاشفات الألواح الميكروية". علم البروتينات . 2 ( 3 ): 256-261 . doi : 10.1002/1615-9861(200203)2:3 < 256::AID-PROT256 > 3.0.CO ; 2-K . PMID 11921441. S2CID 44466566 .
مايكل لامبتون (1 نوفمبر 1981). "مكثف الصور ذو القنوات الدقيقة". مجلة ساينتفك أمريكان . 245 (5): 62-71 . Bibcode : 1981SciAm.245e..62L . doi : 10.1038/scientificamerican1181-62 .
براءة اختراع أمريكية رقم 5,565,729
براءة الاختراع الأمريكية رقم 5,265,327
براءة الاختراع الأمريكية رقم 7,420,147
براءة اختراع أمريكية رقم 3,979,621
براءة اختراع أمريكية رقم 4,153,855
براءة اختراع أمريكية رقم 7,990,032
براءة اختراع أمريكية رقم 4,780,395

روابط خارجية

مبادئ تشغيل لوحة القنوات الدقيقة
تخيل الكون التابع لناسا

[1] تريمسين، أ.س.؛ مكفيت، ج.ب.؛ ستيوير، أ.؛ كوكلمان، و.؛ بارادوفسكا، أ.م .؛ كيليهر، ج.ف.؛ فاليرغا، ج.ف.؛ سيغموند، أ.هـ.و.؛ فيلر، و.ب. (28 سبتمبر 2011). "رسم خرائط الإجهاد عالي الدقة من خلال حيود نقل النيوترونات بتقنية زمن الطيران باستخدام كاشف عد النيوترونات ذي لوحة القنوات الدقيقة". الإجهاد . 48 (4): 296-305 . doi : 10.1111/j.1475-1305.2011.00823.x . S2CID 136775629 .

[2] ويزا، ج. (1979). "كواشف الألواح ذات القنوات الدقيقة". الأدوات والأساليب النووية . 162 ( 1-3 ): 587-601 . Bibcode : 1979NucIM.162..587L . CiteSeerX 10.1.1.119.933 . doi : 10.1016/0029-554X(79)90734-1 .

[3] فولفغانغ غوبل؛ يواكيم هيسه؛ جيه إن زيميل (26-09-2008). أجهزة الاستشعار، أجهزة الاستشعار البصرية . جون وايلي وأولاده . ص 260 وما بعدها. ISBN 978-3-527-26772-9.

[4] SO Flyckt و C. Marmonier، أنابيب المضاعف الضوئي - المبادئ والتطبيقات. Photonis، بريف، فرنسا، 2002، الصفحات 1-20 .

[5] جيميك، هارتموت (11 نوفمبر 1998). "مذكرة حول المضاعف الضوئي" . web.physics.utah.edu . تم الاطلاع عليه في 5 نوفمبر 2023 .

[6] أرشيف الإنترنت Wayback Machine

[7] ماتسورا، س.؛ أوميباياشي، س.؛ أوكوياما، س.؛ أوبا، ك. (1985). "خصائص مضاعف القنوات الدقيقة المُطوَّر حديثًا وتجميعه". معاملات IEEE في العلوم النووية . 32 (1): 350-354 . Bibcode : 1985ITNS...32..350M . doi : 10.1109/TNS.1985.4336854 . S2CID 37395966 .

والفوتونات

[

[ 3 ]

[ 4 ]

[

[

[

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗