Введение к работе
Актуальность работы
Поиск новых методов диагностики электромагнитного и корпускулярного излучения является одним ив приоритетных направлений в научных исследованиях. Вторично-эмиссионные методы диагностики потоков электромагнитного и корпускулярного излучения, основанные на применение вторично-эмиссионных пористых материалов, обладают рядом уникальных возможностей и широко используются в экспериментальной физике и технике. Параметры процесса детектирования при этом определяются взаимодействием первичного излучения с пористым материалом,образованием быстрых первичных электронов и вторичных электронов с низкой энергией,процессами переноса и лавинообразованием вторичных электронов .
Уникальные возможности вторично-эмиссионных методов в настоящее время не могут быть использованы для диагностики жесткого ионизирующего излучения по двум причинам. Во-первых, закономерности электронной эмиссии,индуцирванной жестким ионизирующим излучением в пористых вторично-эмиссионных материалах изучены недостаточно,что не позволяет оптимизировать параметры детекторов,а во-вторых,методы детектирования при помощи тонких пористых слоев применяемые в настоящее время для детектирования непроникающего излучения вторично-эмиссионными методами, непригодны для детектирования жесткого ионизирующего излучения, так как при этом получается низкая чувствительность .
Процессы образования и переноса вторичных электронов во вторично-эмиссионных пористых материалах сопровождаются эф-фектами насыщения . Эти эффекты оказывают существенное влияние на процессы вторично-электронной эмиссии и лавинообра-зования , но до настоящего времени не была удовлетворительной модели для их описания .
В поцессах взаимодействия излучения с пористым материалом, эмиссии и лавинообразования вторичных электронов наблюдается ряд явлений,механизмы которых в настоящее время не вполне ясны. Одним из них является усиленная полем самоподдерживающаяся электронная эмиссия в пористых диэлектриках,которая не может быть объяснена в рамках существующих моделей. Другим является "эффект близости" вторично-эмиссионных микроканалов пористого материала,показывающий наличие взаимосвязи между близкорасположенными порами.
Цель работы
Целью настоящей работы является изучение процессов электронной эмиссии и лавинообразования , индуцированных рентгеновским излучением во вторично-эмиссионных пористых материалах, разработка новых и усовершенствование существующих вторично-эмиссионных методов диагностики жесткого рентгеновского излучения,моделирование процессов насыщения эмиссионного тока при регистрации излучения вторично-эмиссионными методами и разработка методов подавления влияния этого эффекта.
Научная новизна работы
Разработана модель и проведен расчет электронной эмиссии, индуцированной рентгеновским излучением в пористых вторично-эмиссионных материалах. Показано, что для каждого значения энергии рентгеновских квантов существует наиболее оптимальная комбинация структурных и композиционных параметров пористого материала,обеспечивающая максимальную величину электронной эмиссии.
Предложены и апробированы новые методы диагностики жесткого рентгеновского излучения на основе применения объемных вторично-эмиссионных пористых материалов. На основе пористых вторично-эмиссионных материалов предложен и апробирован новый тип детектора ионизирующего излучения - пористая камера.
Предложен метод спектрометрии рентгеновского излучения с применением вторично-эмиссионных пористых материалов,основанный на новом принципе конверсии: энергия кванта-число возбужденных микролор .
Разработана модель насыщения эмиссионного тока при регистрации излучения вторично-эмиссионными методами . Получена система дифференциальных уравнений , описывающая процесс развития эмиссионного тока в неоднородном самосогласованном поле эмит-тирующего слоя. Показано, что наблюдаемый "эффект близости" микропор возникает вследствие неоднородного перераспределения потенциала эмиттирующего елся в режиме насыщения.
Предложена модель усиленной полем самоподдерживающейся электронной эмиссии в пористых диэлектриках.
- 5 -Показано, что механизмом образования первичных электронов на границе металл-пористый диэлектрик является автоэлектронная эмиссия из металла,а электрическое поле необходимой напряженности для возникновения автоэмиссии из металла образуется в результате перераспределения поля в слое пористого диэлектрика вследствие неоднородного распределения проводимости слоя .
Основные положения, выносимые на защиту
-
Моделирование и расчет электронной эмиссии, индуцированной рентгеновским излучением во вторично-эмиссионных пористых материалах.
-
Методы оптимизации структурных и композиционных параметров вторично-эмиссионных пористых материалов, используемых для детектирования жесткого рентгеновского излучения .
-
Разработка новых методов диагностики рентгеновского излучения с использованием объемных вторично-эмиссионных пористых материалов и новых вторично-эмиссионных детекторов жесткого рентгеновского излучения - пористых камер .
-
Разработка аналитической модели насыщения вторично-эмиссионного тока при детектировании электромагнитного и корпускулярного излучения вторично-эмиссионными методами.
-
Разработка методов подавления влияния эффектов насыщения на процессы детектирования .
-
Модель усиленной полем самоподдерживающейся электронной эмиссии во вторично-эмиссионных пористых диэлектриках.
-
Усовершенствование вторично-эмиссионных методов детектирования потоков корпускулярного излучения, применяемых в маес-спектрометрии.
Практическая значимость работы
Предложенные методы диагностики жесткого рентгеновского излучения с использованием объемных пористых вторично-эмиссионных материалов имеют наилучшее сочетание чувствительности, пространственного и временного разрешения и могут быть использованы в таких областях,как томография,неразрушающий контролі., радиография,а также в ряде областей экспериментальной физик;; .
Предложенный метод бокового облучения микрокана'^нп/.
пластины (МКП) позднее нашел применение для полупроводниковых методов диагностики излучения в работах других авторов .
Покаеано, что структурные и комповиционные параметры МКП, используемых в настоящее время для регистрации рентгеновского излучения,являются не оптимальными и предложены методы их оптимизации .
Предложенная модель самоподдерживающейся электронной эмиссии во вторично-эмиссионных пористых диэлектриках позволит оптимизировать параметры этих материалов для разработки на их основе эффективных детекторов излучения , усилителей изображения , а также катодов холодной эмиссии .
Разработанная модель насыщения эмиссионного тока позволяет оптимизировать параметры вторично-эмиссионных детекторов и увеличивать их динамический диапазон.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на семинарах лаборатории масс-спектрометрии ФТИ им. А. Ф. Иоффе , физико-технической лаборатории НИИЭФА им.Д. В. Ефремова , кафедры экспериментальной ядерной физики СПбГТУ .
Результаты работы опубликованы в четырнадцати печатных работах , получены патент и два авторских свидетельства.
Структура и объем диссертации
