Столкнулся со странным поведением ФЭУ в режиме счета фотонов.
Сначала, увеличение питающего напряжения приводит к росту амплитуды отклика (как это и должно быть),
после перевала через 1.9 кВ амплитуда отклика уменьшается с ростом напряжения питания (как это НЕ должно быть).
ФЭУ регистрирует сцинциляции, вызванные естественным фоном.

Более подробно. Сначала снял зависимость общего числа отсчетов от питающего напряжения.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
В диапазоне 1600-2100 В количество фотонов не изменяется, ФЭУ в рабочем режиме.
Теперь, статистика амплитуд для разных питающих напряжений. По оси X амплитуда отклика, по оси Y - количество
подсчитанных импульсов за время накопления. Видно, что после 1.9 кВ (зеленый график) пик начинает
сдвигаться влево (2.0, 2.1, 2.2, 2.3 кВ) т.е. в сторону уменьшения амплитуды отклика.
Можно это как-то объяснить???
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Динатронный эффект?

Что за ФЭУ?
Когда я занимался лидарами, использовал ФЭУ-84 и др.
Никаких странных поведений обнаружено не было.

P.S.
Вернусь к работе в конце сентября - начале октября.
Постараюсь проверить на своих ФЭУ Ваши проблемы.
http://shot.qip.ru/00gZ9L-1OPovQGvq/

Я не вижу тут особой проблемы. Плохо объяснимая странность, Работать-то не мешает, ну настроить порог для данного питания и всё.

Сопротивления делителя и емкости на последних динодах поставьте соответствующие. Какой ФЭУ? Какая загрузка?

+1
Указывайте марку или геометрию ФЭУ, кол-во динодов, материал фотокатода.

Возможные варианты:
1. Слишком высокое Uacc приводит к разным паразитным явлениям: токи утечки между соседними динодами, полевая эмиссия с динодов, ионизация остаточных газов в трубке.
Лично мне не попадались ФЭУ с рекомендуемым Uacc>2кВ, обычно это диапазон от 1 до 2 кВ. На практике, стоит придерживаться Uacc на 20-30% меньше максимального, указанного в инструкции.
2. После определенного значения Uacc для некоторых материалов динодов коэфф. эмиссии вторичных электронов начинает уменьшаться.
3. Источник питания при высоких Uacc не обеспечивает нужный ток в динодной цепи: вы задаете 2кВ, а на делителе по факту меньше. Ток делителя обычно выбирают в диапазоне 50-500 мкА и источники для ФЭУ, как правило, на эти токи расчитаны.

Не пересвечивали ФЭУ при высоких Uacc? На Вашем графике довольно много отсчетов. Пробовали тот же тест при меньшей в 10-30 раз интенсивности засветки?

Спасибо всем за ответы!

Марку ФЭУ с ходу не сказать, ФЭУ спрятан в БЛБДЭГ2-22 (ФЭУ+сцинцилятор+предусилитель), сцинцилятор и ФЭУ выполнены не разборными, кроме вспышек сцинцилятора
ФЭУ не видит ничего, т.е. засветки быть не могло. Проблема в том, что блок 1978 года выпуска, после многолетней отлежки попытался его запустить.
Источник питания у меня 0.1% точности, с встроенным цифровым измерением, т.е. снижение напряжения из-за роста тока в цепи делителя
динодов - исключено. Отсчетов много из-за длительного времени накопления, в погоне за достоверностью собираю данные в файл 500 Mb,
это занимает 3-4 минуты, потом подсчитывается статистика импульсов. Интенсивностью засветки управлять не могу.

Есть подозрения, что чувствительность ФЭУ "плывет" от времени, а поскольку повышал напряжение последовательно в течении 20-30 минут,
сложилось впечатление, что это зависимость от напряжения. Попробую дать отстояться ФЭУ под напряжением пару часов.

Еще, вопрос, никому не попадался энергетический спектр естественного фона?
Ясно, что спектр будет отличаться и от места и от времени измерений, но что-то общее все равно должно быть.

ясно, раз у Вас сцинцилятор перед "мордой" ФЭУ стоит, то ФЭУ по идее чувствителен только к частицам и фотонам высоких энергий, хотя, если сцинцилятор из CsI, то ФЭУ будет и УФ-чувствительным. Лучше всего тестировать ФЭУ дав ему побыть в темноте 30мин-1час, тесты дрейфа проводить на строго постоянном Uacc. В Вашем случае, "темнота" - минимум естественного фона (поместите ФЭУ в материал, поглощающий излучение, возбуждающее сцинцилятор).

Чувствительность ФЭУ в самом деле дрейфует. Амплитуда дрейфа зависит от условий (интенсивность засветки, Uacc).

Предположу, что в таком старом ФЭУ может быть нарушен вакуум. Судя по тому, что он у Вас детектирует сигнал, хорошее разряжение там все же есть, но не исключен вариант слабой утечки через стеклянно-металлические границы на контактах (особенно, если подвергались механическому воздействию), как следствие, возросшая концентрация атмосферных газов -> повышенный темновой ток (см п.1 моего первого сообщ.). Все это зависит от конкретной модели ФЭУ, мануал на ФЭУ (сборку) крайне желателен, конечно же, ибо там дб указаны все параметры, которые вы можете верифицировать, полезно знать материал сцинцилятора. Если ФЭУ лежал в темноте много лет, ухудшений х-к произойти не должно.

А для чего Вам знать энергетический спектр фона?

Есть неплохая книжка 'PMT Handbook' у Hamamatsu, там и про сцинциляторы и про дрейф (см стр. 77) неплохо написано.

Сцинцилятор NaI(TI) - регистрирует гамму, это я хорошо помню. "Подразнить" (откалибровать по энергиям) его нечем.
Естественный фон - это единственное, что я могу регистрировать. Соответственно, хочется знать, как он (фон) должен выглядеть.
Хочу поставить детектор на круглосуточное "дежурстово", после ~20 лет лежания в шкафу.

Не очень представляю как поможет "калибровка по энергиям" определять тип источника излучения, но можете поискать изотопы Fe-55 или Co-60. Последним пользовался на лабораторных по ядерной физике в универе. Правда, интенсивность там очень маленькая.

Чего тут представлять? У каждого изотопа свой энергетический спектр. Бывает, конечно, некоторые линии накладываются.
У меня на миллиметровке остались спектры многих изотопов, снятых в прошлой жизни. Если интересно - отсканирую.
Тестовые наборы звали "дразнилками". Контроль за движением подобных препаратов находится в ведении силовых структур,
так что, даже пытаться искать не буду.

А вот спектр естественного фона не довелось увидеть, фирменные спектрофотометры
выполняют по геометрии "2ПИ", 2 ФЭУ смотрят на образец с двух сторон, из образца фотоны вылетают под 180 градусов
почему-то в распаде ядру запрещено отдачу испытывать, приходится фотонам разлетаться в разные стороны,
регистрируют только одновременные импульсы, таким образом, внешний фон становится не видим.

Мне кажется, основной вклад в естественный фон дает космическое излучение, Солнце в т.ч.

Нашел родную документашку на блок, у меня стоит ФЭУ-82. Сурьмяно-цезиевый фотокатод. 12 динодов. Максимальное напряжение 2500В.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
PS: Спасибо за книгу!

Работа фэу в режиме счета фотонов, да еще такого как фэу-82- это скорее искусство, чем ремесло. Я будучи ботаником, отбирал лучшее фэу из чуть ли не сотни, при этом обязательные ( с этими фэу) этапы - тренировка, до недели а может и больше, с постепенным повышением напряжения от 800 до максимума, и выдержка перед экспериментом в абсолютной темноте не менее 2-3 часов, опять же с постепенным повышением напряжения. Я думаю, ваш странный эффект связан с нестационарностью фэу во времени, надо такие проверки делать очень очень медленно - часами, а то и сутками. И никогда ни при каких условиях не засвечивать фэу, вынимать, вставлять и делать другие операции в полной темноте. Сугубо личный опыт работы с фэу, не претендую на абсолютное знание.

Все это правильно... Только у ТС не счет фотонов, а счет световых вспышек, которые, как я думаю, состоят не из одного кванта, а из многих, которые рождаются в кристалле при прохождении кванта жесткого излучения. Я вот так думаю. ТС меня поправит?

Это так. Я не очень понимаю, как с помощью голого ФЭУ Вы отличите один спектр от другого - у Вас же не спектрометр.

to Tanya,
так, сцинцилятор генерирует один или пачку фотонов, а ФЭУ уже может работать как в "обычном" (токовом) режиме, так и в photon counting (ПМСМ).

Так дискриминатор должен выделять энергию. Частица высокой энергии порождает световой поток, пропорциональный энергии. Интеграл от импульса...

Точно. Сцинцилятор же.

чтобы фэу работал в режиме "счета фотонов", время между фотонами должно быть больше характерного времени фэу, т.е. нескольких наносекунд. Разве со сцинциллятора фотоны уходят так редко?

Вот и я про то же. Там счет импульсов, наверное. С измерением амплитуды.

Конечно счет импульсов!
В моем понимании термин "в режиме счета фотонов" не означает регистрацию единичных гамма квантов, это противоположность режиму интегрирования фототока.
С предусилителя летят импульсы длительностью доли микросекунды, (плохо, но) видно на осциллографе с полосой 20 МГц.
Уж сколько там квантов, да еще вторичных эффектов с всякими видами рассеяния можно только догадываться.

В моем случае амплитуда импульса запоминается пиковым детектором, АЦП при каждом считывании сбрасывает ПД в исходное состояние.
Входящий поток импульсов разбрасывается на 2 одинаковых канала с пиковыми детекторами, АЦП вычитывает оба канала, собирая "осцилограмму"
в один файл. После того, как файл собран программа подсчитывает сколько каких амплитуд случилось и рисует энергетический спектр.

Вот и ввели одних в заблуждение, других - в недоумение...
Счет фотонов - давно устоявшийся термин, означающий, что исходный аналоговый сигнал с ФЭУ обрезается для удаления малых электронных лавин, образующихся при эмиссии не с фотокатода, который обычно еще и охлаждается.
При превышении порога обрезания счетчик инкрементируется.
Что же с питанием делать... Для стандартного счета фотонов ищут "полочку", коэффициента усиления, которая возникает оттого, что в некотором диапазоне напряжений между динодами коэффициент размножение электронов не меняется.
При аналоговой регистрации тоже полезно это делать, тогда нестабильность питания подавляется в какой-то там степени.
Аналогично нужно и Вам делать, так как по сути у Вас аналоговая регистрация.

Вот уж правда.


Что-то я сомневаюсь, что он не меняется. Мне кажется, полочка там будет только при наличии дискриминатора. Отсекаем импульсы, зародившиеся на динодах, и потому более слабые. В аналоговом режиме всё будет расти монотонно с ростом напряжения, и хорошо если с/ш будет просто неизменный.

А при "счетных" напряжениях, которые весьма высоки, в аналоговом режиме могут быть проблемы. Токи динодов могут шунтировать и просаживать делитель, раз. Тут про это писали уже, кажется. А два -- могут образовываться пространственные заряды, мешающие усилению. Тот самый динатронный эффект.

Так что только стабилизировать напряжение, увы.

Так как-же правильно называть режим работы ФЭУ, суть которого в измерении статистики амплитуд импульсов ФЭУ?
Счет световых вспышек?


Вот и вернулись к началу темы! :-) Именно с зависимости коэффициента усиления Ку от UHV я начал, и обнаружил, что после некоторого порога
Ку начинает падать. Вместо полочки - перегиб.


О какой стабилизации Вы говорите? Стабилитроны в цепи динодов?
Уменьшить номиналы резисторов в цепи делителя?
Высокое стабилизировано до +,- 1В (~0.1%). Лучше не получается.


Вы правы, в этом я уже убедился. Каждый раз зависимость Ку от UHV выглядит немного по разному. Есть большое желание избавиться от
сцинцилятора и погонять ФЭУ в полной темноте. Все карты путает отсутствие параметров входного сигнала.

спектрометрический же вроде... у Вас конденсаторы на последних динодах стоят?

линейный режим. Коротко и ясно.

ФЭУ конечно загадочные приборы, со всеми этими выдержкими в темноте и прочая. Но я бы начал с питания. Дело в том, что зависимость усиления ФЭУ от питания -- чуть слабее экспоненты. 0.1% как стабилизация "по входу" может и нормально, пока 220 на месте. А вот как там с температурой, всё хорошо?

Вообще, контролировать актуальное питание во время измерений -- не реально? Хотя бы разок, для проверки.



Это не отразит импульсный характер информации. Я, впрочем, не знаю термина и есть ли он.

Конечно реально, питание в зоне особого внимания, но первым делом попытаюсь запустить ФЭУ без сцинцилятора.
По температуре вопросов нет - все в комнате.
Вопрос, можно что-то использовать как световой источник с известными
параметрами световой энергии? Светодиод? Химическая реакция?


TSerg, а Вы как-то калибровали свои ФЭУ, типа вольт на люмен, что использовали в качестве источник света?


Да, стоят, этот-же блок в заводском исполнении предусилитель и делитель для ФЭУ.

а может действительно в этом проблема, утечки на делителе? напряжение на делителе при высоком входном не проверяли?

Все так, все так.
В общем, токовый режим в обсждаемом ФЭУ, а не счет фотонов.

P.S. Про питание автор заверил, что у него толковый источник.
P.P.S. Работал вроде бы с ФЭУ-84 в режиме счета фотонов. Никакого охлаждения не требовалось, питался "по инструкции", темновой отсчет был 30-40 фотонов/сек. У нас была коробка с этими ФЭУ, вывезенная с какого-то московского предприятия. Некоторые из ФЭУ стабильно работали с указанным темновым счетом, другие не работали вообще по причине отсутствия вакуума, примерно 50% годных ФЭУ.


красный светодиод в режиме пост. тока. Взять измеритель мощности (или откалиброванный фотодиод) и поставить вместо ФЭУ, определив сколько Вт/см2 попадает на "морду" ФЭУ. Проделать тоже самое с фэу, измерив его ток.
Чтобы не пересчевивать ФЭУ, сигнал с СД ослабить нейтральными фильтрами или просто бумагой для принтера.

А сам источник не разогревается? сколько у него там постоянная времени, немалая поди.


А зачем нужны абсолютные измерения, разве не достаточно просто стабильного источника излучения? Вообще, абсолютная фотометрия это тоска, с ФЭУ -- особенно.

Раз есть возможность блоки разбирать и что--то с ними делать, то я бы построил двухканалную штуку. Светодиод, коллиматор или еще какая оптика, делитель потока (поворотное или полупрозрачное зеркало), в одном плече фотодиод, в другом испытуемый ФЭУ, возможно с ослабителем потока.
Желательно, чтобы на фотодиод падал "весь поток", т.е. чтобы приемник не был диафрагмой. Вообще, лучше всего собрать основной пучок из линзы светодиода, отсечь на входе боковые лепестки, и чтобы более пучок ничто не ограничивало по ходу луча. НутрО хорошо бы зачернить, чтобы не ловить "духов" от бликов

Светодиод закормить примерно такими же по длительности импульсами, какие вы анализируете. В случае с полупрозрачным зеркалом -можно одновременно смотреть на оба импульса, с поворотным придется типа поочередно.

В такой схеме огрести температурных зависимостей проще простого, и даже не от плывущих характеристик полупроводников, а от механический расширений-сжатий. Поэтому я бы не верил в долговременные измерения, а просто защитил бы это от сквозняков, дал прогреться, и оперативненько прописал зависимость усиления ФЭУ от напряжения питания, с контролем по опорному каналу фотодиода. Светодиод кормить не очень большим током, чтобы не разогревать зря.

Идеально подошла бы трехпортовая фотометрическая сфера -- в один порт светит источник, во второй смотрит ФЭУ с ослабителем, в третий фотодиод. там меньше проблем с механическими подвижками элементов. Но сфера крепко ест поток, чем больше диаметр тем сильнее.

Измерять можно с учетом "ворот" импульса.

Если же удастся победить температурные эффекты в двухканальной схеме, то можно подумать о том, чтобы всегда иметь опорный источник. Тогда можно справиться и с дрейфом ФЭУ. Но сомневаюсь, что можно уложиться даже в 1%.

Как зачем? Взять хотя бы измерение квантовой эффективности ФЭУ.
P.S. Никогда не приходилось тосковать с ФЭУ и уж тем более с абсолютными измерениями )


Зачем контроллировать питание во время измерений, если источник постоянного напряжения (если верить автору) стабильно работает?

Да, но у автора пока более важная проблема, и чтобы разобраться в ней, не нужно абсолютных измерений.


Я это предложил до того, как автор написал. Ну и потом, питание, по-моему, наиболее подозрительный фактор. Так или иначе, я бы с него начал.

Я когда-то участовал в разработке фотометра поглощения, поверенного как средство измерения. Его 1% погрешности дался непросто.

В чем физика слежки за питанием во время измерения? В фэу текут суб микроамперные токи, а источник питания динодной цепи способен держать единицы ма.

Лично я бы на месте автора хотел увериться, что питание и правда стабильно, и выставленные 2.0-2.3 кВ реально присутствуют на делителе.


Кстати, а зачем такое высокое питание для токового режима?

Так он вроде утверждает, что питатель там штатный и исправно работающий. Я тоже подивился столь высокому напряжению, в частности, залезанию за 2кВ.

Небольшое замечание по поводу сцинцилятора. Если не ошибаюсь, соль NaI весьма гигроскопична. Если аппарат с 1978 г хранился с обычной атмосфере, сцинцилятор впитал в себя немало воды за долгие годы так, что там скорее всего не NaI, а NaI*H2O. Но это, конечно, не влияет на работу самого ФЭУ, но "спеки" сцинцилятора наверняка "уплыли".

Я бы не поверил в питальник 78 года ))

ФЭУ-82 кстати, если не путаю, позволяет до 2300. Но без счета фотонов в этом нет смысла, по-моему.
PS Заглянул в справочник. Максимальное напряжение 2500, а максимальный средний ток, между прочим -- 10 мА! всё это при максимальной мощности 1 Вт. Едва ли такой ток нужен в сцинтилляторе, конечно.

К сожалению, разобрать не удалось, с трудом открутил кольцевую гайку с торца ФЭУ, заглянул внутрь и ужаснулся,
вся труба поросла солью, в глубине трубы торец ФЭУ наглухо вклеен в камеру сцинцилятора, увы, снять темновой ток
ФЭУ не удалось.

Источник питания самодельный: H-мост, трансформатор, умножитель, фильтр, делитель, ОУ, АЦП 16 бит цифровой ПИД и ШИМ регулирование
питания H-моста, "живое" измерение на LCD высокого с точностью до 1В. Среднее значение высокого я контролирую визуально, держится
в пределах +,- 1В.

Есть вопрос по шумам от преобразователя 20 кГц по цепям высокого.

Высокое задрал так высоко, поскольку предполагал, что ФЭУ значительно деградировал, изначально смотрел на осциллографе, при каком
напряжении начинают лететь всплески более-менее высокой амплитуды, где-то от 1700-1800 начинается, ниже только непрерывный шумы низкой амплитуды.

значит сцинцилятор "пустил корни"? Он (NaI) должен хорошо растворяться в воде. Можно залить водой трубку на сутки, так хоть ФЭУ удастся спасти, а потом и новый сцинцилятор поставить. Если вода не помогает, можно попробовать так называемым раствором "пиранья" H2O2:H2SO4 (4:1, перекись добавлять в кислоту) - сожрет и соль, и органику (краску на стенках, клей, резиновые уплотнители и пр), но нужно дать ему остыть немного, иначе горячий раствор может способствовать расколу колбы ФЭУ.


Если таковые пролезают в выходной сигнал ФЭУ, то наверное можно отфильтровать в данных потом.

Это может сожрать все металлические детали еще...
А зачем вся эта операция по спасению рядового ФЭУ?

Я немного некорректно выразился солью поросла внешняя дюралевая труба блока БДЭГ. Там еще слой анодированного (желтенького) магнитного экрана, его время не тронуло. ФЭУ покрыт метализированной черной краской, без следов времени.

А вот если пролезают шумы из высокого, потом не будет критерия как отличить их от полезного сигнала.

Какая-то у меня странность нарисовалась, для снижения шумов выход высокого был подключен к батарее высоковольтных конденсаторов
через тройник СР-75 (типа, хуже не будет), взял его и отключил (типа, по приколу), спектральная картина кардинально изменилась!
Если'б шумы вылезли - ничего удивительного, а тут, наоборот, исчезли пики, которые я считал сигналом.
Самовозбуд высоковольтного источника при работе на емкостную нагрузку - исключен, сто раз висел осциллографом после ОУ и делителя напряжения высоковольтного питания. Да и "мерилка" исправно показывает значение высокого.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Ну и сам спектрофотометр (верхний LCD-управление высоким, нижний LCD- сбор данных на SD карту)
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Рядовой ФЭУ был призван из запаса на сборы для выполнения особого поручения. :-)

Кажется, светодиод, генерящий импульсы, вам не помешает. Будете понимать, где свет, а где ересь.

Навскидку очень сильно задрано высокое напряжение.
Чтобы понять без изотопов какова энергетическая зависимость измерительного тракта, можно расположить детектор около стены. Калий-40 в этом случае будет присутствовать с заметной интенсивностью.

Вот нашлись амплитудные спектры (т.е. распределения частоты регистрации импульсов в зависимости от амплитуд) естественного фона, снятые в лаборатории. По оси абсцисс - амплитуда в относительных единицах, по оси ординат - число импульсов за 1200 с. Один канал амплитуды соответствует примерно 2 кэВ по энергии, так что максимум распределения приходится на ~ 100 кэВ. Полагаю, что главным образом это гамма-излучение стен и перекрытий здания. Наши детекторы (6 экземпляров) на основе кристаллов NaI были довольно тонкими: D=67, H=5мм, так что кристалл блока БДЭГ должен поймать больше жёстких фотонов, и пик амплитудного распределения в нём проявится на несколько большей энергии.

Спасибо за спектр. Попытался разобрать сцинциляционный модуль БДЭГ, чтобы измерить темновые характеристик ФЭУ.
Увы, кристалл не выжил. ФЭУ сидит на эпоксидке, кристалл вмазан компаундом, похожим на алебастр, причем, по всей глубине, до самого ФЭУ.
Насколько смог, компаунд вычистил, при попытке пошевелить - кристалл треснул. Дальше, терять было уже нечего, что-то доковырял, что-то растворил водой, чтобы извлечь ФЭУ.
Вот, думаю, в виде водного раствора NaI(TI) будет работать как сцинцилятор?