空间应用低噪声曲面微通道板

Soft X-ray and vacuum ultraviolet imaging instruments need to employ two-dimensional photon-counting imaging detector with low dark noise microchannel plate (MCP)stack in some space applications which require large field of view, high resolution and sensitivity.. In the project,both a thermal slumping technique and a optically polishing method are used to fabricate low dark noise curved surface MCP having the large length-to-diameter (L/D) ratio and low resistance based on the development of low dark noise glass with elimination of radioactive isotopes which is a main niose source in MCPs. We will reveal the relationship between the components in MCP glass, MCP fabricating process, geometry structure, thermal slumping process and MCP's gain , pulse height distribution, background noise rate in photon-counting operating mode, and research physical mechanism of MCP dark noise. We also study the sapce resolution and background noise rate of a photon-counting two-dimensional imaging detector with low dark noise curved surface MCP and induced charge position-sensitive anode.

对于大视场、高分辨率、高灵敏度的软X射线-真空紫外波段空间成像探测仪器，需要使用低噪声曲面微通道板（MCP）两维光子计数位置灵敏阳极成像探测器。. 本课题以低噪声曲面MCP为研究对象，在研制无放射性同位素含量低噪声玻璃的基础上，通过采用高温成型和光学加工相结合的方式制备低噪声曲面MCP来消除因放射性同位素产生的暗计数，研究低噪声玻璃的成份、制作过程、几何结构、高温成型过程与曲面MCP在光子计数工作模式下的增益、脉冲高度分布、暗计数率的关系，揭示MCP暗计数产生的物理机制。研究使用低噪声曲面MCP和感应电荷位置灵敏阳极光子计数成像探测器的空间分辨率、暗计数率等特性，为空间应用奠定基础。

对于我国未来的大视场、高灵敏度的软X射线-真空紫外波段空间仪器，需要使用低噪声曲面微通道板及位置灵敏阳极的光子计数成像探测器。因此，本项目开展了空间应用球面及柱面低噪声微通道板的研制工作。首先，研制出不含放射性元素的低噪声MCP玻璃，其成分为65% SiO2、20.5%（PbO+Bi2O3）、3%（Na2O+Cs2O）和11.5%(TiO2+Gd2O3+ BaO+Al2O3)，去除了因贝塔射线引起的暗计数，有效降低了MCP的暗噪声。其次，建立了曲面实芯MCP的制备装置，利用高温热成型与光学抛光相结合的方法，以低噪声MCP玻璃为原料制备出曲率半径为150mm、有效口径为40mm的球面实芯MCP，以及曲率半径为400mm、实际尺寸为30mmX46mm的柱面实芯MCP，再经过腐蚀、烧氢、镀膜等MCP的后续工序，最终制备出长径比为80：1、通道直径12.5um、通道间距15um、曲率半径为150mm、有效口径40mm的球面MCP，以及曲率半径为400mm、实际尺寸为30mmX46mm柱面MCP；第三，提出了一种新的计算三电极楔条形（WSA）极间电容的方法，并据此提出了WSA阳极的优化设计方法，重新设计出有效直径为48mm的三电极楔条形（WSA）感应电荷位置灵敏阳极，并利用皮秒激光微加工设备加工出满足设计要求的阳极；在此基础上，并将WSA阳极和曲面MCP集成出曲面MCP探测器。第四，研制出适合于WSA阳极的快速位置读出电路，该电路包括前端模拟电路与数字处理电路两部分，由前置放大电路、脉冲整形电路、高速A/D转换电路、FPGA数字电路及计算机接口电路等组成。对所研制的曲面MCP及WSA阳极探测器的性能进行了检测，包括探测器的像元分辨率、最高计数率、暗计数率等指标。检测结果表明：所有技术指标均满足要求。