Процессы взаимодействия электронов с веществом детектора

Энергия электронного потока в любом из известных типов электровакуумных приборах обязательно преобразуется либо в информационный сигнал, либо в электромагнитную энергию.

В информационных приборах электронный поток несет, прежде всего, информационные сигналы, которые необходимо расшифровать.

Эти сигналы в дальнейшем можно использовать в усилительных или преобразовательных устройствах, а также можно визуализировать. В любом случае необходимо преобразовать электронный поток в последовательность информационных сигналов.

Энергия электронного потока преобразуется в энергию, удобную для конкретного практического использования.

Рассмотрим варианты преобразования энергии электронного пучка с целью получения информационного сигнала в процессе взаимодействия. Все эти процессы лежат в области взаимодействия излучения с конденсированными средами (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Процессы взаимодействия электронов с веществом детектора.

Катодолюминесценция — это люминесценция, возникающая при возбуждении вещества потоками электронов, ускоренных во внешнем электронном поле.

Существует несколько механизмов люминесценции. При возбуждении атомов они переходят из основного уровня ?| на возбужденный уровень ?₃. В результате взаимодействия с окружающими атомами часть энергии теряется, и возбужденные атомы переходят на метастабильный уровень Е*. Излучательный переход с уровня? позволяет получить излучение, люминесцентная частота которой определяется соотношением (?^-?,)*sAv (рис. 3.30).

Между зоной проводимости и валентной зоной находятся локальные уровни энергии, связанные атомами примесей или дефектами решетки. Если переходы между такими уровнями сопровождаются люминесценцией, то эти центры называются центрами люминесценции.

Более сложный механизм люминесценции имеет место в кристаллофосфорах, структура которых изображена на рис. 3.31.

Рис. 3.30. Схема квантовых переходов Рис. 3.31. Схема переходов.

при элементарных процессах при люминесценции кристаллофосфоров:

люминесценции Ev— валентная зона;

Ес — зона проводимости;

Е4 — уровни центра люминесценции;

Еь — ловушка электронов; ?" — уровень безызлучательной рекомбинации Электронный удар переводит электрон из валентной зоны Еу в зону проводимости Е ( Существуют уровни, характерные для каждого вещества, переход между которыми приводит к явлению люминесценции. Вещества, способные к люминесценции, называют люминофорами. Многослойный экран, состоящий из нескольких слоев люминофоров, может возбуждаться электронами разной энергии. Соответственно могут излучаться различные цвета.

Вторичная электронная эмиссия — это явление испускания электронов (вторичных) твердыми телами при их бомбардировке первичными электронами. Электроны могут эмитироваться как «на отражение», так и с тыльной стороны мишени «на прострел». Вторичные электроны имеют непрерывный энергетический спектр (см. разд. 3.2.3).

Внешний фотоэффект представляет собой перераспределение электронов по энергетическим состояниям вследствие поглощения твердым телом квантов электромагнитного излучения с последующей эмиссией электронов (см. разд. 3.2.2).

Внутренний фотоэффект связан с возникновением в твердом теле свободных носителей заряда — электронов и (или) дырок при поглощении квантов электромагнитного излучения. Внутренний фотоэффект стимулирует появление фото-ЭДС, фотопроводимость полупроводника, фотомагнитоэлектрические эффекты.

Электронно-ионная эмиссия— это явление испускания ионов поверхностью твердого тела при ее облучении потоками электронов. При электронных потоках низкой интенсивности происходит десорбция ионов с поверхности. При энергиях бомбардирующих электронов > 26 кэВ и плотности тока > 20 А/см² наблюдается истинно ионная эмиссия.

(см. разд. 3.2.4. 3.2.8).

Окрашивание ионных кристагюв или кристаллов с ионными (электростатическим) характером связей происходит под воздействием электронного пучка. Кристаллы могут быть галогенидами щелочных и щелочноземельных металлов, фосфатами, карбонатами.

Заряд диэлектриков происходит при облучении электронным пучком поверхности диэлектрика, расположенного на металлической подложке. В зависимости от интенсивности электронного пучка на поверхности диэлектрика формируется потенциальный рельеф глубиной до десятков вольт. Это позволяет производить многократное считывание однократно записанной информации.

Термопластическая деформация происходит на поверхности термопластического слоя под воздействием излучения. На поверхности термопластика образуется микрорельеф деформаций, соответствующий записываемой информации.

Ударная ионизация в полупроводниках происходит при бомбардировке поверхности ускоренными электронами (~ 15 кВ), вследствие чего имеет место явление умножения носителей зарядов. Для эффективного разделения зарядов различного знака полупроводниковая мишень в виде диодной структуры находится под обратным смещением (~ 300 В). Приборы, работающие на основе ударной ионизации, служат для усиления сигнала по мощности.

Механизмы бесконтактного взаимодействия пучка свободных электронов с детектором были рассмотрены ранее. Это явления наведенного тока во внешней цепи и отбор энергии от электронного потока.