微通道板

微通道板 (MCP) 用于检测单个粒子（电子、离子和中子）和光子（紫外线辐射和 X 射线）。 它与电子倍增器密切相关，因为两者都通过二次发射电子倍增来增强单个粒子或光子，但是由于微通道板检测器有许多独立的通道，它还可以提供空间分辨率。

微通道板是由电阻材料（通常是玻璃）制成的板，厚度为 0.5 至 2 毫米，带有从一个面通向另一个面的规则排列的微小管（微通道）。 微通道的直径通常为 5-20 微米，彼此平行，并以与表面成小角度（与法线成 8-13°）的角度进入板。 盘子通常是圆盘，但可以切割成尺寸从 10 毫米到 200 毫米不等的任何形状。 它们也可以是弯曲的。

在非相对论能量下，单个粒子通常产生的效应太小而无法直接检测。 微通道板起到粒子放大器的作用，将单个撞击粒子变成电子云。 通过在 MCP 上施加强电场，每个单独的微通道都变成了连续打拿极电子倍增器。

由于通道与板成一定角度，因此通过小孔进入其中一个通道的粒子或光子一定会撞击通道壁。 撞击启动了通过通道传播的电子级联，将原始信号放大了几个数量级，具体取决于电场强度和微通道板的几何形状。 级联后，微通道需要时间恢复（或充电）才能检测到另一个信号。

电子离开板另一侧的通道，在那里它们被收集在阳极上。 一些阳极被设计成允许空间分辨的离子收集，产生入射在板上的粒子或光子的图像。

尽管在许多情况下，收集阳极用作检测元件，但 MCP 本身也可以用作检测器。 由电子级联产生的板的放电和充电，可以与施加到板上的高压解耦并进行测量，以直接产生对应于单个粒子或光子的信号。

MCP 的增益非常嘈杂，这意味着连续检测到的两个相同粒子通常会产生截然不同的信号幅度。 通过使用恒定分数鉴别器，可以消除由峰高变化引起的时间抖动。 以这种方式使用，MCP 能够以非常高的分辨率测量粒子到达时间，使其成为质谱仪的理想检测器。

大多数现代 MCP 检测器由两个带角度通道的微通道板组成，彼此旋转 180° - 形成浅人字形（V 形）。 在人字形 MCP 中，离开xxx个板的电子开始在下一个板中级联。 与直通道 MCP 相比，通道之间的角度减少了设备中的离子反馈，并在给定电压下产生明显更多的增益。 两个 MCP 可以压在一起以保持空间分辨率，或者它们之间有一个小间隙以将电荷分散到多个通道，从而进一步增加增益。

这是三个微通道板的组件，通道呈 Z 形排列。 单个 MCP 可获得高达 10,000 (40dB) 的增益，但该系统可提供超过 1000 万 (70dB) 的增益。

外部分压器用于将 100 伏电压施加到加速光学器件（用于电子检测）、每个 MCP、MCP 之间的间隙、最后一个 MCP 的背面和收集器（阳极）。 最后一个电压决定了电子的飞行时间，从而决定了脉冲宽度。

阳极是一块 0.4 毫米厚的板，边缘半径为 0.2 毫米，以避免高场强。

它刚好足以覆盖 MCP 的有源区域，因为最后一个 MCP 的背面和阳极一起充当具有 2 mm 间距的电容器 - 大电容会减慢信号。 MCP 中的正电荷影响背面金属化中的正电荷。 空心圆环围绕阳极板的边缘进行传导。 环面是低电容和短路径之间的最佳折衷，并且出于类似的原因，通常没有电介质（Markor）放置在该区域中。 环面旋转 90° 后，可以连接大型同轴波导。 锥形允许最小化半径，以便可以使用 SMA 连接器。 为了节省空间并降低阻抗匹配的重要性，通常将阳极板背面的锥度减小为 45° 的小锥体。