環(huán)境因素對(duì)微通道板（MCP）的使用影響

磁場(chǎng)

與普通光電倍增管(PMT)的使用相比，微通道板(Microchannel Plate，MCP)受到磁場(chǎng)的影響比較小。磁場(chǎng)對(duì)MCP使用影響的大小取決于磁場(chǎng)與MCP通道軸之間的方向。圖1顯示了不同磁場(chǎng)方向的磁場(chǎng)大小對(duì)MCP輸出變化的影響，測(cè)試時(shí)通過(guò)使用紫外線(xiàn)照射MCP，然后在遠(yuǎn)離MCP輸出端3mm的地方放置陽(yáng)極來(lái)測(cè)量其輸出信號(hào)。

可以看到，當(dāng)磁場(chǎng)垂直于MCP通道軸時(shí)，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，電子轟擊能量降低，電子軌跡的飛行范圍縮短，電子轟擊能量減小。在這種情況下，從MCP發(fā)射出的一些電子無(wú)法到達(dá)陽(yáng)極并可能重新返回到MCP，從而降低了陽(yáng)極處的收集效率。并且當(dāng)陽(yáng)極電壓較低或和MCP陽(yáng)極的距離較長(zhǎng)時(shí)，這種效應(yīng)的影響程度會(huì)更加顯著。

當(dāng)磁場(chǎng)方向平行于MCP通道的軸時(shí)，電子的軌跡沿著磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。電子的平均飛行范圍變大，同時(shí)增加了沖擊能量，導(dǎo)致增益的增加。然而，當(dāng)磁場(chǎng)明顯增大時(shí)，由于與旋轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系，電子的飛行范圍開(kāi)始縮短，并導(dǎo)致增益的減小。所以，如果MCP必須在磁場(chǎng)中工作時(shí)，MCP通道軸應(yīng)優(yōu)先選擇與磁場(chǎng)的方向平行。

圖1 磁特性變化曲線(xiàn)

當(dāng)MCP必須在高于1 T(特斯拉)的強(qiáng)磁場(chǎng)中工作時(shí)，我們可以選擇小通道直徑的MCP，并將其通道軸與磁場(chǎng)平行。即使在高達(dá)2 T的磁場(chǎng)中使用，也是沒(méi)有任何問(wèn)題。圖2 為MCP-PMT的磁性特性變化曲線(xiàn)，它里面是一個(gè)6 μm通道直徑的兩級(jí)MCP。

圖2 MCP-PMT的磁特性曲線(xiàn)

溫度

由于MCP的溫度系數(shù)為負(fù)，因此其電阻值隨環(huán)境溫度的升高而減小。MCP本身在工作過(guò)程中由于熱量的原因會(huì)導(dǎo)致溫度增加，如果在高溫下運(yùn)行，其電阻會(huì)降低。電阻的降低也會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步的焦耳熱，而重復(fù)的加熱和電阻的降低過(guò)程會(huì)導(dǎo)致熱失控，損傷MCP。為了避免這種情況，MCP必須在在-50 °C到+70 °C的溫度范圍內(nèi)工作。

真空環(huán)境

由于MCP的每級(jí)裸片大約在1 kV的高壓下工作，因此需要一個(gè)相對(duì)較高的真空條件環(huán)境。如果MCP在較低的真空下運(yùn)行，不僅會(huì)引起通道中噪聲的增加，而且會(huì)引起壽命的縮短，最壞的情況下，可能會(huì)導(dǎo)致MCP的放電。為了避免此問(wèn)題，在MCP工作時(shí)，真空液位應(yīng)保持在1.3×10-4 Pa或更高。

審核編輯 黃宇