Перелом (СИ) - Суханов Сергей Владимирович - Страница 119

Так что ИК-спектроскопия становилась все более важным и мощным инструментом исследований. Причем пошла она у нас достаточно резво — этим занимались во всем мире не одно десятилетие, тема была совершенно не революционной и сначала пошла по разряду "всякое", благо методики снятия ИК-спектров были давно известны. Но вот применение фотоэлектронных умножителей вывело эту технологию на совершенно другой уровень — чувствительность повысилась на порядки, стало возможным различать совсем уж незначительные флуктуации и концентрации веществ — десять, а порой и двадцать девяток. Причем без проведения химических реакций, что особенно подкупало в спектрографии. Разве что все больше напрягала необходимость сканировать спектр — пока приборов было мало, приходилось последовательно просматривать датчиком нужные участки спектра, что, естественно, очень тормозило процесс, а иногда и вообще не позволяло получать достоверные результаты — реакция уже закончится, а мы снимем только небольшой диапазон частот. Уже начинали ставить и линейки датчиков, чтобы одновременно снимать сразу несколько диапазонов, но диаметр входных отверстий вакуумных фотоумножителей с отдельными электродами накладывал большие ограничения на точность каждого из измерений — в ФЭУ попадали сразу несколько полосок, и приходилось либо ставить на входе щелевой фильтр, чтобы вырезать поддиапазон, либо сильнее разносить сами спектральные полосы, что снижало их яркость. Проблема была именно в разрешающей способности приборов. И для того, чтобы повысить разрешающую способность спектрографов, физикам и потребовались фотоэлектронные умножители как можно меньшего размера.

Проблема была решена с появлением фотоэлектронного умножителя без электродов — в качестве электродов, из которых последовательно выбивались электроны, выступила освинцованная внутренняя поверхность стеклянной трубки. Соответственно, минимальное разрешение теперь ограничивалось внутренним диаметром трубки, а если смотреть по всему полю трубок — то расстояние между центрами соседних трубок. Сначала это были просто трубки наподобие тех, что применяли в химических лабораториях — их внутренний диаметр был уже не два-три сантиметра, а полмиллиметра. И борьба за разрешающую способность продолжалась. Этот диаметр пытались уменьшить, вытягивая трубки в нагретом состоянии, но их просветы непредсказуемо слипались, так что много трубок выходило "слепыми", без канала. Следующий шаг позволили сделать стекловолоконщики — они исследовали свойства волокон из двух сортов стекол, когда один сорт был сердцевиной, а другой — оболочкой стекловолокна. Тут уж я нацелили их на изготовление световодов, и они постепенно начинали применяться в медицине и технике. Но и физики уцепились за эту технологию — помимо того, что волокна уже сами по себе были тонкими, наличие сердцевины не давало стенкам слипнуться при вытягивании и спрессовывании блоков таких волокон, оставляя их целыми.

Причем сначала эти блоки применили в обычных ЭОП — там была проблема с фокусировкой и переносом электронов к экрану — электростатическая линза давала вогнутую поверхность четкого изображения, как и любая другая линза, поэтому наши придумали хитрый финт — стали делать вогнутой входную поверхность, на которую нанесен фотокатод — так линза "исправляла" кривизну фотокатода и в ее фокусе оказывалась вся пластина с люминофором, а не какая-то его часть. И просто сделать вогнутым входное стекло нельзя — тогда изображение будет искривляться прямо на входе. И плоским вход тоже не сделаешь — тогда получим на входе сразу оптическую линзу. А вот блок из световодов — с плоским срезом снаружи и вогнутым внутри, где фотокатод — доносил изображение до экрана без искажений, точнее, при переносе искажения, а точнее неравномерность потока электронов, исправлялась электростатической линзой.

Вот этот блок световодов и заинтересовал наших ученых — ведь по сути это стеклянная палочка, вставленная в очень тонкую трубку. Только надо как-то удалить сердцевину. Ее стали делать из боратно-бариевого стекла — оно растворяется в слабом растворе кислот, а оболочка из свинцово-силикатного — практически не растворяется, и после промывки от кислот и просушки останется только восстановить часть свинца из стекла в водородной печи — и получаем освинцованную внутреннюю поверхность очень тонких волокон. Затем — поместить полученную микроканальную пластину в ту же колбу, что и обычный ЭОП, вместо электростатической линзы подвести к ее плоскостям ускоряющее напряжение и — вуаля! — получаем усиление катодных электронов. Причем — сразу же в сотни, тысячи раз. При разрешении примерно сорок точек на миллиметр. Вот тут-то военные чуть было не наложили загребущую лапу на все приборы, что начали выходить из лабораторий, и только мой волюнтаризм, а также доводы типа "для вас же с их помощью будут разрабатываться новые технологии" позволили оставлять часть микроканальных ЭОП в науке.

Да, приборы стали получаться не сразу. Начинали с довольно толстых каналов — около десятой миллиметра, но уже и такие приборы давали вполне узнаваемую картинку. Гораздо сложнее было обеспечить стабильность изготовления. Поначалу мы складывали короткие и толстые — около миллиметра — трубки и вытягивали этот пакет в длину, а потом спрессовывали и разрезали. Проблемы шли косяком. Недопрессованность оставляла щели между канальными трубками — и если пластина разделяла вакуум и воздух, а не была полностью внутри вакуумной колбы, то соответственно вакуум быстро улетучивался, а то и вообще не создавался. Перепрессованность пережимала каналы — на изображении появлялись черные точки. Неаккуратность в укладке трубок или в результате неравномерного прессования приводила к изгибам каналов — изображение деформировалось, порой достаточно неравномерно — правда, эффекты порой были занятными, наподобие кривого зеркала. Степень вытяжки трубок плавала, соответственно каналы получались разного диаметра — и снова на экране появлялись незапланированные визуальные эффекты — некоторые даже напоминали мне те, что я видел на компьютерах. Тут и меньший размер какой-либо точки или группы точек изображения по сравнению с соседями, и меньшее, или наоборот большее усиление данного канала, дававшее изменение яркости данной конкретной точки, которого не было на исходном изображении — даже если внутренние диаметры были одинаковыми, степень металлизации внутренней поверхности каналов могла различаться от участка к участку, соответственно, сопротивление, а значит и падение напряжения вдоль канала или его отдельных участков — плавало, а раз падение напряжения различается, то будет различаться и степень ускорения первичных и вторичных электронов, значит, на очередном соударении электронов о стенки канала будет выбито больше или меньше вторичных электронов, в результате до электролюминисцентного слоя дойдет разное количество электронов и точка будет светиться с яркостью, не соответствующей яркости соседних точек с учетом исходного изображения — скажем, мы тестировали приборы на однотонных бумажных листах, так даже несмотря на одинаковую освещенность листа, на изображении мы зачастую видели пятна и разводы, темные или очень яркие точки — сказывались различия в характеристиках каналов, как отдельных, так и их группах — ведь та же металлизация, проходившая в водородной печи, требовала стабильности потоков водорода по всему полю обрабатываемой пластины, а если где-то водород пойдет через каналы сильнее, то там и восстановление свинца из стекла пойдет интенсивнее — вот и увеличенная проводимость по сравнению с соседними участками, где водорода оказалось меньше.

Забегая вперед, отмечу, что над однородностью восстановления свинца мы бились более двух лет, как и над однородностью волокон, хотя бы для одной партии микроканальных усилителей — для разных-то партий состав стекла в стекловолокнах все-равно плавал вокруг средней величины, поэтому требовалось подбирать под конкретную партию и параметры восстановления свинца — температуру и длительность — на основе измерений текущей проводимости каналов, так что схема аналоговой аппаратуры для управления печками за три года с начала разработок разрослась до двух шкафов. Ну а сам конвейер по изготовлению микроканальных ЭОП мы разрабатывали и отлаживали лет пять. Причем с одновременным совершенствованием самих приборов.