專利名稱：一種x射線探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種χ射線探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及X射線、紫外線、電子及其它帶電粒子的高時(shí)間分辨探測(cè)，特別涉及一種大面積高時(shí)間分辨的χ射線探測(cè)。
背景技術(shù)：
[0002]自1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來，已對(duì)物理學(xué)以至整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大而深遠(yuǎn)的影響。目前，X射線已被廣泛應(yīng)用于晶體結(jié)構(gòu)的分析以及醫(yī)學(xué)和工業(yè)等領(lǐng)域。近年來，隨著研究的深入，在X射線波段還有許多潛在而且重要的應(yīng)用。其中，基于X射線脈沖星自主導(dǎo)航技術(shù)就是目前國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)?；赬射線脈沖星自主導(dǎo)航技術(shù)通過探測(cè)深空脈沖星的X射線脈沖進(jìn)行精確的位置計(jì)算，實(shí)現(xiàn)航天器高精度自主導(dǎo)航和運(yùn)行管理， 不受地球觀測(cè)站和固定導(dǎo)航信標(biāo)視線的限制。美國國防部國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)、美國航空航天局(NASA)、歐洲宇航局(ESA)以及日本、歐盟等國家和組織紛紛擬定相關(guān)研究計(jì)劃，開展理論方法研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、原理樣機(jī)研制和飛行試驗(yàn)驗(yàn)證等方面的工作。近年來我國許多單位也開展了相關(guān)的研究，提出了我國發(fā)展X射線脈沖星自主導(dǎo)航的必要性和可行性。X射線脈沖星自主導(dǎo)航系統(tǒng)的核心器件之一就是X射線光子計(jì)數(shù)探測(cè)器。由于 X射線脈沖星自主導(dǎo)航的定位精度依賴于X射線脈沖星的脈沖到達(dá)時(shí)間的測(cè)量精度，用于X 射線脈沖星自主導(dǎo)航用的X射線探測(cè)器的其中一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)就是時(shí)間分辨率。同時(shí)， X射線脈沖星源的輻射強(qiáng)度非常微弱，還要求探測(cè)器具有較高的靈敏度。[0003]同時(shí)，由于X射線波長短，穿透能力很強(qiáng)，特別是當(dāng)X射線光子能量大于IOkeV (即波長小于0. 12nm)時(shí)，在大氣壓強(qiáng)低于lO—Va時(shí)，透過率為100%，幾乎是無衰減的傳輸。因此，可以利用X射線進(jìn)行通信。相比于其他通信方式，X射線通信具有發(fā)射功率低、傳輸距離遠(yuǎn)、保密性強(qiáng)、通信頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，可望實(shí)現(xiàn)在未來的空間衛(wèi)星間的實(shí)時(shí)通信。美國Goddard Center Flight Center的Keith Gendreau博士 2007年提出了利用X射線實(shí)現(xiàn)空間衛(wèi)星飛行器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，并搭建了實(shí)驗(yàn)裝置。這個(gè)概念被稱為是最新一代的空間通信方式，也是世界上第一個(gè)X射線通信的概念。為了盡量避免通信頻道受到限制，這就要求X射線探測(cè)器的時(shí)間分辨要好。[0004]根據(jù)目前報(bào)道的文獻(xiàn)中，還沒有涉及大面積高時(shí)間分辨的X射線探測(cè)器。所以，基于微通道板的大面積、高時(shí)間分辨的X射線探測(cè)器能夠同時(shí)具備高靈敏度和高時(shí)間分辨的性能，具有非常重要的科學(xué)研究價(jià)值。不僅能夠應(yīng)用于X射線脈沖星自主導(dǎo)航和X射線通信，還可以通過改變不同的輸入窗和光電陰極材料以探測(cè)不同的光譜波段和目標(biāo)，如紫外線、可見光以及電子、帶電粒子等。發(fā)明內(nèi)容[0005]為了解決現(xiàn)有的X探測(cè)器靈敏度低、時(shí)間分辨率低的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種基于微通道板的大面積、高時(shí)間分辨的X射線光電探測(cè)器。[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案[0007]X射線探測(cè)器，其特殊之處在于所述X射線探測(cè)器包括探測(cè)器殼體，設(shè)置在探測(cè)器殼體上的輸入窗1以及設(shè)置在探測(cè)器殼體內(nèi)的依次排列的光電陰極2、微通道板單元3、 收集陽極和同軸連接器5，所述光電陰極設(shè)置在微通道板的一側(cè)，所述同軸連接器設(shè)置在收集陽極的輸出端，所述收集陽極的輸入端與微通道板單元之間設(shè)置有空隙。[0008]上述收集陽極為蛇形微帶線陽極41或50 Ω阻抗匹配陽極42。[0009]上述輸入窗1材料為鋁或鈦或聚酰亞胺。[0010]上述的光電陰極2為碘化銫Csl。[0011]上述的微通道板單元3包括兩塊以“人”字形方式級(jí)聯(lián)的微通道板。[0012]上述微通道板單元3包括三塊以“之”字形式級(jí)聯(lián)的微通道板。[0013]上述蛇形微帶線陽極41包括絕緣襯底、鍍?cè)诮^緣襯底上的金屬電極以及信號(hào)引線，所述絕緣襯底陶瓷、石英玻璃或FR4，所述絕緣襯底的厚度為1 3mm。[0014]上述金屬電極為金電極或銅電極。[0015]上述50 Ω阻抗匹配陽極42的收集陽極表面鍍有金層。[0016]上述同軸連接器為SMA連接器。[0017]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)[0018]1、高時(shí)間分辨性能。本探測(cè)器采用經(jīng)過理論計(jì)算設(shè)計(jì)的收集陽極41或42，可以使收集陽極與輸出阻抗為50Ω的同軸電纜阻抗匹配輸出，有效減小信號(hào)的反射，使該探測(cè)器具有較高的時(shí)間分辨性能。[0019]2、大面積。采用普通的平板收集陽極如面積過大會(huì)造成時(shí)間分辨性能下降，而探測(cè)器中的陽極收集器可以根據(jù)需求，進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工，不會(huì)造成時(shí)間分辨性能的下降。[0020]3、高靈敏度。本探測(cè)器采用CsI光電陰極和兩塊或三塊微通道板“人”字或“之” 字排列，增益可以達(dá)到IO6 107，可以大大提高靈敏度。[0021]4、暗計(jì)數(shù)低。采用微通道板三級(jí)聯(lián)方案，可以有效降低離子反饋，從而降低暗計(jì)數(shù)，目前暗計(jì)數(shù)低于0. 4counts. cm—2· s-1。[0022]5、抗干擾性能好。本探測(cè)器工作時(shí)置于密閉的真空腔室(真空腔室均為金屬層) 中，同時(shí)信號(hào)引出采用同軸連接器SMA，然后接同軸電纜，所以具有良好的屏蔽，抗干擾性能好。[0023]6、應(yīng)用范圍廣。通過改變不同的輸入窗和光電陰極材料，可以探測(cè)包括X射線，紫外線，可見光以及電子，帶電粒子等。


[0024]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；[0025]其中圖a為收集陽極是蛇形微帶線陽極的X探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖；圖b為收集陽極是50 Ω阻抗匹配陽極的X探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖；[0026]圖2為本實(shí)用新型蛇形微帶線陽極收集器的剖面圖；[0027]圖3為本實(shí)用新型蛇形微帶線陽極收集器的正面圖；[0028]圖4為本實(shí)用新型50 Ω阻抗匹配陽極的剖面圖；[0029]圖5為本實(shí)用新型蛇形微帶線陽極收集器的輸出信號(hào)波形圖；[0030]其中附圖標(biāo)記為1-輸入窗，2-光電陰極，3-微通道板，41-蛇形微帶線陽極，42-50 Ω阻抗匹配陽極，5-SMA同軸連接器。
具體實(shí)施方式
[0031]X射線探測(cè)器，包括探測(cè)器殼體，設(shè)置在探測(cè)器殼體上的輸入窗1以及設(shè)置在探測(cè)器殼體內(nèi)的依次排列的光電陰極2、微通道板單元3、收集陽極和同軸連接器5，所述光電陰極設(shè)置在微通道板的一側(cè)，所述同軸連接器設(shè)置在收集陽極的輸出端，所述收集陽極的輸入端與微通道板單元之間設(shè)置有空隙。[0032]收集陽極為蛇形微帶線陽極41或50 Ω阻抗匹配陽極42。輸入窗1材料為鋁或鈦或聚酰亞胺。光電陰極2為碘化銫Csl。微通道板單元3包括兩塊以“人”字形方式級(jí)聯(lián)的微通道板。微通道板單元3包括三塊以“之”字形式級(jí)聯(lián)的微通道板。蛇形微帶線陽極41 包括絕緣襯底、鍍?cè)诮^緣襯底上的金屬電極以及信號(hào)引線，所述絕緣襯底陶瓷、石英玻璃或 FR4，所述絕緣襯底的厚度為1 3mm。金屬電極為金電極或銅電極。50 Ω阻抗匹配陽極42 的收集陽極表面鍍有金層。同軸連接器為SMA連接器。[0033]如圖1所示，一種基于微通道板的大面積、高時(shí)間分辨X射線光電探測(cè)器主要包括輸入窗、光電陰極、微通道板、收集陽極以及同軸連接器。其中收集陽極包括蛇形微帶線陽極和50 Ω阻抗匹配陽極。[0034]本實(shí)用新型的原理和工作過程[0035]X射線光子通過輸入窗，與光電陰極相互作用產(chǎn)生光電子，光電子在高壓電場作用下在微通道板中實(shí)現(xiàn)倍增形成電子云，電子云被收集陽極所收集形成電子脈沖，經(jīng)同軸電纜輸出，然后經(jīng)過一系列電子讀出電路(主要包括電流靈敏前放、恒比定時(shí)器、TDC等)的處理，實(shí)現(xiàn)入射X射線光子時(shí)間信息的獲取。[0036]參考圖1，輸入窗的作用一是能夠?yàn)樘綔y(cè)器提供一個(gè)真空環(huán)境，另外還要透過目標(biāo) X射線光子。根據(jù)所探測(cè)的波段，需要選擇不同的輸入窗材料。例如對(duì)于X射線脈沖星輻射，其能譜主要集中在 1 lOkeV，Μ. Grande 在文獻(xiàn)“The ClXS X-ray Spectrometer on Chandrayaan-1”報(bào)道聚酰亞胺材料對(duì)1 IOkeV的X射線的透過率接近1，因此就需要采用25 μ m厚的聚酰亞胺材料作為探測(cè)器的輸入窗。[0037]經(jīng)過輸入窗的光子會(huì)與光電陰極發(fā)生作用產(chǎn)生光電子，為保證X射線探測(cè)器具有足夠高的靈敏度，要求X射線探測(cè)器的光電陰極必須具備非常高的量子效率。在X射線波段，堿金屬鹵化物光電陰極是非常高效的光電轉(zhuǎn)換器件。例如對(duì)于光子能量在1 IOkeV 之間的X射線，CsI是最合適的陰極材料，其量子效率是金屬Al光陰極的100倍，是金屬Au 光陰極的30倍。[0038]經(jīng)微通道板倍增后的電子云被收集陽極收集，陽極收集器包括蛇形微帶線陽極41 和50 Ω阻抗匹配陽極42，參考附圖2 5。[0039]蛇形微帶線陽極的特性阻抗的計(jì)算公式為
權(quán)利要求1.X射線探測(cè)器，其特征在于所述X射線探測(cè)器包括探測(cè)器殼體，設(shè)置在探測(cè)器殼體上的輸入窗(1)以及設(shè)置在探測(cè)器殼體內(nèi)的依次排列的光電陰極O)、微通道板單元(3)、收集陽極和同軸連接器(5)，所述光電陰極設(shè)置在微通道板的一側(cè)，所述同軸連接器設(shè)置在收集陽極的輸出端，所述收集陽極的輸入端與微通道板單元之間設(shè)置有空隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線探測(cè)器，其特征在于所述收集陽極為蛇形微帶線陽極(41)或50 Ω阻抗匹配陽極(42)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的X射線探測(cè)器，其特征在于所述輸入窗(1)材料為鋁或鈦或聚酰亞胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線探測(cè)器，其特征在于所述光電陰極( 為碘化銫Csl。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線探測(cè)器，其特征在于所述微通道板單元(3)包括兩塊以“人”字形方式級(jí)聯(lián)的微通道板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線探測(cè)器，其特征在于所述微通道板單元(3)包括三塊以“之”字形式級(jí)聯(lián)的微通道板。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線探測(cè)器，其特征在于所述蛇形微帶線陽極Gl)包括絕緣襯底、鍍?cè)诮^緣襯底上的金屬電極以及信號(hào)引線，所述絕緣襯底采用陶瓷、石英玻璃或FR4，所述絕緣襯底的厚度為1 3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的X射線探測(cè)器，其特征在于所述金屬電極為金電極或銅電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線探測(cè)器，其特征在于所述50Ω阻抗匹配陽極02)的收集陽極表面鍍有金層。
10.根據(jù)權(quán)利要求2、5、6、7、8或9中任一項(xiàng)所述的X射線探測(cè)器，其特征在于所述同軸連接器為SMA連接器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種X射線探測(cè)器，X射線探測(cè)器包括探測(cè)器殼體，設(shè)置在探測(cè)器殼體上的輸入窗以及設(shè)置在探測(cè)器殼體內(nèi)的依次排列的光電陰極、微通道板單元、收集陽極和同軸連接器，光電陰極設(shè)置在微通道板的一側(cè)，同軸連接器設(shè)置在收集陽極的輸出端，收集陽極的輸入端與微通道板單元之間設(shè)置有空隙。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有的X探測(cè)器靈敏度低、時(shí)間分辨率低的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供X射線光電探測(cè)器具有大面積、高時(shí)間分辨的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01T1/00GK202330728SQ20112041098
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者劉永安, 盛立志, 趙寶升, 鄢秋榮 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所