專利名稱：一種x射線探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種χ射線探測器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及X射線、紫外線、電子及其它帶電粒子的高時間分辨探測，特別涉及一種大面積高時間分辨的χ射線探測。
背景技術(shù)：
[0002]自1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來，已對物理學以至整個科學技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大而深遠的影響。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射線脈沖星自主導航技術(shù)就是目前國內(nèi)外的研究熱點。基于X射線脈沖星自主導航技術(shù)通過探測深空脈沖星的X射線脈沖進行精確的位置計算，實現(xiàn)航天器高精度自主導航和運行管理， 不受地球觀測站和固定導航信標視線的限制。美國國防部國防高級研究計劃局(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)研究計劃，開展理論方法研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、原理樣機研制和飛行試驗驗證等方面的工作。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射線脈沖星自主導航的必要性和可行性。X射線脈沖星自主導航系統(tǒng)的核心器件之一就是X射線光子計數(shù)探測器。由于 X射線脈沖星自主導航的定位精度依賴于X射線脈沖星的脈沖到達時間的測量精度，用于X 射線脈沖星自主導航用的X射線探測器的其中一個關(guān)鍵技術(shù)指標就是時間分辨率。同時， X射線脈沖星源的輻射強度非常微弱，還要求探測器具有較高的靈敏度。[0003]同時，由于X射線波長短，穿透能力很強，特別是當X射線光子能量大于IOkeV (即波長小于0. 12nm)時，在大氣壓強低于lO—Va時，透過率為100%，幾乎是無衰減的傳輸。因此，可以利用X射線進行通信。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、保密性強、通信頻帶寬等優(yōu)點，可望實現(xiàn)在未來的空間衛(wèi)星間的實時通信。美國Goddard Center Flight Center的Keith Gendreau博士 2007年提出了利用X射線實現(xiàn)空間衛(wèi)星飛行器點對點的通信，并搭建了實驗裝置。這個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射線探測器的時間分辨要好。[0004]根據(jù)目前報道的文獻中，還沒有涉及大面積高時間分辨的X射線探測器。所以，基于微通道板的大面積、高時間分辨的X射線探測器能夠同時具備高靈敏度和高時間分辨的性能，具有非常重要的科學研究價值。不僅能夠應(yīng)用于X射線脈沖星自主導航和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不同的光譜波段和目標，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探測器靈敏度低、時間分辨率低的技術(shù)問題，本實用新型提供一種基于微通道板的大面積、高時間分辨的X射線光電探測器。[0006]本實用新型的技術(shù)解決方案[0007]X射線探測器，其特殊之處在于所述X射線探測器包括探測器殼體，設(shè)置在探測器殼體上的輸入窗1以及設(shè)置在探測器殼體內(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、鍍在絕緣襯底上的金屬電極以及信號引線，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]本實用新型具有以下優(yōu)點[0018]1、高時間分辨性能。本探測器采用經(jīng)過理論計算設(shè)計的收集陽極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，有效減小信號的反射，使該探測器具有較高的時間分辨性能。[0019]2、大面積。采用普通的平板收集陽極如面積過大會造成時間分辨性能下降，而探測器中的陽極收集器可以根據(jù)需求，進行設(shè)計和加工，不會造成時間分辨性能的下降。[0020]3、高靈敏度。本探測器采用CsI光電陰極和兩塊或三塊微通道板“人”字或“之” 字排列，增益可以達到IO6 107，可以大大提高靈敏度。[0021]4、暗計數(shù)低。采用微通道板三級聯(lián)方案，可以有效降低離子反饋，從而降低暗計數(shù)，目前暗計數(shù)低于0. 4counts. cm—2· s-1。[0022]5、抗干擾性能好。本探測器工作時置于密閉的真空腔室(真空腔室均為金屬層) 中，同時信號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探測器結(jié)構(gòu)示意圖；[0026]圖2為本實用新型蛇形微帶線陽極收集器的剖面圖；[0027]圖3為本實用新型蛇形微帶線陽極收集器的正面圖；[0028]圖4為本實用新型50 Ω阻抗匹配陽極的剖面圖；[0029]圖5為本實用新型蛇形微帶線陽極收集器的輸出信號波形圖；[0030]其中附圖標記為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。
具體實施方式
[0031]X射線探測器，包括探測器殼體，設(shè)置在探測器殼體上的輸入窗1以及設(shè)置在探測器殼體內(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”字形方式級聯(lián)的微通道板。微通道板單元3包括三塊以“之”字形式級聯(lián)的微通道板。蛇形微帶線陽極41 包括絕緣襯底、鍍在絕緣襯底上的金屬電極以及信號引線，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、高時間分辨X射線光電探測器主要包括輸入窗、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、恒比定時器、TDC等)的處理，實現(xiàn)入射X射線光子時間信息的獲取。[0036]參考圖1，輸入窗的作用一是能夠為探測器提供一個真空環(huán)境，另外還要透過目標 X射線光子。根據(jù)所探測的波段，需要選擇不同的輸入窗材料。例如對于X射線脈沖星輻射，其能譜主要集中在 1 lOkeV，Μ. Grande 在文獻“The ClXS X-ray Spectrometer on Chandrayaan-1”報道聚酰亞胺材料對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器的輸入窗。[0037]經(jīng)過輸入窗的光子會與光電陰極發(fā)生作用產(chǎn)生光電子，為保證X射線探測器具有足夠高的靈敏度，要求X射線探測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算公式為
權(quán)利要求1.X射線探測器，其特征在于所述X射線探測器包括探測器殼體，設(shè)置在探測器殼體上的輸入窗(1)以及設(shè)置在探測器殼體內(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射線探測器，其特征在于所述蛇形微帶線陽極Gl)包括絕緣襯底、鍍在絕緣襯底上的金屬電極以及信號引線，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中任一項所述的X射線探測器，其特征在于所述同軸連接器為SMA連接器。
專利摘要本實用新型涉及一種X射線探測器，X射線探測器包括探測器殼體，設(shè)置在探測器殼體上的輸入窗以及設(shè)置在探測器殼體內(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。本實用新型解決了現(xiàn)有的X探測器靈敏度低、時間分辨率低的技術(shù)問題，本實用新型提供X射線光電探測器具有大面積、高時間分辨的優(yōu)點。
文檔編號G01T1/00GK202330728SQ20112041098
公開日2012年7月11日 申請日期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 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所