基于氣體正比室的單粒子徑跡成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種粒子束徑跡成像裝置，特別是涉及一種基于氣體正比室的單粒子 徑跡成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 探測射線粒子并提取其基本性質(zhì)是人類藉以深入微觀世界的一種主要途徑與手 段，伴隨著輻射探測技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用也日趨廣泛。其中粒子徑跡的測量是輻射探測領(lǐng)域 很重要的一種探測方法，根據(jù)粒子徑跡的粗細(xì)、稀密、長度、分布角度、徑跡彎曲程度和徑跡 數(shù)量分布等，可以獲得粒子的強(qiáng)度、劑量、能量、能量分布、發(fā)射角分布及時間等信息，進(jìn)而 可鑒別粒子的種類。
[0003] 在實際應(yīng)用中，對射線粒子的探測方法和探測器大都基于電子記錄，例如多絲正 比室、漂移室、氣體電子倍增器、半導(dǎo)體探測器及閃爍探測器等，這些探測方法的結(jié)構(gòu)復(fù)雜 或讀出線路多。早期也有基于照相和顯微掃描方法技術(shù)的一些單粒子徑跡探測方法，如云 霧室、氣泡室、核乳膠等，但是需要經(jīng)過復(fù)雜后處理和判讀過程才能獲得粒子徑跡。
[0004] 隨著核科學(xué)與技術(shù)在基礎(chǔ)研究、航空航天及工農(nóng)業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展，已有 的射線粒子測量方法和技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)，需要提高靈敏度、保證實時性、測量直觀便捷 等。
[0005] 參照圖2。博士論文"基于光學(xué)成像的中子能譜測量[D].北京：清華大學(xué)工程物 理系，2013"公開了一種粒子束在氣體閃爍體中徑跡成像的測量裝置，包括粒子束源、氣體 閃爍腔室及成像系統(tǒng)。粒子束從加速器靶頭引出，經(jīng)準(zhǔn)直后入射到氣體閃爍腔體中激發(fā)氣 體閃爍體發(fā)光。實驗中使用的He、Ar、CF4等氣體閃爍體純度為99. 999%，主要雜質(zhì)為水蒸 氣和氮氣。成像系統(tǒng)包括氣體腔體上開的成像窗口及成像設(shè)備，成像設(shè)備位于成像窗口外 側(cè)，選用小焦距、大景深的Cannon鏡頭，配合PI CCD相機(jī)對氣體發(fā)光成像。此裝置已成功獲 取質(zhì)子束的徑跡圖像，但要求質(zhì)子束強(qiáng)度至少l〇5n/s，對于強(qiáng)度更弱的粒子束，甚至是單粒 子，在氣體閃爍體中產(chǎn)生的熒光微弱，直接成像困難，很難獲得單個射線粒子的徑跡圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有粒子束徑跡成像裝置對單粒子成像困難的不足，本發(fā)明提供一種基 于氣體正比室的單粒子徑跡成像裝置。該裝置包括陰極管、陽極絲、絕緣支架、高壓電源、準(zhǔn) 直器和成像設(shè)備。所述陰極管、陽極絲、絕緣支架和高壓電源組成氣體正比室。準(zhǔn)直裝置使 得單粒子平行于陽極絲射入工作氣體中，保證單粒子在陽極絲附近各徑跡點產(chǎn)生的電子和 熒光的放大效果一致。單粒子在氣體正比室中電離產(chǎn)生電子雪崩放大，獲得足夠高的能量， 繼續(xù)碰撞氣體發(fā)光或使之電離產(chǎn)生電子-離對，這樣激發(fā)出的熒光信號就會倍增，成像設(shè) 備用來捕獲熒光信號，形成清晰的單粒子徑跡圖像。相對于【背景技術(shù)】測量裝置，基于氣體正 比室的單粒子徑跡成像裝置利用氣體正比室將單粒子的微弱熒光信號放大增強(qiáng)，這樣產(chǎn)生 足夠多的光子數(shù)目，確保能夠被成像設(shè)備捕獲到，形成清晰的的單粒子徑跡圖像。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于氣體正比室的單粒子徑跡 成像裝置，其特點是包括陰極管1、陽極絲2、絕緣支架3、高壓電源7、準(zhǔn)直器9和成像設(shè)備 12。所述陰極管1、陽極絲2、絕緣支架3和高壓電源7組成氣體正比室。所述陰極管1是 圓柱形，靠近陰極管1的兩端部分別開有進(jìn)氣孔5和出氣孔6,陰極管1管壁的中間位置開 有成像窗口 11，成像設(shè)備12置于成像窗口 11外側(cè)，鏡頭對準(zhǔn)成像窗口 11。陰極管1的兩 端分別鑲嵌有絕緣支架3,絕緣支架3的外徑與陰極管1的內(nèi)徑等大，絕緣支架3的中心有 用于固定陽極絲2的孔，所述陽極絲2穿過陰極管1的軸線固定在陰極管1兩端的絕緣支 架3上，使陰極管1與陽極絲2絕緣；陽極絲2的一端接高壓電源7,另一端是自由端，地線 接在陰極管1外壁。工作氣體4充滿氣體正比室。陰極管1左端端絕緣支架3中心點下方 開有粒子入射窗口 8,準(zhǔn)直器9緊貼入射窗口 8,單粒子源10置于準(zhǔn)直器9。并且準(zhǔn)直器9 的準(zhǔn)直孔與粒子入射窗口 8以及單粒子源10處于同一軸線上。
[0008] 所述陰極管1的材料是不銹鋼，陰極管1直徑6-10cm，長度20-30cm，厚度5cm。
[0009] 所述陽極絲2的材料是鎢絲或鍍金鎢絲的任一種。
[0010] 所述陽極絲2的直徑為10-100um。
[0011] 所述陰極管1與絕緣支架3以及絕緣支架3與陽極絲2之間為靜密封。
[0012] 所述靜密封的密封材料是環(huán)氧樹脂或者低分650型聚酰胺樹脂固化劑的任一種。
[0013] 所述工作氣體4是Ar、He、N2或者CF 4的任一種。
[0014] 所述成像窗口 11的材料是透射率大于90 %的石英玻璃。
[0015] 所述粒子入射窗口 8采用鈦膜密封。
[0016] 所述準(zhǔn)直器9的準(zhǔn)直孔直徑為1mm。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：該裝置包括陰極管、陽極絲、絕緣支架、高壓電源、準(zhǔn)直器和 成像設(shè)備。所述陰極管、陽極絲、絕緣支架和高壓電源組成氣體正比室。準(zhǔn)直裝置使得單粒 子平行于陽極絲射入工作氣體中，保證單粒子在陽極絲附近各徑跡點產(chǎn)生的電子和熒光的 放大效果一致。單粒子在氣體正比室中電離產(chǎn)生電子雪崩放大，獲得足夠高的能量，繼續(xù)碰 撞氣體發(fā)光或使之電離產(chǎn)生電子-離對，這樣激發(fā)出的熒光信號就會倍增，成像設(shè)備用來 捕獲熒光信號，形成清晰的單粒子徑跡圖像。相對于【背景技術(shù)】測量裝置，基于氣體正比室的 單粒子徑跡成像裝置利用氣體正比室將單粒子的微弱熒光信號放大增強(qiáng)，這樣產(chǎn)生足夠多 的光子數(shù)目，確保能夠被成像設(shè)備捕獲到，形成清晰的的單粒子徑跡圖像。
[0018] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明基于氣體正比室的單粒子徑跡成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2是【背景技術(shù)】粒子束徑跡成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖中，1-陰極管，2-陽極絲，3-絕緣支架，4-工作氣體，5-進(jìn)氣孔，6-出氣孔，7-高 壓電源，8-粒子入射窗口，9-準(zhǔn)直器，10-單粒子源，11-成像窗口，12-成像設(shè)備。
【具體實施方式】
[0022] 以下實施例參照圖1。
[0023] 本發(fā)明基于氣體正比室的單粒子徑跡成像裝置包括陰極管1、陽極絲2、絕緣支架 3、高壓電源7、準(zhǔn)直器9和成像設(shè)備12。所述陰極管1、陽極絲2、絕緣支架3和高壓電源7 組成氣體正比室。
[0024] 所述陰極管1是一個圓柱形的不銹鋼管，靠近陰極管1的端部開有兩個小孔，分別 是進(jìn)氣孔5和出氣孔6,二者相對位置沒有要求，陰極管1管壁的中間位置開有一個成像窗 口 11，所述進(jìn)氣孔5和出氣孔6的氣流進(jìn)出由閥門控制；所述陽極絲2位于陰極管1的軸 線上；所述絕緣支架3是兩個正好鑲進(jìn)陰極管1的圓形絕緣片，分別位于陰極管1的兩端， 直徑嚴(yán)格等于陰極管1內(nèi)徑，其中心被陽極絲2穿透，并使陰極管1和陽極絲2絕緣；陰極 管1和兩個絕緣支架3組成一個腔體；所述工作氣體4是可以閃爍發(fā)光的氣體，工作時會充 滿腔體；所述高壓電源7與陽極絲2連接，置于腔體外面。
[0025] 所述粒子入射窗口 8是其中一個絕緣支架3上開的一個小孔，位置靠近絕緣支架 3被陽極絲穿透的圓心處；所述準(zhǔn)直器9緊貼入射窗口 8的外側(cè)，準(zhǔn)直器9的準(zhǔn)直孔與入射 窗口 8的小孔處于同一軸線上；所述單粒子源10置于準(zhǔn)直器9的準(zhǔn)直孔的軸線位置，并貼 近準(zhǔn)直器9的準(zhǔn)直孔。
[0026] 所述成像窗口 11是陰極管1管壁的中間位置開的一個窗口；所述成像設(shè)備12置 于成像窗口 11外側(cè)，其焦距、位置和景深根據(jù)具體成像情況來調(diào)節(jié)。
[0027] 更具體的，陰極管1是圓柱形的不銹鋼管，直徑最佳范圍6-lOcm，長度最佳范圍 20-30cm，厚度5cm左右；陽極絲2是直徑為IO-IOOum的鎢絲或鍍金鎢絲，位置與陰極管軸 線重合；陰極管1和陽極絲2通過絕緣支架3絕緣；絕緣支架3是兩個厚度為5厘米左右的 絕緣圓片，直徑嚴(yán)格等于陰極管1的內(nèi)徑，以使兩