CN102867728A

CN102867728A - 一种开窗型快响应x射线探测二极管

Info

Publication number: CN102867728A
Application number: CN2012103372295A
Authority: CN
Inventors: 王占平; 庞智强; 詹月; 焦芳; 蒋亮; 徐丽晓; 王梓豪
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2032-09-13
Also published as: CN102867728B

Abstract

本发明公开了一种开窗型快响应X射线探测二极管，包括阳极筒、网状阳极、阴极、阴极固定环、下套筒、上套筒和金属连接环，下套筒内中心位置设置所述阴极，下套筒与阴极间设置用于固定阴极、支撑阳极筒的阴极固定环，阴极固定环的外沿与下套筒相连、内沿与阴极相连；阳极筒位于阴极固定环和阴极上，上套筒设置在下套筒上方并将耐高压膜贴合压紧在阳极筒的外侧；所述耐高压膜设置在阳极筒与上套筒间构成电容。本发明响应快，其时间分辨能力可达亚纳秒级，因此能有效地测试Ｘ射线脉冲的半高宽。

Description

一种开窗型快响应X射线探测二极管

技术领域

本发明涉及X射线探测领域，具体涉及一种开窗型快响应X射线探测二极管。

背景技术

核聚变能是取之不尽，用之不竭的能源，所以受控热核聚变一旦实现，世界能源问题就一劳永逸地解决了。但这种高效且相对干净的、基于轻核聚变反应产生的聚变能，目前还没有找到在受控的条件下释放其能量的途径，而只能破坏性地使用它。

激光核聚变，也称惯性约束聚变（ICF）是在上世纪六十年代第一台激光器问世后不久由国际上一批知名核物理学家相继提出并引起高度重视的一种可控核聚变方案。几十年来，世界上主要的核国家相继投入巨资，在大型高功率激光驱动器、实验诊断、制靶和数值模拟等与ICF研究相关的方面做了积极的研究，取得了一定的进展。其中，中心点火模型是早期ICF研究的主要模型之一。这种模型中，惯性约束聚变对大尺度DT球靶的对称性和小尺度DT球靶的均匀性都有严格的要求，并要求极高的激光能量以实现中心点火和热核燃烧，这无疑存在着巨大的困难，在科学技术和费用上对任何国家都是一个挑战。因而至今即使在最强大的激光装置上也未能实现基本的能量得失相当。这种情形使人们不得不放弃了在短期内达到目的的希望，转而着手开展激光与物质相互作用、X光的发射和输运、激光等离子体的辐射特性、靶丸的内爆动力学以及热核燃料的点火燃烧等相关基础性课题的研究工作。随着超短超强激光技术的发展，给惯性约束聚变带来了新的契机，一种全新的点火方式—“快点火”逐渐引起了人们的广泛关注。它有望解决ICF中心点火模型难以克服的几个难题，大大降低了对激光能量和对称性的要求，也减少了经费的需求。

目前，针对“快点火”方式的ICF的基础性分解实验研究主要是针对两种驱动方式进行的，其一是直接驱动，其二是间接驱动。间接驱动更具有优越性，基于间接驱动的间接驱动内爆方式已成为当前研究的焦点，其中又以激光-X光转换、X光辐射场特性、辐射与靶丸相互作用等课题最为引人注目。在这些研究中，快响应X射线探测二极管是一个重要部件。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是：如何制造一种用于X射线探测的快响应二极管，以满足激光-X光转换、X光辐射场特性、辐射与靶丸相互作用等试验课题的需要。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种开窗型快响应X射线探测二极管，其特征在于，包括阳极筒、网状阳极、阴极、阴极固定环、下套筒、上套筒和金属连接环，下套筒内中心位置设置所述阴极，下套筒与阴极间设置用于固定阴极、支撑阳极筒的阴极固定环，阴极固定环的外沿与下套筒相连、内沿与阴极相连；阳极筒位于阴极固定环和阴极上，上套筒设置在下套筒上方并将耐高压膜贴合压紧在阳极筒的外侧；所述耐高压膜设置在阳极筒与上套筒间构成电容。

所述网状阳极设置在阳极筒上，加高压电后阳极筒和网状阳极成为一个等势体。

所述阴极边缘都倒角。

所述金属连接环以螺纹设置在上、下套筒上，以固定整个二极管。

本发明的工作过程为：高压电的负极接到上套筒上、正极接到阳极筒上。阳极筒上加高压电使阳极筒和网状阳极成为一个等势体，X射线可透过网状阳极照射到阴极上，阴极上的部分电子因吸收X射线能量成为自由电子，自由电子经过电场加速后打到阳极筒和网状阳极上。

与现有技术相比，本发明的有益效果表现：

在X射线辐射到本发明中的阴极后将产生自由电子，在高压电场的加速作用下飞向网状阳极，在这个过程中就形成了从阳极到阴极的电流，而阴极到阳极是截止的，实际上形成了一个二极管。本发明的结构使得该二极管阴、阳极之间在极间距离确定的情况下可以承受更高的电压，从而使本发明响应快，其时间分辨能力可达亚纳秒级，因此能有效地测试半高宽达亚纳秒级的Ｘ射线脉冲。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为阳极筒和网状阳极结构示意图；

图3为阴极示意图；

图4为阴极固定环示意图；

图5为下套筒示意图；

图6为上套筒示意图；

图7为金属连接环示意图；

附图标记为：1为极筒、2为网状阳极、3为阴极、4为阴极固定环、5为下套筒、6为上套筒、7为金属连接环、8为耐高压膜。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。

一种开窗型快响应X射线探测二极管，包括阳极筒、网状阳极、阴极、下套筒、上套筒、网状阳极、金属连接环，下套筒内中心位置设置所述阴极，下套筒与阴极间设有用于固定阴极、支撑阳极筒的阴极固定环，阴极固定环的外沿与下套筒相连、内沿与阴极相连；阳极筒位于阴极固定环和阴极上，上套筒设置在下套筒上方并将耐高压膜贴合压紧在阳极筒的外侧。

阳极筒接高压电的正极，网状阳极起收集电子作用和透过一定比率的X射线。阴极有两个作用，一方面起发射电子作用，一方面作为以下套筒为外导体的同轴线内导体，并用阴极固定环固定以保证阳极和阴极之间达到指定间距。阳极筒和上套筒以耐高压膜隔开，以防止击穿。本二极管结构以金属连接环固定。当X射线辐射到阴极后将产生自由电子，在高压电场的加速作用下飞向网状阳极，在这个过程中就形成了从阳极到阴极的电流，而阴极到阳极是截止的，实际上形成了一个二极管。此种二极管，其时间分辨能力可达亚纳秒级。

实施例一阳极筒和网状阳极的结构实例，如图2。

高压正极加到阳极筒后，阳极筒和网状阳极就成为高压等势体。在此情况下，Ｘ射线脉冲通过阳极筒的开窗打到网状阳极上，部分为网状阳极所遮挡，指定比例的脉冲透过网状阳极，将打到阴极上。阴极因受辐射产生自由电子，在电场作用下，向阳极加速运动。其中阳极筒底部采用弧形结构，使得阳极筒接收更多电子，且使边缘处电子的渡越时间与中间部位相同。

实施例二阴极的结构实例，如图3。

透过网状阳极的Ｘ射线打到阴极上后，会激发部分电子成为自由电子。由于网状阳极和阴极之间加有高压电，自由电子在高压电的作用下，加速飞向网状阳极，此过程中形成电脉冲。阴极边缘倒角，使得边缘电场大小与中间部位相差不大，且因为阴极内部受激发的部位呈葫芦状，因此边缘倒角后可产生更多自由电子。

实施例三阴极固定环的结构实例，如图4。

阴极与网状阳极的距离以及阴极横截面大小由阴极固定环的厚度和内环半径决定。在电子撞到网状阳极至放电完成过程中，阴极和网状阳极的距离越小，电流上升时间越短，同时，放电时间越长，二极管的最大线性电流越小。阴极横截面越小，放电时间越长，二极管的最大线性电流越小。综合考虑以上因素，得出一个合适的值。

实施例四下套筒，如图5。

下套筒起到固定阴极固定环作用，且其外螺纹与金属连接环的螺纹配合。下套筒同时作为输出信号的50欧姆空气同轴线外导体使用，保证能有小的驻波系数。

实施例五上套筒，如图6。

由于高压电的负极接到上套筒上，因为它与阳极筒之间有很大的电压，需用耐高压膜绝缘，以防止击穿。此外，要保证外套筒和阳极筒之间有较大电容，这样才能支持放电所需的电荷。

上面已结合附图对发明的具体实施方式进行了示例性的描述，显然本发明不限于此，在本发明范围内进行的各种改型均没有超出本发明的保护范围。

Claims

1.一种开窗型快响应X射线探测二极管，其特征在于，包括阳极筒、网状阳极、阴极、阴极固定环、下套筒、上套筒和金属连接环，下套筒内中心位置设置所述阴极，下套筒与阴极间设置用于固定阴极、支撑阳极筒的阴极固定环，阴极固定环的外沿与下套筒相连、内沿与阴极相连；阳极筒位于阴极固定环和阴极上，上套筒设置在下套筒上方并将耐高压膜贴合压紧在阳极筒的外侧；所述耐高压膜设置在阳极筒与上套筒间构成电容。

2.根据权利要求1所述的开窗型快响应X射线探测二极管，其特征在于，所述网状阳极设置在阳极筒上，加高压电后阳极筒和网状阳极成为一个等势体。

3.根据权利要求2所述的开窗型快响应X射线探测二极管，其特征在于，所述阴极边缘都倒角。

4.根据权利要求1或3所述的开窗型快响应X射线探测二极管，其特征在于，所述金属连接环以螺纹设置在上、下套筒上，以固定整个二极管。