CN103364820A - 基于共享阳极的微通道板拼接x射线探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于共享阳极的微通道板拼接X射线探测装置，多个拼接的MCP探测器和M个电子接收阳极，多个MCP探测器拼接为m×n阵列；其中m，n均为整数且m≥n；电子接收阳极的接收能力大于1×1，电子接收阳极M小于m×n。本发明解决了现有的采用MCP拼接方式构成的阵列探测器读出电子学通道数太多、电子学设计复杂的技术问题，本发明克服现有技术的不足，以实现拼接MCP探测器对极微弱X射线脉冲的探测。

Description

基于共享阳极的微通道板拼接X射线探测装置
技术领域
本发明涉及一种微通道板拼接的大面积X射线探测器读出方法，可用于极微弱X射线探测，采用基于微通道板MCP拼接的阵列探测器，多个MCP输出电子经共享阳极接收，以减少阵列探测器读出通道数，简化电子学，是实施拼接MCP探测器的重要方法。
背景技术
X射线脉冲星导航和X射线深空通信都是针对极微弱X射线光子的探测。在X射线脉冲星导航应用时，毫秒脉冲星的辐射流量一般在100～10-5ph/s/cm2的量级；而在X射线深空通信应用时，随着传输距离的增大，在探测器端接收到的光子流量也极其微弱，为了探测这样微弱的光子信号，中科院西安光机所提出了基于微通道板拼接的大面积X射线脉冲探测方法（专利申请号：201110449030.7）。方案实施时，每个MCP-阳极基本单元由光电阴极、MCP组和电子接收阳极组成。每一个MCP基本单元的电子输出信号由一路阳极接收，每一路阳极对应一个前端电子学通道。当采用上述方案构成更大面积的阵列探测器时（譬如1m2），由于每个MCP单元均有一个阳极信号输出，会导致电子学读出通道数很多（200路），增加了电子学设计难度。
因此为了提高探测系统的效率、降低电子学设计难度，大面积MCP探测器电子接收方式的研究具有重要意义，为MCP阵列探测器的应用奠定基础。
发明内容
为了解决现有的采用MCP拼接方式构成的阵列探测器读出电子学通道数太多、电子学设计复杂的技术问题，本发明的基于共享阳极的微通道板拼接X射线探测装置，克服现有技术的不足，以实现拼接MCP探测器对极微弱X射线脉冲的探测。
本发明的技术解决方案是：
基于共享阳极的微通道板拼接大面积X射线脉冲探测装置，其特殊之处在于：包括多个拼接的MCP探测器和M个电子接收阳极，
多个MCP探测器拼接为m×n阵列；其中m，n均为整数且m≥n；
所述电子接收阳极的接收能力大于1×1，电子接收阳极M小于m×n。
根据电子接受阳极的个数M取最小原则，通过以下方式确定电子接受阳极的个数M：设电子接收阳极的接收能力为p×q，即一个阳极可以接收p×q个MCP基本单元的电子且p≥q；
若p≥m且q≥n时，则M=1；
若1＜p≤m或1＜q≤n时
设N=N1×N2=（m/p）×（n/q），
若N1、N2为整数，则M=N=N1×N2
若N1为小数，N2为整数，则M=N2×（[N1]+1）
若N2为小数，N1为整数，则M=N1×（[N2]+1）
若N1、N2均为小数，则M=[N1]×[N2]+[N1]+[N2]+1。
本发明所具有的有益效果：
1、本发明的共享阳极实现拼接MCP出射电子的接收方案，为大面积拼接MCP探测器读出电子学的简化提供技术途径。
2、本发明的共享阳极方案保持了MCP探测器高时间分辨的特点，为X射线脉冲的高精度测量提供保障。
附图说明
图1本发明的2×2MCP探测器共享阳极接收方式示意图；
其中附图标记为：1-MCP探测器，2-电子接收阳极。
具体实施方式
基于共享阳极的微通道板拼接大面积X射线脉冲探测装置，多个拼接的MCP探测器和M个电子接收阳极，多个MCP探测器拼接为m×n阵列；其中m，n均为整数（m≥n）；电子接收阳极的接收能力大于1×1，电子接收阳极M小于m×n。根据电子接受阳极的个数M取最小原则，通过以下方式确定电子接受阳极的个数M：设电子接收阳极的接收能力为p×q，即一个阳极可以接收p×q个MCP基本单元的电子（p≥q）；
若p≥m且q≥n时，则M=1；
若1＜p≤m或1＜q≤n时
设N=N1×N2=（m/p）×（n/q），
若N1、N2为整数，则M=N=N1×N2
若N1为小数，N2为整数，则M=N2×（[N1]+1）
若N2为小数，N1为整数，则M=N1×（[N2]+1）
若N1、N2均为小数，则M=[N1]×[N2]+[N1]+[N2]+1。
实施例1：根据MCP探测器的工作原理，经过光电阴极和MCP后，光子信号转变为真空中飞行的电子，电子会在电场作用下沿电力线飞行。由于探测的X射线光子流量密度很低（100-10-5ph/cm2/s），而MCP器件的时间分辨很高，所以几乎不会在极短时间（10ns）内相邻MCP单元都接收到光子事件。因此，临近单元MCP的出射电子可以采用同一阳极进行接收，形成图1所示的结构方案，一组2x2的MCP探测器，由一个接收能力为2x2电子阳极，再通过一路电子学读出，从而使电子学读出通道数减少为原来的1/4，极大降低了电子学设计难度。
实施例2：基于共享阳极的微通道板拼接大面积X射线脉冲探测装置，多个拼接的MCP探测器和M个电子接收阳极，多个MCP探测器拼接为m×n阵列；其中m，n为7×5；电子接收阳极的接收能力为p×q，p×q=5×5,电子接受阳极的个数M：
N=N1×N2=（7/5）×（5/5），
那么N1为小数，N2为整数，则M=1×（[7/5]+1）=2。
实施例3：基于共享阳极的微通道板拼接大面积X射线脉冲探测装置，多个拼接的MCP探测器和M个电子接收阳极，多个MCP探测器拼接为m×n阵列；其中m，n为7×7；电子接收阳极的接收能力为p×q，p×q=3×3,电子接受阳极的个数M：
N=N1×N2=（7/3）×（7/3），
那么N1为小数，N2为小数，则M=[N1]×[N2]+[N1]+[N2]+1=[7/3]×[7/3]+[7/3]+[7/3]+1=9。

Claims (2)

1.基于共享阳极的微通道板拼接X射线探测装置，其特征在于：包括多个拼接的MCP探测器和M个电子接收阳极，
多个MCP探测器拼接为m×n阵列；其中m，n均为整数且m≥n；
所述电子接收阳极的接收能力大于1×1，电子接收阳极M小于m×n。
2.根据权利要求1所述的基于共享阳极的微通道板拼接X射线探测装置，其特征在于：
根据电子接受阳极的个数M取最小原则，通过以下方式确定电子接受阳极的个数M：设电子接收阳极的接收能力为p×q，即一个阳极可以接收p×q个MCP基本单元的电子且p≥q；
若p≥m且q≥n时，则M=1；
若1＜p≤m或1＜q≤n时
设N=N1×N2=（m/p）×（n/q），
若N1、N2为整数，则M=N=N1×N2
若N1为小数，N2为整数，则M=N2×（[N1]+1）
若N2为小数，N1为整数，则M=N1×（[N2]+1）
若N1、N2均为小数，则M=[N1]×[N2]+[N1]+[N2]+1。
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