CN104090290A - 极坐标读出式双楔条型阳极的二维位置灵敏探测器 - Google Patents

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王凡
肖斌
单旭
陈向军
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Abstract

本发明公开了一种极坐标读出式双楔条型阳极二维位置灵敏探测器，其中所述楔条型阳极分割成由楔形电极、条形电极和补偿电极组成的特定图案；所述楔条型阳极的六个楔形电极、条形电极和补偿电极分别配合组成两组对称的半圆型楔条型图案，各电极之间彼此断路，且所述楔条型阳极中的三种电极均沿径向排列；这种探测器用于探测区域为环形区域的测量时，能直接测量到粒子到中心的距离和极角。双楔条型阳极还能实现两个半圆区探测到粒子的符合测量，并具有死区小的优点。

Description

极坐标读出式双楔条型阳极的二维位置灵敏探测器
技术领域
本发明涉及粒子检测测量领域，更具体地涉及一种粒子位置灵敏探测器，尤其是一种包含楔条型阳极的位置灵敏探测器。
背景技术
在原子分子物理以及核与粒子物理等等实验中，楔条型阳极位置灵敏探测器(Wedge and Stroid Anodes，WSA)应用十分广泛，具有分辨率高、畸变小、稳定和计数率高等优点。H.O.Anger提出了最早的WSA的设计方法，其具有4个电极(参见H.O.Anger，Instrum.Soc.Am.Trans.，5(1966)，311)。J.S.Lapigton和H.E.Schwaz，给出了圆形的设计，并且将4个电极输出减少为3个电极输出模式(参见J.S.Lapigton，H.E.Schwaz，IEEETrans.Nucl.Sci.，NS33(1986))。R.W.VanBoeyen和J.F.Willianms则将双半圆形的WSA组合在一起，使之更适用于符合测量(参见R.W.VanBoeyenand J.F.Willianms，Rev.Sci.Instrum.，76(2005)063303-1)。对于上述几种WSA，虽然也能满足大部分测量要求，但由于实际的实验测量中，有一类实验的探测区域为环形区域，并且需要符合测量，针对此类实验，传统的直角坐标读出式WSA测量之后需要拟合计算来求得最终结果，而传统的WSA在拟合计算过程中往往引入不必要的误差，因此迫切需要一种简单快捷的测量方法来表征实验结果。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种极坐标读出式双楔条型阳极二维位置灵敏探测器，通过分割绝缘衬底上的金属镀膜成为特定图案，可用于电子、光子、离子等粒子的位置测量。
本发明的包含楔条型阳极的二维位置灵敏探测器，包括楔条型阳极、放大所述双楔条型阳极检测到的信号的倍增器4，以及固定所述双楔条型阳极和所述倍增器4的探测器支架6-12。
其中，所述楔条型阳极为在绝缘基底上形成的金属膜，通过光刻腐蚀或激光光刻的方法分割成由楔形电极2、条形电极1和补偿电极3组成的特定图案。
其中，所述楔条型阳极包括两个楔形电极2、两个条形电极1和两个补偿电极3，分别配合组成两组对称的半圆型楔条型图案，且各电极之间彼此断路。
其中，所述楔条型阳极的所述楔形电极2、条形电极1和补偿电极3均沿径向排列。
其中，所述楔条型阳极还包括一个接地极13，将所述的两个对称的半圆型楔条型图案隔开。
其中，所述楔形电极2、条形电极1、补偿电极3和接地极13之间均具有绝缘沟槽14，所述绝缘沟槽14的宽度为20-50μm。
其中，所述楔条型阳极的金属膜的厚度为0.5-2μm，绝缘基底的厚度为1-3mm。
其中，所述楔条型阳极的金属膜为金膜，所述绝缘基底由石英玻璃制得。
其中，所述探测器支架6-12包括压环8、异型弹片9和弹环10，其中所述异型弹片9上下分别抵靠压环8和弹环10，通过压环8、异型弹片9和弹环10配合来固定所述倍增器4。
其中，所述二维位置灵敏探测器为极坐标读出式二维位置灵敏探测器。
通过上述技术方案可知，本发明的技术方案具有分辨率高、畸变小、稳定和计数率高等优点。更突出的是，这种探测器用于探测区域为环形区域的测量时(例如电子动量谱仪)，能直接测量到粒子到中心的距离和极角(在电子动量谱仪的情况下，分别直接对应能量和动量)。双楔条型阳极还能实现两个半圆区探测到粒子的符合测量，并具有死区小的优点。并且由于本发明使用介电常数小的绝缘基底，并引入接地极，有效的减小了符合测量时两个半圆型楔条型阳极的互相串扰，可以更有效的用于符合测量。
附图说明
图1是现有的位置灵敏探测器中楔条型阳极布线图案的原理示意图；
图2是本发明的位置灵敏探测器的截面剖视图；
图3是图2中A区域的局部放大图；
图4是图2中B区域的局部放大图；
图5是本发明的位置灵敏探测器中双楔条型阳极布线图案的原理示意图；
图6是本发明的位置灵敏探测器中双楔条型阳极金属面的俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图2-4，为本发明的位置灵敏探测器的截面剖视图。位置灵敏探测器通常包括微通道板倍增器4、楔条型阳极5，以及用于固定、装配微通道板和楔条型阳极5并用于引出信号的探测器支架部件6-12。下面分别进行详述：
微通道板倍增器4，将入射粒子信号倍增放大，由两块微通道板级联组成。电压可由外围分压电路供给，每块微通道板上加电压约900V，其总的放大倍数为106-107。同时，微通道板要求探测器在真空度小于5×10-4Pa的真空条件下工作。微通道板可以根据需要从不同公司采购不同规格的产品，如本实施例中采用的是北方夜视技术有限公司的Φ81微通道板。
探测器支架部件6-12，用于固定、装配微通道板倍增器4、楔条型阳极5，并起到引出楔条型阳极5上各个电极电荷信号的作用。其中更具体地，上固定板6、阳极固定板7使用聚醚醚酮(polyetheretherketone)，也可以用其他绝缘性好并且在真空中出气率小的材料。由于微通道板易碎，在以往的装配过程中经常出现微通道板损坏的情况，我们特地改进了装架结构，特别是引入异型弹片9，如图3所示，其中压环8材料为铜，而异型弹片9，弹环10则采用磷青铜为材料。图4为楔条型阳极的固定方法，采用这种固定方法的另一个目的则是方便引出各电极电荷信号，其中压簧片12材料采用磷青铜。部件11为金网，分为两部分，分别对应阳极上两个半圆形楔条型阳极布线图案。两边的金网之间不能导通。
利用极坐标输出式双楔条型位置灵敏探测器测量两个同时到达的粒子时，可以通过金网11引出快信号作为时间信号。金属面的六个电极(不包括接地电极)分别引出六路位置信号。通过这些信号来确定两个同时到达的粒子的位置和到达时间。
楔条型阳极5，包含三种电极：条形电极1、楔形电极2和补偿电极3。三种电极将入射在楔条型阳极上的电荷按特定比例分配，通过测量三种电极上电荷的大小确定粒子入射在阳极上的位置。电荷的测量是通过数据采集系统实现的。楔条型阳极是由绝缘基底的一面上镀上导电性较好、不易氧化的金属膜(如金膜等)形成。该金属膜通过光刻腐蚀或激光光刻的方法分割成由楔形电极2、条形电极1、补偿电极3和接地极13组成的特定图案。被蚀刻掉的部分形成绝缘沟槽14将各电极隔开，绝缘沟槽宽度为20-50μm。各电极本身不能产生断路。金属膜厚度为0.5-2μm。绝缘衬底选用介电常数较小，且有一定强度的绝缘材料(如石英玻璃等)。
图1是现有的位置灵敏探测器中楔条型阳极布线图案的原理示意图，从图上可以看出，条形电极1、楔形电极2和补偿电极3彼此呈传统的楔形分布。图中未示出各电极之间的绝缘沟槽14。
图5是本发明一个具体实施例的位置灵敏探测器中双楔条型阳极布线图案的原理示意图，图6是本发明一个具体实施例的位置灵敏探测器中双楔条型阳极金属面的俯视图。其中，所述双楔条型阳极的金属膜采用金膜，厚度为1.5μm，绝缘沟道宽度为25μm。绝缘基底采用石英玻璃，厚度为2mm。在测量过程中，电荷束团打在金属膜上，当束团直径大于单元格宽度时。电荷束团中心的位置可以由下面的公式得到：
R＝a*Q2/(Q1+Q3-Q2)+R0；
θ＝2π*Q1/(Q1+Q3-Q2)
式中，R、θ分别为入射粒子位置的极坐标半径和角度；a、R0为由楔条型阳极图案决定的常数；Q1是第一种电极(条形电极)上收集的电荷量，Q2是第二种电极(楔形电极)上收集的电荷量，Q3是第三种电极(补偿电极)上收集的电荷量。
在用于探测区域为环形区域的测量时(例如电子动量谱仪)，本发明的位置灵敏探测器能直接测量到粒子到中心的距离和极角(在电子动量谱仪的情况下，分别直接对应能量和动量。双楔条型阳极还能实现两个半圆区探测到粒子的符合测量，并具有死区小的优点。并且由于本发明使用介电常数小的绝缘基底，并引入接地极，有效的减小了符合测量时两个半圆型楔条型阳极的互相串扰，可以更有效的用于符合测量。此外，本发明的位置灵敏探测器还具有分辨率高、畸变小、稳定和计数率高等优点。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种包含楔条型阳极的二维位置灵敏探测器，包括楔条型阳极、放大所述双楔条型阳极检测到的信号的倍增器(4)，以及固定所述双楔条型阳极和所述倍增器(4)的探测器支架(6-12)。
2.根据权利要求1所述的二维位置灵敏探测器，其中所述楔条型阳极为在绝缘基底上形成的金属膜，通过光刻腐蚀或激光光刻的方法分割成由楔形电极(2)、条形电极(1)和补偿电极(3)组成的特定图案。
3.根据权利要求2所述的二维位置灵敏探测器，其中所述楔条型阳极包括两个楔形电极(2)、两个条形电极(1)和两个补偿电极(3)，分别配合组成两组对称的半圆型楔条型图案，且各电极之间彼此断路。
4.根据权利要求3所述的二维位置灵敏探测器，其中所述楔条型阳极的所述楔形电极(2)、条形电极(1)和补偿电极(3)均沿径向排列。
5.根据权利要求3所述的二维位置灵敏探测器，其中所述楔条型阳极还包括一个接地极(13)，将所述的两个对称的半圆型楔条型图案隔开。
6.根据权利要求5所述的二维位置灵敏探测器，其中所述楔形电极(2)、条形电极(1)、补偿电极(3)和接地极(13)之间均具有绝缘沟槽(14)，所述绝缘沟槽(14)的宽度为20-50μm。
7.根据权利要求1所述的二维位置灵敏探测器，其中所述楔条型阳极的金属膜的厚度为0.5-2μm，绝缘基底的厚度为1-3 mm。
8.根据权利要求1所述的二维位置灵敏探测器，其中所述楔条型阳极的金属膜为金膜，所述绝缘基底由石英玻璃制得。
9.根据权利要求1所述的二维位置灵敏探测器，其中所述探测器支架(6-12)包括压环(8)、异型弹片(9)和弹环(10)，其中所述异型弹片(9)上下分别抵靠压环(8)和弹环(10)，通过压环(8)、异型弹片(9)和弹环(10)配合来固定所述倍增器(4)。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的二维位置灵敏探测器，其中所述二维位置灵敏探测器为极坐标读出式二维位置灵敏探测器。
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