CN105866820B - 一种网状电极金刚石x射线测量装置 - Google Patents

一种网状电极金刚石x射线测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种网状电极金刚石X射线测量装置，所述的测量装置中的金刚石的端面分别镀有网状电极与盘状电极，连接环通过螺纹固定套接在外壳的前端，在外壳内中轴线上依次设置有垫片、金刚石、绝缘环、绝缘层，垫片、金刚石、绝缘环通过连接环压紧在外壳内。垫片与网状电极压紧连接。绝缘层与外壳固定连接。绝缘层内包裹有芯针，芯针穿过绝缘环与盘状电极连接。外壳末端设置有外接电缆的接头。本发明减小了对X射线的衰减，保证了低能X射线可以直接照射至金刚石，实现了惯性约束聚变领域的X射线辐射测量。同轴心结构设置更利于实现探测器的阻抗匹配，减小了测量信号失真。较大面积的网状电极更利于灵敏度标定与测量应用。

Description

一种网状电极金刚石X射线测量装置
技术领域
本发明属于X射线辐射测量领域，具体涉及一种网状电极金刚石X射线测量装置。
背景技术
目前对辐射的探测大都依赖于硅光二极管或PIN二极管。硅光二极管的不足是对于可见光有响应，而且易于受到中子辐射的损伤。另一种普遍应用的软X光探测器是真空X光二极管，但是X光二极管灵敏度很低，而且随光子能量的变化而变化。因此需要寻求一种对可见光不响应，在测谱范围内平响应的X光探测器。惯性约束聚变点火实验要求探测器响应快，灵敏度高，有一定的抗辐射损伤能力。无论是天然单晶还是多晶的金刚石都可以用于各种辐射探测，包括X光，γ射线，高能带电粒子以及中子探测。用金刚石制备的探测器能够在高注量率、高辐照强度以及高温等苛刻环境下工作。与硅光二极管相比，金刚石光电导探测器的优势包括：较大的载流子迁移率与较小的介电常数使其响应速度较快；室温下漏电流较低；对原子转移的阻力较大，其转移阈值约为43 eV，而硅为20 eV；5.5eV的宽禁带本身即可滤掉可见光，同时具有良好的抗损伤能力。该材料对一倍频与三倍频激光的响应灵敏度最低。金刚石可以作为硅与X光二极管探测技术的较好替代品。
在Sandia国家实验室Saturn装置上，金刚石光电导探测器已经应用于z-pich实验中软X光的诊断。Los Alamos国家实验室研制了一套基于多晶CVD金刚石的透射光栅软X光谱仪，在NIF装置上测量软X光谱以测量辐射温度。国内研究在天然金刚石探测器研究的基础上逐渐展开，目前中国工程物理研究院激光聚变研究中心研制的金刚石探测器的金属-金刚石-金属结构，利用双微带输出信号与施加偏压。
尽管这些装置在X射线辐射测量中可实现X射线的测量，能满足研究需要，但是存在以下不足：（1）同轴结构探测器电极影响低能X射线探测。金属-金刚石-金属同轴结构的探测器，可以保证同轴阻抗匹配，但是X射线经过金属电极照射至金刚石上，其低能部分将会被不同程度的吸收，影响其测量结果。（2）微带结构探测器无法保证同轴输出。利用微带连接金刚石的探测器，可以利用无金属电极面接受X射线，但是无法保证同轴输出结构，影响探测器阻抗匹配。（3）微带结构探测器标定困难。微带连接的探测器灵敏面很小，给灵敏度标定时候的瞄准与测量带来很大困难。
发明内容
本发明的目的是为了解决已有技术中X射线辐射测量中存在的影响低能X射线测量、无法保证同轴输出、标定困难的问题，提供一种网状电极金刚石X射线测量装置。本发明不影响低能X射线测量、可保证同轴输出、降低标定难度，能够实现惯性约束聚变领域的黑腔物理、辐射输运、辐射烧蚀、辐射不透明度以及内爆动力学的X射线辐射测量。
本发明的技术方案如下：
本发明的一种网状电极金刚石X射线测量装置，其特点是，所述的测量装置包括连接环、垫片、金刚石、绝缘环、外壳、绝缘层、芯针，所述垫片为环状金属片，金刚石为圆柱形。其连接关系是，所述的金刚石的一个端面镀有网状电极，另一端面镀有盘状电极。所述的连接环通过螺纹固定套接在外壳的前端，在外壳内中轴线上依次设置有垫片、金刚石、绝缘环、绝缘层，垫片、金刚石、绝缘环通过连接环压紧在外壳内。所述的垫片与网状电极压紧连接。所述的绝缘层与外壳固定连接。所述的绝缘层内包裹有芯针，芯针穿过绝缘环与盘状电极连接。所述的外壳末端设置有外接电缆的接头。
所述的连接环、垫片、金刚石、绝缘环、绝缘层、芯针为同轴心设置。
所述的网状电极由中心网与外环构成。
所述的外壳末端接头为SMA型、N型、BNC型中的一种。
所述的芯针与盘状电极连接点到外壳末端的阻抗为50Ω。
所述垫片的材料采用不锈钢、铜、铝中的一种。
本发明的有益效果是，本发明中设置了网状电极，减小了对X射线的衰减，保证了低能X射线可以直接照射至金刚石，实现了惯性约束聚变领域的黑腔物理、辐射输运、辐射烧蚀、辐射不透明度以及内爆动力学的X射线辐射测量。本发明中的同轴心结构设置更利于实现探测器的阻抗匹配，减小了测量信号失真。本发明中设置了较大面积的网状电极，更易于瞄准，利于灵敏度标定与测量应用。
附图说明
图1为本发明的网状电极金刚石X射线测量装置的结构示意图；
图2a为本发明中的金刚石顶视图；
图2b为本发明中的金刚石底视图；
图中，1.连接环 2.垫片 3.金刚石 4.绝缘环 5.外壳 6.绝缘层 7.芯针 8.网状电极 9.盘状电极。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
图1为本发明的网状电极金刚石X射线测量装置的结构示意图，图2a为本发明中的金刚石顶视图，图2b为本发明中的金刚石底视图。在图1、图2a、图2b中，本发明的网状电极金刚石X射线测量装置，包括连接环1、垫片2、金刚石3、绝缘环4、外壳5、绝缘层6、芯针7，所述垫片2为环状金属片，金刚石3为圆柱形。其连接关系是，所述的金刚石3的一个端面镀有网状电极8，另一端面镀有盘状电极9。所述的连接环1通过螺纹固定套接在外壳5的前端，在外壳5内中轴线上依次设置有垫片2、金刚石3、绝缘环4、绝缘层6，垫片2、金刚石3、绝缘环4通过连接环1压紧在外壳5内；所述的垫片2与网状电极8压紧连接；所述的绝缘层6与外壳5固定连接。所述的绝缘层6内包裹有芯针7，芯针7穿过绝缘环4与盘状电极9连接。所述的外壳5末端设置有外接电缆的接头。
所述的连接环1、垫片2、金刚石3、绝缘环4、绝缘层6、芯针7为同轴心设置。
所述的网状电极8由中心网与外环构成。
本实施例中，垫片2的材料采用铜，金刚石3为直径4mm厚度1 mm的CVD金刚石，盘状电极9为直径3.5 mm厚度1μm的金，绝缘环4材料为聚四氟乙烯，外壳5末端接头为SMA型，绝缘层6材料为聚四氟乙烯，芯针7与盘状电极9连接点到外壳末端的阻抗为50Ω；网状电极8外径为3.5 mm，其中心网直径为2.6mm，中心网占空比小于20%，材料为3μm厚的金。
本发明的工作流程如下：
1) 本发明的网状电极金刚石X射线测量装置中的外壳5末端通过电缆与RC隔直模块连接，RC隔直模块通过电缆分别与偏压电源、示波器连接。
2)偏压电源为金刚石3施加偏压。
3) 脉冲X射线通过连接环1、垫片2照射至金刚石3，产生电子空穴对，并在偏压电场的作用下产生电流。
4) 示波器通过RC隔直模块获取电压信号。
5) 根据公式，其中：为辐射流，为信号衰减倍数，为示波器阻抗，为本发明的探测装置响应函数，为金刚石有效面积对应的立体角，能够计算得到辐射流随时间变化结果。
实施例2
本实施例与实施例1 的结构相同，不同之处是，垫片2的材料采用不锈钢，金刚石3为直径5mm厚度0.5 mm的CVD金刚石，盘状电极9为直径4.5mm厚度0.5μm的金，外壳5末端接头为N型；网状电极8外径为4.5 mm，其中心网直径为3.6mm，中心网占空比为20%，材料为1μm厚的金。
实施例3
本实施例与实施例1 的结构相同，不同之处是，垫片2的材料采用铝；外壳5末端接头为BNC型。
最后说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人而言，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分特征等同替换，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 (6)

1.一种网状电极金刚石X射线测量装置，其特征在于，所述的测量装置包括连接环（1）、垫片（2）、金刚石（3）、绝缘环（4）、外壳（5）、绝缘层（6）、芯针（7），所述垫片（2）为环状金属片，金刚石（3）为圆柱形；其连接关系是，所述的金刚石（3）的一个端面镀有网状电极（8），另一端面镀有盘状电极（9）；所述的连接环（1）通过螺纹固定套接在外壳（5）的前端，在外壳（5）内中轴线上依次设置有垫片（2）、金刚石（3）、绝缘环（4）、绝缘层（6），垫片（2）、金刚石（3）、绝缘环（4）通过连接环（1）压紧在外壳（5）内；所述的垫片（2）与网状电极（8）压紧连接；所述的绝缘层（6）与外壳（5）固定连接；所述的绝缘层（6）内包裹有芯针（7），芯针（7）穿过绝缘环（4）与盘状电极（9）连接；所述的外壳（5）末端设置有外接电缆的接头。
2.根据权利要求1所述的一种网状电极金刚石X射线测量装置，其特征在于，所述的连接环（1）、垫片（2）、金刚石（3）、绝缘环（4）、绝缘层（6）、芯针（7）为同轴心设置。
3.根据权利要求1所述的一种网状电极金刚石X射线测量装置，其特征在于，所述的网状电极（8）由中心网与外环构成。
4.根据权利要求1所述的一种网状电极金刚石X射线测量装置，其特征在于，所述的外壳（5）末端接头为SMA型、N型、BNC型中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种网状电极金刚石X射线测量装置，其特征在于，所述的芯针（7）与盘状电极（9）连接点到外壳末端的阻抗为50Ω。
6.根据权利要求1所述的一种网状电极金刚石X射线测量装置，其特征在于，所述垫片（2）的材料采用不锈钢、铜、铝中的一种。
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