CN107369599B - 一种多通道硬x射线探测光阴极 - Google Patents
一种多通道硬x射线探测光阴极 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107369599B CN107369599B CN201710815387.XA CN201710815387A CN107369599B CN 107369599 B CN107369599 B CN 107369599B CN 201710815387 A CN201710815387 A CN 201710815387A CN 107369599 B CN107369599 B CN 107369599B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cathode
- hard
- channels
- channel
- ray detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000006187 pill Substances 0.000 description 3
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000000752 ionisation method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/06—Cathodes
Abstract
本发明公开了一种X射线探测光阴极，解决了现有技术硬X射线探测光阴极时间分辨率不够从而达不到实际需求的问题。本发明包括可产生初级光电子的阴极基底和等距陈列于阴极基底上阴极通道，阴极通道内壁镀设碱金属镀层，初级光电子电离碱金属镀层产生低能二级电子，该二级电子进入阴极通道内经过雪崩放大后再传播至后面的设备被接收探测；阴极通道的直径均为3μm‑30μm，相邻阴极通道的间距均为5μm‑35μm，阴极通道与阴极基底法线之间夹角为0.1°‑15°。本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，能有效提高硬X射线探测光阴极的时间分辨率和优化空间分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体物理和核探测领域，具体涉及一种多通道硬X射线探测光阴极。
背景技术
硬X射线与物质相互作用，主要是发生光电效应和康普顿效应，并且每种效应都产生相应的高能初级电子。这些初级电子继续与物质相互作用，使得物质的原子、分子电离和激发。如果在某种物质中所产生的电离和激发的信号，能从该物质中引出，经收集放大而成为可供分析记录的电脉冲信号，这种物质就可被用来作为硬X射线探测器的探测介质。
硬X射线在任何物质中都可以发生光电效应和康普顿效应，但不是任何物质都可作为硬X射线的探测介质。次级电子在物质中产生电离和激发是产生电子离子对、闪光和电子空穴对等。显然这些信号在不透明的绝缘材料和较厚的导体中是无法引出的。而极薄的金属膜探测阴极只能探测软X射线，所以目前的硬X射线成像探测器一般为闪烁体探测器。由于闪烁体具有较长的余晖时间(几个ns至几百个ns)，远远不能满足某些科学实验中时间分辨要求和门控时间技术要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种多通道硬X射线探测光阴极，解决现有技术硬X射线探测光阴极时间分辨率不够从而达不到实际需求的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种多通道硬X射线探测光阴极，包括在硬X射线光子照射下与该照射的硬X射线光子发生作用产生初级光电子的阴极基底，以及等距陈列于所述阴极基底上的两个以上阴极通道，每个所述阴极通道内壁上均设有一层碱金属镀层，所有所述阴极通道均为贯穿所述阴极基底正反两面的贯穿性孔道，当产生于所述阴极基底上的初级光电子到达所述阴极通道时将电离该阴极通道内壁上的碱金属镀层从而产生低能二级电子，并且所述二级电子在该阴极通道内经过雪崩放大后被后面的设备接收探测；所有所述阴极通道的直径相同，为3μm-30μm，所有相邻的所述阴极通道之间的间距相同，为5μm-35μm，并且所有所述阴极通道与所述阴极基底的法线之间的夹角一致，为0.1°-15°。
进一步地，所述阴极基底的成份为Pb、Si和O元素，其中铅元素的质量百分比不低于40％。
进一步地，所述阴极基底的厚度为0.3-30mm。
进一步地，所述二级电子为能量小于50eV的电子。
进一步地，所述碱金属镀层为金属Na镀层或金属K镀层。
进一步地，所述硬X射线为能段范围为10-300keV的硬X射线。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，能有效提高硬X射线探测光阴极的时间分辨率和优化空间分辨率。
(2)本发明采用在阴极基底上开设等距阵列分布的若干个阴极通道，并在阴极通道的内壁上镀设碱金属镀层，该碱金属镀层可以是金属Na镀层或金属K镀层，当能段范围为10-300keV的硬X射线照射至阴极基底时，会产生高能初级光电子，该高能初级光电子进入阴极通道后会电离阴极通道内壁上的碱金属镀层(金属Na镀层或金属K镀层)以产生能量小于50eV的二级电子，所产生的二级电子在阴极通道内经过雪崩放大后传播至阴极通道另一端并被位于后方的设备接收探测。
(3)本发明的阴极基底厚度为0.3-30mm，形状可根据实际情况制定，阴极通道的直径为3μm-30μm，相邻阴极通道的间距为5μm-35μm，并且阴极通道与阴极基底的法线之间呈一个0.1°-15°的夹角；相邻阴极通道的间距形成高能初级光电子穿越该相邻阴极通道之间的“墙壁厚度”，因阴极基底伤等距阵列有多个阴极通道，因此高能初级光电子只需要穿越阴极通道之间的“墙壁厚度”就能到达阴极通道内，故阴极基底可以做厚以探测能段范围为10-300keV的硬X射线；同时，本发明在进行能段范围为10-300keV的硬X射线的探测时，所产生的初级光电子和二级电子的过程均为电离，而电离过程则可以看作是瞬态物理过程，时间尺度大约为1×10-21s，远远小于闪烁体的退激弛豫时间，有效实现了余晖时间短的目的；如此相比于现有技术可将时间分辨率至少提高一个量级，同时还可将空间分辨率优化至0.06mm。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1中A-A截面图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-阴极基底、2-阴极通道、3-碱金属镀层。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1和2所示，本发明提供的一种多通道硬X射线探测光阴极，结构简单、设计科学合理，使用方便，能有效提高硬X射线探测光阴极的时间分辨率和优化空间分辨率。本发明包括在能段范围为10-300keV的硬X射线光子照射下与该照射的硬X射线光子发生作用产生初级光电子的阴极基底1，以及等距陈列于所述阴极基底1上的两个以上阴极通道2，所有所述阴极通道2均为贯穿所述阴极基底1正反两面的贯穿性孔道，每个所述阴极通道2内壁上均设有一层碱金属镀层3，该碱金属镀层3优选金属Na镀层或金属K镀层，当产生于所述阴极基底1上的初级光电子到达所述阴极通道2时将电离该阴极通道2内壁上的碱金属镀层3从而产生低能二级电子，并且所述二级电子进入该阴极通道2内经过雪崩放大后在该阴极通道2内传播至另一端后被后面的设备接收探测，所述二级电子为能量小于50eV的电子；
本发明采用在阴极基底上开设等距阵列分布的若干个阴极通道，并在阴极通道的内壁上镀设碱金属镀层，该碱金属镀层可以是金属Na镀层或金属K镀层，当能段范围为10-300keV的硬X射线照射至阴极基底时，会产生高能初级光电子，该高能初级光电子进入阴极通道后会电离阴极通道内壁上的碱金属镀层(金属Na镀层或金属K镀层)以产生能量小于50eV的二级电子，所产生的二级电子在阴极通道内进行雪崩放大后传播至阴极通道另一端并被位于后方的设备接收探测。
为了使本发明能够探测能段范围为10-300keV的硬X射线，所述阴极基底1的厚度为0.3-30mm，同时为了让高能初级光电子能更有效地进入阴极通道2内，所有所述阴极通道2的直径均为3μm-30μm，所有相邻的所述阴极通道2之间的间距均为5μm-35μm，高能初级光电子只要穿过阴极通道2之间的间距(“墙壁厚度”)即可进入阴极通道2内以电离阴极通道2内壁的碱金属镀层，从而产生能量小于50eV的二级电子，为了防止硬X射线光子没有与阴极基底1作用而直接从阴极通道2内穿出，本发明所有所述阴极通道2与所述阴极基底1的法线之间的夹角均为0.1°-15°，并且该夹角越小，入射的硬X射线的位置与雪崩电子输出的位置越一致，为了使本发明的阴极基底1在接受到硬X射线照射能够更好地产生高能初级光电子，所述阴极基底1的成份为Pb、Si和O元素，其中铅元素的质量百分比不低于40％。
本发明的阴极基底厚度为0.3-30mm，形状可根据实际情况制定，阴极通道的直径为3μm-30μm，相邻阴极通道的间距为5μm-35μm，并且阴极通道与阴极基底的法线之间呈一个0.1°-15°的夹角；相邻阴极通道的间距形成高能初级光电子穿越该相邻阴极通道之间的“墙壁厚度”，因阴极基底伤等距阵列有多个阴极通道，因此高能初级光电子只需要穿越阴极通道之间的“墙壁厚度”就能到达阴极通道内，故阴极基底可以做厚以探测能段范围为10-300keV的硬X射线；同时，本发明在进行能段范围为10-300keV的硬X射线的探测时，所产生的初级光电子和二级电子的过程均为电离，而电离过程则可以看作是瞬态物理过程，时间尺度大约为1×10-21s，远远小于闪烁体的退激弛豫时间，有效实现了余晖时间短的目的；如此相比于现有技术可将时间分辨率至少提高一个量级，同时还可将空间分辨率优化至0.6mm。
值得注意的是，本发明在工作时，阴极基底前后两个端面的工作电压范围为200V-2000V，该工作电压可以通过外界脉冲高压电源加载，并且工作时需在真空环境下进行，该真空环境的真空度需高于5×10-2Pa。
下面以一个实验案例对本发明的使用过程进行说明。
在激光惯性约束核聚变物理实验中，最大压缩时刻压缩靶丸的面密度和对称性是关键参数，如何使用X射线点投影技术对最大压缩时刻的靶丸进行成像是实验的一个关键点。此时压缩靶丸的面密度可以达到3g/cm2左右，为了达到必要的光学深度，必须使用能段为50-200keV的X射线作为背光源，并且图像信噪比越高，面密度的测量不确定度越小。在各个噪声的来源中，背景噪声是在康普顿照相中最主要的噪声。这些背景噪声包括：靶丸的自发辐射、激光等离子体相互作用、聚变中子、高能电子以及高能电子穿过黑腔壁产生的γ射线。其中，激光等离子体相互作用和聚变中子所产生的信号强度将远远大于背光源强度，必须使用时间门控技术予以隔离。
由于LPI与探测光子到达时间间隔只有几百个皮秒，所以门控电压上升沿必须在数百ps以内。由于时间门控技术的需求，同时要求探测介质具有快速响应和“余晖时间”短的特点。传统的闪烁体由于余晖时间太长(几个ns-几百个ns)，无法在探针光到达之前完全释放LPI带来的余晖，而无法满足诊断需求。
本发明通过设计一种多通道硬X射线探测光阴极，很好的解决了现有硬X射线探测阴极时间分辨不足、余晖时间太长的问题，可有效对压缩靶丸进行成像。可以说，本发明虽然结构设计不复杂，但是其巧妙地突破了现有技术的束缚，实现了创新，从而将硬X射线成像探测阴极的设计提高到了一个新的高度。因此本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多通道硬X射线探测光阴极，其特征在于：包括在硬X射线光子照射下与该照射的硬X射线光子发生作用产生初级光电子的阴极基底(1)，以及等距陈列于所述阴极基底(1)上的两个以上阴极通道(2)，每个所述阴极通道(2)内壁上均设有一层碱金属镀层(3)，所有所述阴极通道(2)均为贯穿所述阴极基底(1)正反两面的贯穿性孔道，当产生于所述阴极基底(1)上的初级光电子到达所述阴极通道(2)时将电离该阴极通道(2)内壁上的碱金属镀层(3)从而产生低能二级电子，并且所述二级电子在该阴极通道(2)内经过雪崩放大后被后面的设备接收探测；所有所述阴极通道(2)的直径相同，为3μm-30μm，所有相邻的所述阴极通道(2)之间的间距相同，为5μm-35μm，并且所有所述阴极通道(2)与所述阴极基底(1)的法线之间的夹角一致，为0.1°-15°；其中，所述阴极基底(1)的成份为Pb、Si和O元素，其中铅元素的质量百分比不低于40％。
2.根据权利要求1所述的一种多通道硬X射线探测光阴极，其特征在于：所述阴极基底(1)的厚度为0.3-30mm。
3.根据权利要求2所述的一种多通道硬X射线探测光阴极，其特征在于：所述二级电子为能量小于50eV的电子。
4.根据权利要求3所述的一种多通道硬X射线探测光阴极，其特征在于：所述碱金属镀层(3)为金属Na镀层或金属K镀层。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种多通道硬X射线探测光阴极，其特征在于：所述硬X射线为能段范围为10-300keV的硬X射线。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710815387.XA CN107369599B (zh) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | 一种多通道硬x射线探测光阴极 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710815387.XA CN107369599B (zh) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | 一种多通道硬x射线探测光阴极 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107369599A CN107369599A (zh) | 2017-11-21 |
| CN107369599B true CN107369599B (zh) | 2023-12-29 |
Family
ID=60303062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710815387.XA Active CN107369599B (zh) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | 一种多通道硬x射线探测光阴极 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107369599B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107765506B (zh) * | 2017-11-29 | 2023-11-14 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种硬x射线分幅相机及其探测硬x射线方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1086345A (zh) * | 1993-10-16 | 1994-05-04 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种x射线象增强器及其制作方法 |
| SE0002079D0 (sv) * | 2000-06-05 | 2000-06-05 | Xcounter Ab | Radiation detection apparatus and method |
| CN103399338A (zh) * | 2013-07-05 | 2013-11-20 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种复合式光电阴极x射线探测装置 |
| CN106796301A (zh) * | 2014-10-17 | 2017-05-31 | 通用电气公司 | 有机光电二极管、有机x射线检测器和x射线系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9837238B2 (en) * | 2015-08-26 | 2017-12-05 | National Security Technologies, Llc | Photocathode |
-
2017
- 2017-09-12 CN CN201710815387.XA patent/CN107369599B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1086345A (zh) * | 1993-10-16 | 1994-05-04 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种x射线象增强器及其制作方法 |
| SE0002079D0 (sv) * | 2000-06-05 | 2000-06-05 | Xcounter Ab | Radiation detection apparatus and method |
| CN103399338A (zh) * | 2013-07-05 | 2013-11-20 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种复合式光电阴极x射线探测装置 |
| CN106796301A (zh) * | 2014-10-17 | 2017-05-31 | 通用电气公司 | 有机光电二极管、有机x射线检测器和x射线系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 超二代像增强器多碱阴极透射式和反射式光电发射研究;李晓峰;郭骞;真空科学与技术学报;第33卷(第9期);909-915 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107369599A (zh) | 2017-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Charpak et al. | Micromegas, a multipurpose gaseous detector | |
| CN107402401B (zh) | 一种带有时间门控的多通道硬x射线成像探测器 | |
| US20110284757A1 (en) | Apparatus, method and system for measuring prompt gamma and other beam-induced radiation during hadron therapy treatments for dose and range verification purposes using ionization radiation detection | |
| Chugunov et al. | Development of gamma-ray diagnostics for ITER | |
| Aprile et al. | Proportional light in a dual-phase xenon chamber | |
| Tulej et al. | Detection efficiency of microchannel plates for e− and π− in the momentum range from 17.5 to 345 MeV/c | |
| Herrmann et al. | Next generation gamma-ray Cherenkov detectors for the National Ignition Facility | |
| CN107369599B (zh) | 一种多通道硬x射线探测光阴极 | |
| Breskin | Advances in gas avalanche radiation detectors for biomedical applications | |
| CN207165513U (zh) | 一种多通道硬x射线探测光阴极 | |
| Kopylov et al. | Method of search for hidden photons of Cold Dark Matter using a multi-cathode counter | |
| CN207396967U (zh) | 一种硬x射线条纹相机 | |
| Variale | Neutron Imager and Flux Monitor Based on Micro Channel Plates (MCP) in Electrostatic Mirror Configuration | |
| Ryzhkov et al. | Evaluation of temporal behavior of 200 keV proton components of intense pulsed ion beam with prompt gamma-and time-of-flight spectrometry | |
| Lee et al. | Performance evaluation of a beta-spectrometer comprising a plastic scintillator and multi-wire chamber using a coincidence method | |
| Bacak et al. | A compact multi-plate fission chamber for the simultaneous measurement of 233U capture and fission cross-sections | |
| Segui et al. | Detector design and performance tests of the ESS-neutron Beam Loss Monitor detectors | |
| Winn et al. | Photomultipliers as High Rate Radiation-Resistant In-Situ Sensors in Future Experiments | |
| Albayrak-Yetkin et al. | Secondary Emission Calorimetry: Fast and Radiation-Hard | |
| Kwiatkowski et al. | Time-and space-resolved measurements of high-energy ion beams emitted from PF-type discharges | |
| Junghansa et al. | Fast neutron measurements at the nELBE time-of-flight facility | |
| Schumer et al. | Development of an intense pulsed characteristic γ-ray source for active interrogation of special nuclear material | |
| Safronov et al. | Experimental study of the acceleration of protons emitted from thin foils irradiated by ultrahigh-contrast laser pulses | |
| Zhang et al. | Demonstration of laser-produced neutron diagnostic by radiative capture gamma-rays | |
| Izumi et al. | Efficiency and decay time measurement of phosphors for x-ray framing cameras usable in harsh radiation background |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |