CN109187663A - 一种栅型气体电子倍增探测器 - Google Patents

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刘倩
陈石
刘宏邦
郑阳恒
董洋
焦信达
朱丽娜
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Guangxi University
University of Chinese Academy of Sciences
Beijing Xinli Machinery Co Ltd
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University of Chinese Academy of Sciences
Beijing Xinli Machinery Co Ltd
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    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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Abstract

本发明涉及一种栅型气体电子倍增探测器，包括密闭腔室，设置在密闭腔室上的漂移电极、栅型气体电子倍增膜板、阻性材料薄层、读出阳极和电子学系统；阻性材料薄层位于栅型气体电子倍增膜板和读出阳极之间，读出阳极通过导线连接电子学系统；栅型气体电子倍增膜板包括绝缘基板和导电铜层，导电铜层贴附于绝缘基板上的预定区域，在预定区域内，栅型气体电子倍增膜上存在多个气隙。用固体的阻性材料薄层取消了厚型气体电子倍增探测器中感应区的悬空结构，膜板不会再因为重力等原因发生形变。同时阻性材料薄层厚度可以从微米到亚毫米量级，使探测器结构更为紧凑。同时栅状结构比微孔更容易加工，提高了成品率。

Description

一种栅型气体电子倍增探测器
技术领域
本发明涉及电子倍增探测器领域，尤其涉及一种栅型气体电子倍增探测器。
背景技术
厚型气体电子倍增探测器是一种微结构气体探测器，其结构为一个密闭腔室内将漂移电极、厚型气体电子倍增膜板与读出阳极平行设置，膜板与阳极之间形成感应区，其距离一般为2毫米至6毫米。工作时，漂移电极、厚型气体电子倍增膜板上层与下层需分别接入高压。电子倍增功能主要在膜板上的微孔阵列内通过雪崩放大过程实现。大面积的厚型气体电子倍增膜板可能发生机械形变，导致探测性能不稳定。膜板与读出阳极之间的感应区为悬空结构，因此感应区的形状极易受到膜板形状变化的影响。对于尺寸大于15厘米的厚型气体电子倍增探测器，由于电子倍增膜板的自身重量，以及接入高压后膜板和阳极之间的静电吸引力，厚型气体电子倍增膜板会发生弯曲变形，引起感应区电场畸变。电场的畸变会使探测器的增益均匀性变差，形变严重处容易发生不稳定的火花放电。大面积的厚型气体电子倍增探测器很难制作得轻薄紧凑。
为了减少上述的变形效应给探测器带来的影响，通常只能增加感应区的距离。感应区距离增加会导致腔室厚度增加，无法重现小面积厚型气体电子倍增探测器的紧凑结构。厚型气体电子倍增探测器的放电电流大，昂贵的电子学读出系统经常受到冲击。
为了探测一些微弱信号，厚型气体电子倍增探测器需要工作在较高的电压下，此时电子倍增膜板和感应区当中出现偶然火花放电现象的概率大大增加。厚型气体电子倍增探测器没有抑制放电电流的结构，放电电流通常在微安量级。厚型气体电子倍增膜板上微孔阵列结构的制作对设备和专业熟练工人的经验依赖高，品质控制难度大，大面积制作时成品率下降。膜板上的微孔指直径在0.2毫米至0.5毫米之间的通孔。钻孔过程中为保证小孔钻孔质量，需要专用的高速钻床与钻头。因使用的钻头较细，在打孔过程中钻头磨损快。磨损的钻头会使微孔质量下降，降低整块膜板的工作性能。为保证钻孔质量，提高成品率，钻头需经常更换。更换钻头的时机以及钻孔进给量等参数的微调依赖现场工人的经验判断，品质控制难度高。
发明内容
本发明的目的在于，解决现有技术中存在的上述不足之处。
为实现上述目的，本发明提供一种栅型气体电子倍增探测器，包括密闭腔室，设置在密闭腔室上的漂移电极、栅型气体电子倍增膜板、阻性材料薄层、读出阳极和电子学系统；漂移电极平行于栅型气体电子倍增膜板，阻性材料薄层位于栅型气体电子倍增膜板和读出阳极之间，读出阳极通过导线连接电子学系统；栅型气体电子倍增膜板，栅型气体电子倍增膜板包括绝缘基板和导电铜层，导电铜层贴附于绝缘基板上，在预定区域内，栅型气体电子倍增膜上存在多个气隙。
优选地，气隙为间隔分布的长方形气隙。
优选地，阻性材料薄层为阻性玻璃、电木或者聚甲醛抗静电材料。
优选地，阻性材料薄层的电阻率范围为109-1013Ω·cm。
优选地，阻性材料薄层的厚度范围为0.4-2mm。
本发明的有益效果：用固体的阻性材料薄层取消了厚型气体电子倍增探测器中感应区的悬空结构，膜板不会再因为重力等原因发生形变。同时阻性材料薄层厚度可以从微米到亚毫米量级，使探测器结构更为紧凑，栅型气体电子倍增膜板上，栅状结构取代了厚型气体电子倍增探测器的微孔，栅状结构比微孔更容易加工，提高了成品率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种栅型气体电子倍增探测器的正视图；
图2为本发明的放电保护原理示意图；
图3为本发明实施例提供的一种栅型气体电子倍增探测器的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1-3，栅型气体电子倍增探测器，包括密闭腔室10，设置在密闭腔室10上的漂移电极1、栅型气体电子倍增膜板6、阻性材料薄层7、读出阳极8和电子学系统9；漂移电极1平行于栅型气体电子倍增膜板6，阻性材料薄层7位于栅型气体电子倍增膜板6和读出阳极8之间，读出阳极8通过导线连接电子学系统9；栅型气体电子倍增膜板6包括绝缘基板5和导电铜层3，导电铜层3贴附于绝缘基板5上,且导电铜层3的面积比绝缘基板5小，如图3所示，在导电铜层3所覆盖的区域内，栅型气体电子倍增膜上存在多个气隙4。其中，漂移电极1与栅型气体电子倍增膜板6之间的区域为漂移区2。
在一个示例中，气隙4为间隔分布的长方形气隙，其中，间隙4，绝缘基板5和导电铜层3共同构成了栅型结构。
栅型气体电子倍增膜板6、阻性材料薄层7与读出阳极8三者紧密贴合，使电流能顺畅经过阻性材料薄层7流入读出阳极8。漂移电极8与其他部分平行设置。以上四部分均安装在密闭腔室内。电子学系统在密闭腔室外，通过电路与读出阳极连接。探测器工作时，倍增电子的电流信号通过阻性材料。
栅型气体电子倍增探测器中，用固体的阻性材料薄层7取消了厚型气体电子倍增探测器中感应区的悬空结构，膜板不会再因为重力等原因发生形变。同时阻性材料薄层7厚度可以从微米到亚毫米量级，使探测器结构更为紧凑。
选用高电阻率的阻性材料可以为电子学系统提供保护，其保护原理为图2所示，气隙4中发生放电时，气隙4中的放电电荷束团11会产生一个放电电流，放电电流沿图中虚线箭头所示方向传播。由于阻性材料具有较高电阻率，由于欧姆定律，该电流使阻性材料上表面产生一个较高电压，从而削弱气隙中的电场强度，在放电发生的初期阻止其发展。实验表明采用该结构后，放电电流仅为纳安或亚纳安量级，比厚型气体电子倍增探测器小约1000倍。
栅型气体电子倍增膜板6上，栅状结构取代了厚型气体电子倍增探测器的微孔，栅状结构比微孔更容易加工，提高了成品率。
在一个示例中，阻性材料薄层7的电阻率范围为109-1013Ω·cm。
在一个示例中，阻性材料薄层7的厚度范围为0.4-2mm。
在一个示例中，阻性材料薄层7选用阻性玻璃、电木或者聚甲醛抗静电材料。
在一个示例中，阻性材料薄层7选用阻性玻璃，体电阻率8×1012Ω·cm。
在一个示例中，阻性材料薄层7选用电木，体电阻率2×1010Ω·cm。
在一个示例中，阻性材料薄层7选用聚甲醛抗静电材料，体电阻率109-1011Ω·cm。
应当理解，根据设计需求，上述性材料薄层厚度、电阻率范围，都是可以改变的。
以上的具体实施方式，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，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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 (5)

1.一种栅型气体电子倍增探测器，其特征在于，包括密闭腔室，设置在所述密闭腔室上的漂移电极、栅型气体电子倍增膜板、阻性材料薄层、读出阳极和电子学系统；
所述漂移电极平行于所述栅型气体电子倍增膜板，所述阻性材料薄层位于所述栅型气体电子倍增膜板和所述读出阳极之间，所述读出阳极通过导线连接所述电子学系统；
所述栅型气体电子倍增膜板包括绝缘基板和导电铜层，所述导电铜层贴附于所述绝缘基板上，在预定区域内，所述栅型气体电子倍增膜上存在多个气隙。
2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述气隙为间隔分布的长方形气隙。
3.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述阻性材料薄层的电阻率范围为109-1013Ω·cm。
4.根据权利要求1所述的，其特征在于，阻性材料薄层的厚度范围为0.4-2mm。
5.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述阻性材料薄层为阻性玻璃、电木或者聚甲醛抗静电材料。
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