CN109581471B - 一种多层复合式量能器 - Google Patents

一种多层复合式量能器 Download PDF

Info

Publication number
CN109581471B
CN109581471B CN201811431751.3A CN201811431751A CN109581471B CN 109581471 B CN109581471 B CN 109581471B CN 201811431751 A CN201811431751 A CN 201811431751A CN 109581471 B CN109581471 B CN 109581471B
Authority
CN
China
Prior art keywords
thallium
cesium iodide
doped cesium
energy meter
detector
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
Application number
CN201811431751.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109581471A (zh
Inventor
王博
刘金胜
潘睿元
肖婷
张玉兔
邵思霈
胡慧君
何霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Institute of Space Electronic Technology
Original Assignee
Shandong Institute of Space Electronic Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Institute of Space Electronic Technology filed Critical Shandong Institute of Space Electronic Technology
Priority to CN201811431751.3A priority Critical patent/CN109581471B/zh
Publication of CN109581471A publication Critical patent/CN109581471A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109581471B publication Critical patent/CN109581471B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/36—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry
    • G01T1/366—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry with semi-conductor detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/36—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry
    • G01T1/362—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry with scintillation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/36—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry
    • G01T1/38—Particle discrimination and measurement of relative mass, e.g. by measurement of loss of energy with distance (dE/dx)

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多层复合式量能器。该包括镜筒、安装在镜筒内的共轴连接的硅半导体探测器模块和掺铊碘化铯探测器模块；其中，硅半导体探测器模块包括至少两片共轴排布的硅半导体探测器，每片硅半导体探测器上下两端分别通过第一固定架固定；掺铊碘化铯探测器模块包括至少四片从上至下依次共轴排布的掺铊碘化铯探测器，相邻掺铊碘化铯探测器之间均设置吸收体介质，掺铊碘化铯探测器和吸收体介质均通过第二固定架固定在镜筒内，所有掺铊碘化铯探测器的侧切面共面设置，每个侧切面均对应安装一个光电二极管。该量能器能够减小粒子采集信号的差异性，并有效减小探测器的尺寸，又能够满足航天产品低重量、小型化需求，便于卫星上使用。

Description

一种多层复合式量能器
技术领域
本发明涉及一种多层复合式量能器，特别涉及一种多层复合式侧面读出的掺铊碘化铯量能器。
背景技术
由地球捕获辐射带、太阳宇宙线及银河宇宙线中的荷电粒子构成的空间辐射环境是影响卫星、飞船等航天器长寿命可靠运行的重要因素，是空间科学研究的重要对象。高能荷电粒子探测器技术是研究空间辐射环境的桥梁，有巨大的科学和应用意义。
高能荷电子探测技术的核心是通过探测器将粒子的种类、能量属性转变为电子学系统可识别区分的电信号或光信号。目前常用的探测器主要有：1)半导体探测器：该种类型探测器是以半导体材料(硅、锗及化合物半导体)作为探测介质的新型核辐射探测器，具备很好的能量分辨能力。半导体探测器主要分为P-N结型探测器、锂漂移型探测器、高纯锗探测器、化合物半导体探测器以及其它类型半导体探测器。2)闪烁体探测器：该种类型的探测器是以无机闪烁晶体或有机闪烁晶体作为探测介质的核辐射探测器，具备固有的吸收射线辐射发光特性。常用的闪烁体探测器主要有掺铊碘化钠探测器、掺铊碘化铯探测器、掺银硫化锌探测器、塑料闪烁体探测器等。3)静电分析器：该种类型探测器是以具有一定曲率半径、相距一定距离且施加偏压的两块金属板组成。通过改变静电分析器两金属板之间的偏压可以改变探测器能够接收的荷电粒子能量，从而测量荷电粒子的微分能谱。静电分析器主要分为圆柱型和球型。4)飞行时间探测器：该种类型探测器通过测量无场环境中荷电粒子飞行特定距离所需要的时间，并配合荷电粒子能量测量，实现荷电粒子种类鉴别。
传统的掺铊碘化铯量能器通常使用一整块圆柱形或长方体掺铊碘化铯闪烁晶体作为粒子探测的主体，采用光电二极管或光电倍增管底面采集信号的模式，因探测高能量的粒子的需要，传统掺铊碘化铯量能器中碘化铯晶体需要大的尺寸，这将造成碘化铯量能器几何尺寸大，同时造成粒子采集信号的不均匀性变大。因此，提供一种能够减小粒子采集信号的差异性、并有效减小探测器的尺寸、便于卫星上使用的多层复合式量能器，具有重要意义。
发明内容
为了解决现有技术中的碘化铯量能器几何尺寸大、粒子采集信号的不均匀性变大的技术问题，本发明提供了一种多层复合式量能器。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种多层复合式量能器，包括镜筒、安装在镜筒内的共轴连接的硅半导体探测器模块和掺铊碘化铯探测器模块；其中，硅半导体探测器模块包括至少两片共轴排布的硅半导体探测器，每片硅半导体探测器上下两端分别通过第一固定架固定；掺铊碘化铯探测器模块包括至少四片从上至下依次共轴排布的掺铊碘化铯探测器，相邻掺铊碘化铯探测器之间均设置吸收体介质，掺铊碘化铯探测器和吸收体介质均通过一个第二固定架固定在镜筒内，所有掺铊碘化铯探测器的侧切面共面设置，每个侧切面均对应安装一个光电二极管，可使每个固定后光电二极管的光阴极对准掺铊碘化铯探测器的侧切面。
本发明的掺铊碘化铯量能器是取样型，碘化铯晶体分为多层间隔排列，中间填充高原子序数的吸收介质层，并采用光电二极管侧面读出的方式；将半导体探测器和闪烁体探测器结合，选用至少2片硅面垒型半导体探测器、4片掺铊碘化铯闪烁体探测器及相应吸收体介质，组成ΔE-E望远镜形式的多层复合式侧面读出的掺铊碘化铯量能器，既能够实现荷电粒子种类鉴别、宽动态范围能量探测；在保证探测效率的同时，能够减小粒子采集信号的差异性，并有效减小探测器的尺寸，又能够满足航天产品低重量、小型化需求，便于卫星上使用。
第一片硅半导体探测器的尺寸是直径10-20mm、厚度300±30μm；第二片硅半导体探测器的尺寸是直径10-20mm、厚度300±30μm；硅半导体探测器模块作为ΔE探测器，同时可用于测量入射荷电粒子的LET值。掺铊碘化铯探测器模块的掺铊碘化铯晶体的直径为10-20mm、厚度5±1mm的，吸收体介质的直径为10-20mm、厚度为5±1mm，掺铊碘化铯探测器模块作为E探测器，能够沉积高能荷电粒子的全部能量。
作为优选，所述硅半导体探测器与第一固定架之间通过通孔螺钉固定；硅半导体探测器模块和掺铊碘化铯探测器模块也使用通孔螺钉固定连接，使其一体共轴。
作为优选，所述光电二极管焊接在印制板上，并通过螺钉将印制板和第二固定架连接。
作为优选，所述光电二极管与掺铊碘化铯探测器的侧切面之间的间距小于1mm。
本发明提供的多层复合式量能器，其每个掺铊碘化铯探测器的侧切面上均涂覆导光硅脂。
作为优选，掺铊碘化铯探测器和吸收体介质之间安装硅橡胶加固。
作为优选，所述掺铊碘化铯探测器模块的顶端和底端均安装第三固定架加固。
本发明提供的多层复合式量能器，还包括安装在硅半导体探测器模块上方的屏蔽铝膜组件，屏蔽铝膜组件包括第四固定架和嵌入在第四固定架凹槽内的铝膜；优选地，所述铝膜外环涂覆硅橡胶；屏蔽铝膜能够阻止低于能量阈值的荷电粒子、光子进入量能器内部，排除其造成的干扰。优选地，所述屏蔽铝膜组件和硅半导体探测器模块之间安装传感器过渡环。
本发明提供的多层复合式量能器，还包括分别安装在镜筒顶端和底端的顶盖和底盖。
附图说明
图1为本发明所提供的多层复合式量能器的结构示意图；
图2为本发明所提供的多层复合式量能器的纵剖面图；
图3为本发明所提供的多层复合式量能器的横剖面图；
图4为ΔE-E望远镜系统原理设计ΔE-E望远镜系统原理设计图
图5为多层复合式量能器对荷电粒子能量探测和种类鉴别图。
具体实施方式
本发明公开了一种多层复合式量能器，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进零部件实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明当中。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
如图1-3所示，本发明提供了一种多层复合式量能器，包括镜筒4、安装在镜筒内的共轴连接的硅半导体探测器模块和掺铊碘化铯探测器模块、以及安装在硅半导体探测器模块上方的屏蔽铝膜组件；其中，硅半导体探测器模块包括至少两片共轴排布的硅半导体探测器201，每片硅半导体探测器上下两端分别通过第一固定架202固定；掺铊碘化铯探测器模块包括至少四片从上至下依次共轴排布的掺铊碘化铯探测器301，相邻掺铊碘化铯探测器301之间均设置吸收体介质302，掺铊碘化铯探测器301和吸收体介质302之间安装硅橡胶加固，掺铊碘化铯探测器301和吸收体介质302均通过第二固定架304固定在镜筒4内，所有掺铊碘化铯探测器301的侧切面共面设置，且每个掺铊碘化铯探测器的侧切面上均涂覆导光硅脂，每个侧切面均对应安装一个光电二极管305，所述光电二极管焊接在印制板306上，并通过螺钉将印制板306和第二固定架304连接，每个固定后的光电二极管的光阴极对准掺铊碘化铯探测器的侧切面，光电二极管与掺铊碘化铯探测器的侧切面之间的间距小于1mm，掺铊碘化铯探测器模块的顶端和底端均安装第三固定架303加固；所述屏蔽铝膜组件包括第四固定架102和嵌入在第四固定架102凹槽内的铝膜101，所述铝膜101外环涂覆硅橡胶，所述屏蔽铝膜组件和硅半导体探测器模块之间安装传感器过渡环103；镜筒4顶端和底端通过螺钉固定有顶盖5和底盖6。
如图4所示，ΔE-E望远镜系统鉴别荷电粒子的原理如下：
ΔE-E望远镜系统由薄、厚两种或多种探测器组成，利用不同荷电粒子在探测器中能量损失率不同而进行鉴别。
荷电粒子进入探测器,其单位路程能量损失为：
Figure BDA0001881247920000041
其中，E是入射粒子的能量，M1、Z1是入射粒子的质量和电荷，Z是探测器原子的原子序数，e、Me是电子电荷和电子质量，I是探测器电子电离能量的平均值，a1和a2是常数，A是入射粒子的质量数。
荷电粒子穿过很薄的探测器，沉积ΔE的能量；而厚探测器将荷电粒子能量全部吸收，如图4所示，对探测器的输出信号进行处理，即可实现对不同入射荷电粒子进行能量探测和种类鉴别。
本发明提供的多层复合式量能器将各探测器复合在一起，只有一定立体角内的荷电粒子能够引起探测器触发，荷电粒子依次穿过铝膜、硅半导体探测器和掺铊碘化铯探测器，荷电粒子在硅半导体探测器中沉积的能量作为ΔE，在掺铊碘化铯探测器中沉积的能量作为E，ΔE+E即是荷电粒子的能量，并通过
Figure BDA0001881247920000042
的关系进行荷电粒子种类鉴别。
荷电粒子在不同探测器模块沉积的能量正比于该探测器模块输出信号幅值，同时正比于对应的电子学通道输出的数字信号；荷电粒子的沉积能量与其能量、种类有一定的相关性。如此可通过电子学系统输出的数字信号，由
Figure BDA0001881247920000043
公式，判断荷电粒子的能量与种类。本发明基于GEANT4软件，对本量能器进行模拟仿真，得到的量能器对电子、质子、重离子的响应如图5所示；并通过模拟仿真及计算分析，多层复合式量能器能够实现的测量指标如表1所示。
表1多层复合式量能器能够实现的测量指标
Figure BDA0001881247920000044
表1显示，本发明提供的多层复合式量能器能够开展宽能量范围内多种粒子测量，测量的粒子种类涵盖电子、质子、氦离子及其它重离子，测量能量范围涵盖0.3MeV-200MeV/n，实现空间辐射环境中的高能量粒子全覆盖测量。在此基础上，本发明提供的多层复合式量能器能够换算出空间辐射环境中LET谱和辐射总剂量，充分体现出本发明在空间环境测量中功能全、适用性强等优势。
图5显示，本发明提供的的多层复合式量能器对不同种类粒子的区分能力。图5中不同颜色区域表征不同种类的粒子，例如黑色点代表电子，红色点代表质子。从图中可知，不同颜色区域有清晰的分界线，相互重叠部分较小，这表明本发明提供的多层复合式量能器能够准确的区分出测量粒子的种类与能量，进而可以保证测量的LET谱和辐射总剂量的准确性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多层复合式量能器，其特征在于：包括镜筒、安装在镜筒内的共轴连接的硅半导体探测器模块和掺铊碘化铯探测器模块；其中，硅半导体探测器模块包括至少两片共轴排布的硅半导体探测器，每片硅半导体探测器上下两端分别通过第一固定架固定；掺铊碘化铯探测器模块包括至少四片从上至下依次共轴排布的掺铊碘化铯探测器，相邻掺铊碘化铯探测器之间均设置吸收体介质，掺铊碘化铯探测器和吸收体介质均通过一个第二固定架固定在镜筒内，所有掺铊碘化铯探测器的侧切面共面设置，每个侧切面均对应安装一个光电二极管；每片硅半导体探测器的尺寸是直径10-20mm、厚度300±30μm；硅半导体探测器模块作为ΔE探测器，并可用于测量入射荷电粒子的LET值；掺铊碘化铯探测器模块作为E探测器，能够沉积高能荷电粒子的全部能量。
2.如权利要求1所述的多层复合式量能器，其特征在于：所述光电二极管焊接在印制板上，并通过螺钉将印制板和第二固定架连接。
3.如权利要求1所述的多层复合式量能器，其特征在于：所述光电二极管与掺铊碘化铯探测器的侧切面之间的间距小于1mm。
4.如权利要求1所述的多层复合式量能器，其特征在于：每个所述掺铊碘化铯探测器的侧切面上均涂覆导光硅脂。
5.如权利要求1所述的多层复合式量能器，其特征在于：所述掺铊碘化铯探测器和吸收体介质之间安装硅橡胶加固。
6.如权利要求1所述的多层复合式量能器，其特征在于：所述掺铊碘化铯探测器模块的顶端和底端均安装第三固定架加固。
7.如权利要求1所述的多层复合式量能器，其特征在于：还包括安装在硅半导体探测器模块上方的屏蔽铝膜组件，屏蔽铝膜组件包括第四固定架和嵌入在第四固定架凹槽内的铝膜。
8.如权利要求7所述的多层复合式量能器，其特征在于：所述铝膜外环涂覆硅橡胶。
9.如权利要求7所述的多层复合式量能器，其特征在于：所述屏蔽铝膜组件和硅半导体探测器模块之间安装传感器过渡环。
10.如权利要求1所述的多层复合式量能器，其特征在于：还包括分别安装在镜筒顶端和底端的顶盖和底盖。
CN201811431751.3A 2018-11-27 2018-11-27 一种多层复合式量能器 Active CN109581471B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811431751.3A CN109581471B (zh) 2018-11-27 2018-11-27 一种多层复合式量能器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811431751.3A CN109581471B (zh) 2018-11-27 2018-11-27 一种多层复合式量能器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109581471A CN109581471A (zh) 2019-04-05
CN109581471B true CN109581471B (zh) 2023-02-28

Family

ID=65925209

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811431751.3A Active CN109581471B (zh) 2018-11-27 2018-11-27 一种多层复合式量能器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109581471B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110082815B (zh) * 2019-05-16 2023-05-23 山东航天电子技术研究所 一种采用像素型硅传感器的超宽let探测方法及装置
CN110297262A (zh) * 2019-07-10 2019-10-01 中国科学院近代物理研究所 应用于深空探测器的δe-e数字化粒子鉴别方法及装置
CN112859146B (zh) * 2021-02-01 2022-06-28 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种x射线能谱联合测量谱仪及其实现方法
CN115877433B (zh) * 2023-02-24 2023-06-02 山东大学 紧凑型带电粒子鉴别半导体量能器及其应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4180737A (en) * 1978-02-06 1979-12-25 General Electric Company X-ray detector
CN101937090A (zh) * 2010-08-12 2011-01-05 上海新漫传感技术研究发展有限公司 一种高灵敏宽量程X-γ周围剂量当量率仪探头
CN102508281A (zh) * 2011-10-18 2012-06-20 中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所 一种空间电子的探测装置
CN105738936A (zh) * 2016-02-25 2016-07-06 北京卫星环境工程研究所 空间辐射环境与效应组合探测结构
CN105980885A (zh) * 2013-11-26 2016-09-28 菲力尔探测公司 基于SiPM的辐射检测系统和方法
CN108802797A (zh) * 2018-06-14 2018-11-13 山东航天电子技术研究所 一种在轨粒子探测与单粒子效应监测系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006033661A1 (de) * 2006-07-20 2008-01-24 Forschungszentrum Dresden - Rossendorf E.V. Detektoranordnung zur winkelauflösenden Detektion von Strahlung und Verfahren zum Betrieb desselben
WO2015189603A1 (en) * 2014-06-09 2015-12-17 University Of Lincoln Assembly, apparatus, system and method
CN105352984A (zh) * 2015-12-14 2016-02-24 山东航天电子技术研究所 一种基于sdd探测器的x射线荧光分析系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4180737A (en) * 1978-02-06 1979-12-25 General Electric Company X-ray detector
CN101937090A (zh) * 2010-08-12 2011-01-05 上海新漫传感技术研究发展有限公司 一种高灵敏宽量程X-γ周围剂量当量率仪探头
CN102508281A (zh) * 2011-10-18 2012-06-20 中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所 一种空间电子的探测装置
CN105980885A (zh) * 2013-11-26 2016-09-28 菲力尔探测公司 基于SiPM的辐射检测系统和方法
CN105738936A (zh) * 2016-02-25 2016-07-06 北京卫星环境工程研究所 空间辐射环境与效应组合探测结构
CN108802797A (zh) * 2018-06-14 2018-11-13 山东航天电子技术研究所 一种在轨粒子探测与单粒子效应监测系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
中能重离子核反应产物测量装置4π带电粒子探测设备的研制;李松林等;《核电子学与探测技术》;20021120(第06期);485-488 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109581471A (zh) 2019-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109581471B (zh) 一种多层复合式量能器
WO2010034962A2 (en) Gamma-ray spectrometry
Kokubun et al. Hard X-ray imager (HXI) for the ASTRO-H mission
US9923115B2 (en) Particle detector and method of making the same
Kokubun et al. The hard x-ray imager (HXI) for the ASTRO-H mission
EP0667539B1 (en) Method for measuring gamma-rays of radionuclides, particularly in primary water of nuclear reactor
US20080251728A1 (en) Isotopic response with small scintillator based gamma-ray spectrometers
CN103163549A (zh) 一种基于微通道板拼接的大面积x射线脉冲探测装置
Dafni A note on the application of BaF2 scintillators to γ-ray and charged particle detection
CN202522706U (zh) 一种基于微通道板拼接的大面积x射线脉冲探测装置
US9590128B2 (en) Particle detector and method of detecting particles
WO2016029078A1 (en) An optoelectronic neutron detector
Lorenz et al. Fast readout of plastic and crystal scintillators by avalanche photodiodes
Romeo et al. Novel silicon photomultipliers suitable for dual-mirror small-sized telescopes of the Cherenkov telescope array
Marisaldi et al. A pulse shape discrimination gamma-ray detector based on a silicon drift chamber coupled to a CsI (Tl) scintillator: prospects for a 1 keV-1 MeV monolithic detector
Ambrosi et al. Applications of silicon photomultipliers in ground-based and spaceborne high-energy astrophysics
CN113433581B (zh) 一种低本底的α、β射线探测装置
CN110082815B (zh) 一种采用像素型硅传感器的超宽let探测方法及装置
US7446314B2 (en) Superconducting gamma and fast-neutron spectrometers with high energy resolution
CN113189633A (zh) 一种中高能粒子探测器
Kotthaus CsI (Tl)-photodiode detectors for spectroscopy at low radiation levels
Berra Silicon Photomultipliers in high energy and space applications
Jasni et al. Two dimensional array of MPPC and CsI (Tl) for radiation monitoring prototype
Wang et al. A Miniaturized Gamma-ray Spectrometer based on CdZnTe Semiconductor and BGO Scintillator
Li et al. Performance of compact plastic scintillator strips with WLS-fiber and PMT/SiPM readout

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