CN112466741A - 一种提高电场均匀性的开放式场笼 - Google Patents

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张俊伟
段利敏
杨贺润
宋小勇
田书建
朱蕊
米振远
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Abstract

本发明公开了一种提高电场均匀性的开放式场笼，涉及核探测技术领域，可以大大减小时间投影室探测器的场笼内电场的畸变，扩大场笼电场均匀区域和提高时间投影室的性能，通过改进场笼电极布局，可以将畸变区域减少至距离场笼边缘1cm以内，对于典型的10*10cm2的时间投影室，可以使场笼内电场均匀区域提高至8*8cm2以上，占总有效面积的64％以上。

Description

一种提高电场均匀性的开放式场笼
技术领域
本发明涉及核探测技术领域，特别涉及一种提高电场均匀性的开放式场笼。
背景技术
时间投影室是一种高精度带电粒子径迹探测器，时间投影室主要由场笼和放大探测器两部分组成，其中场笼用于产生均匀电场，通过测量入射带电粒子产生的原初电离电子在均匀电场中的漂移时间，可以得到入射粒子的径迹信息。
在低能核物理实验中，可以采用开放式场笼的小型时间投影室测量原子核及核碎片的运动径迹。开放式场笼通常采用等中心间距均匀排布的金属环构成，优点是对原子核及核碎片的阻挡较小，缺点是在靠近金属环附近，以及最主要的在金属环与漂移电极和保护环电极连接处，电场畸变较大，这些区域不再是均匀电场，导致测量得到的粒子径迹在场笼边缘处会有较大的畸变。场笼电场畸变导致的粒子径迹畸变不只会造成测量误差变大，还会造成一些事例的丢失，极大影响了低能核物理实验的精度和效率。
典型的小型时间投影室有效区面积一般在10*10cm2左右，目前常用的开放式场笼边缘电场畸变较大的区域一般在距离场笼边缘2cm左右，因此探测器场笼内电场均匀的区域只剩下6*6cm2左右，只占总面积的36％左右。
针对现有的场笼设计方案，本申请提供的一种提高电场均匀性的开放式场笼，将畸变区域减少至距离场笼边缘1cm以内，使场笼内电场均匀区域提高至8*8cm2以上，占总有效面积的64％以上。大大减小场笼内电场的畸变，提高时间投影室的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高电场均匀性的开放式场笼，大大减小场笼内电场的畸变，提高时间投影室的性能。
本发明提供了一种提高电场均匀性的开放式场笼，包括：漂移电极、保护环电极、半高金属环电极和金属环电极；
所述场笼内部的顶面设置漂移电极，所述漂移电极为覆铜的印刷电路板，所述场笼内部的底面设置保护环电极，所述保护环电极为覆铜的印刷电路板且中部开孔，开孔尺寸与放大探测器相匹配，所述场笼内部的顶面与底面相对的表面均设置半高金属环电极，所述漂移电极、保护环电极和半高金属环电极的中间均设置若干个金属环电极，相邻的金属环电极之间的气隙高度全部相同，若干个所述金属环电极之间连接分压电阻，所述半高金属环电极和金属环电极之间亦连接所述分压电阻，所述半高金属环电极与相邻的漂移电极或保护环电极电连接，所述漂移电极与高压电源相连接，所述保护环电极通过接地电阻接地，所述漂移电极、保护环电极、半高金属环电极和金属环电极通过支撑架固定安装。
进一步地，所述金属环电极的高度与宽度的比值介于1:3与1:5之间，电极高度与电极之间气隙高度的比值在1:1与1:2之间。
进一步地，所述半高金属环电极与其相邻的漂移电极或保护环电极的电位相同，并紧密连接。
进一步地，所述半高金属环电极的高度是金属环电极高度的一半，所述半电极与金属环电极的材质和其余尺寸相同。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
本发明设计的一种提高电场均匀性的开放式场笼，可以大大减小场笼内电场的畸变区域的面积，提高时间投影室的性能。通过改进场笼电极布局，可以将畸变区域减少至距离场笼边缘1cm以内，使10*10cm2场笼内电场均匀区域提高至8*8cm2以上，占总有效面积的64％以上。
附图说明
图1为本发明实施例提供的开放式场笼模型图；
图2为本发明实施例提供的开放式场笼电场分布图；
图3为本发明实施例提供的传统场笼模型图；
图4为本发明实施例提供的传统场笼电场分布图。
附图标记说明：1-漂移电极，2-保护环电极，3-半高金属环电极，4-金属环电极，5-分压电阻，6-接地电阻，7-支撑架。
具体实施方式
下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
参照图1-4，本发明提供了一种提高电场均匀性的开放式场笼，包括漂移电极1、保护环电极2、半高金属环电极3和金属环电极4；
所述场笼内部的顶面设置漂移电极1，所述漂移电极1为覆铜的印刷电路板，所述场笼内部的底面设置保护环电极2，所述保护环电极为覆铜的印刷电路板且中部开孔，开孔尺寸与放大探测器相同，所述场笼内部的顶面与底面相对的表面均设置半高金属环电极3，所述漂移电极1、保护环电极2和半高金属环电极3的中间均设置若干个金属环电极4，其个数依据场笼高度改变，相邻的金属环电极4之间的气隙高度全部相同，若干个所述金属环电极4之间连接分压电阻5，所述半高金属环电极3和金属环电极4之间亦连接所述分压电阻5，所述半高金属环电极3与相邻的漂移电极1或保护环电极2电连接，所述漂移电极1与高压电源相连接，所述保护环电极2通过接地电阻6接地，所述漂移电极1、保护环电极2、半高金属环电极3和金属环电极4通过支撑架7固定安装。
工作时，从漂移电极到保护环电极，及其之间的所有金属环电极通过高精度分压电阻串联起来，保护环电极通过可变阻值接地电阻接地。在所述漂移电极1上加负高压，使得场笼内部形成均匀的电场，通过调节电压及总电阻来改变场笼内电场强度。
其中，所述金属环电极4的宽度与高度的比值介于1:3与1:5之间，电极高度与电极之间气隙高度的比值在1:1与1:2之间。所述半高金属环电极3与其相邻的漂移电极1或保护环电极2的电位相同，并紧密连接。所述半高金属环电极3的高度是金属环电极4高度的一半，所述半高金属环电极3与金属环电极4的材质和其余尺寸相同。本申请实施时设置的漂移电极1和保护环电极2的厚度均为2mm，长度均为14cm；所述半高金属环电极3的高度为2mm，长度均为2cm；所述金属环电极4的高度均为4mm，长度均为2cm；所述金属环电极4之间以及金属环电极4与半高金属环电极3之间的气隙厚度为4mm。
目前的开放式场笼边缘电场畸变较大的区域一般在距离场笼边缘2cm左右，以10*10cm2的探测器为例，探测器场笼内电场均匀的区域只剩下6*6cm2左右，只占总面积的36％左右。在场笼边缘处产生较大的畸变区域，导致粒子径迹发生畸变，无法得到高精度的粒子径迹信息。
本申请提供方案将畸变区域减少至距离场笼边缘1cm以内，使场笼内电场均匀区域提高至8*8cm2以上，占总有效面积的64％以上。大大减小场笼内电场的畸变，提高时间投影室的性能。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种提高电场均匀性的开放式场笼，其特征在于，包括漂移电极(1)、保护环电极(2)、半高金属环电极(3)和金属环电极(4)；
所述场笼内部的顶面设置漂移电极(1)，所述漂移电极(1)为覆铜的印刷电路板，所述场笼内部的底面设置保护环电极(2)，所述保护环电极(2)为覆铜的印刷电路板且中部开孔，开孔尺寸与放大探测器相匹配，所述场笼内部的顶面与底面相对的表面均设置半高金属环电极(3)，所述漂移电极(1)、保护环电极(2)和半高金属环电极(3)的中间均设置若干个金属环电极(4)，相邻的金属环电极(4)之间的气隙高度相同，若干个所述金属环电极(4)之间连接分压电阻(5)，所述半高金属环电极(3)和金属环电极(4)之间亦连接所述分压电阻(5)，所述半高金属环电极(3)与相邻的漂移电极(1)或保护环电极(2)电连接，所述漂移电极(1)与高压电源相连接，所述保护环电极(2)通过接地电阻(6)接地，所述漂移电极(1)、保护环电极(2)、半高金属环电极(3)和金属环电极(4)通过支撑架(7)固定安装。
2.如权利要求1所述的一种提高电场均匀性的开放式场笼，其特征在于，所述金属环电极(4)间的高度与宽度的比值介于1:3与1:5之间，电极高度与电极之间气隙高度的比值在1:1与1:2之间。
3.如权利要求1所述的一种提高电场均匀性的开放式场笼，其特征在于，所述半高金属环电极(3)与其相邻的漂移电极(1)或保护环电极(2)的电位相同，并紧密连接。
4.如权利要求1所述的一种提高电场均匀性的开放式场笼，其特征在于，所述半高金属环电极(3)的高度是金属环电极(4)高度的一半，所述半高金属环电极(3)与金属环电极(4)的材质和其余尺寸相同。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113433581A (zh) * 2021-06-25 2021-09-24 中国科学技术大学 一种低本底的α、β射线探测装置
CN113433580A (zh) * 2021-06-25 2021-09-24 中国科学技术大学 气体探测器制作方法、气体探测器及射线探测装置

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