CN114488262B - 用于加速器束流能量测量的探测器及其标定与测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于单粒子效应试验的加速器束流测量领域，尤其涉及一种用于加速器束流能量测量的探测器及其标定与测试方法。解决现有测量方法存在的测量周期长，体积大、受束流强度限制等问题。本发明基于多层电离室原理的探测器，采用电离单元与降能单元周期性组合的方式，通过测量电离能量沉积信号峰位反推束流能量，并可通过拟合公式得到其能量分辨率，测量周期短，探测器体积紧凑且经济耐用，为质子(重离子)加速器单粒子效应试验平台提供了束流能量测量方案，对束流强度没有特殊限定。
Description
技术领域
本发明涉及用于单粒子效应试验的加速器束流测量领域，尤其涉及一种用于质子(或重离子)加速器终端束流能量测量的探测器及其标定与测试方法，具体地为通过基于多层电离室原理的探测器实现质子(或重离子)加速器终端束流能量测量。
背景技术
用于宇航级核心电子器件的空间单粒子效应研究的质子(或重离子)加速器装置，一般要求辐照实验站靶器件的束流能量可调，可以通过加速器直接调节或者靶前被动降能的方式进行调节，无论采用哪种方式调节束流能量，均需要一种直接测量能量的探测器来对能量进行测量和确认。
目前用于加速器终端束流能量测量的方法为水箱法、多层法拉第筒、闪烁体直接测量等。其中前两种方法通过射程反推能量信息，水箱法通过在水体中移动探测器可以得到Bragg峰更精细的分布，但是测量周期长，且体积大，多层法拉第筒通过测量束流电荷沉积位置，要求较高的束流强度产生可观的电流信号，而闪烁体探测器存在辐照后性能衰退、且适用于极低束流强度(1E6/s以内)。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于加速器束流能量测量的探测器及其标定与探测方法，以解决现有测量方法存在的测量周期长，体积大、受束流强度限制等问题。本发明基于多层电离室原理的探测器，采用电离单元与降能单元周期性组合的方式，通过测量电离能量沉积信号峰位反推束流能量，并可通过拟合公式得到其能量分辨率，测量周期短，探测器体积紧凑且经济耐用，为质子(重离子)加速器单粒子效应试验平台提供了束流能量测量方案，对束流强度没有特殊限定。
本发明的技术方案是提供一种用于加速器束流能量测量的探测器，其特殊之处在于：包括相互平行且间隔排布的n组降能单元，其中n为大于等于3的自然数，相邻两组降能单元之间设有一组电离单元；降能单元用于降低入射至其内的束流能量，电离单元用于收集入射至其内的束流电离能量沉积信号。
进一步地，n为大于等于10的自然数。
进一步地，电离单元包括高压极、信号极和位于高压极和信号极之间的工作气体；高压极、信号极均为平板型导体；高压极连接高压电源，信号极连接前端电子学模块；
沿束流流向，将n组电离单元依次定义为第一层电离单元……第n层电离单元；将n组降能单元依次定义为第一层降能单元……第n层降能单元；
其中，第一层电离单元的高压极与第一层降能单元接触，第一层电离单元的信号极与第二层降能单元接触，以此类推，第n层电离单元的高压极与第n层降能单元接触。
进一步地，为了对第n层电离单元信号极进行支撑，还可以包括第n+1层降能单元，第n+1层降能单元与第n层电离单元的信号极接触。
进一步地，为了降低成本，工作气体可以选用自由空气、氮气和/或氩气。
进一步地，降能单元的材料为绝缘材料。
进一步地，降能单元为有机玻璃或FR4材料的平板。
进一步地，电离单元与降能单元接收束流的有效面积略大于束流束斑的尺寸，保证束流在射程末尾产生的横向岐离不影响信号收集。
进一步地，n组降能单元与n组电离单元的总厚度大于束流的射程，以保证能测量到质子(或重离子)束流末尾的电离能损峰值，根据待测的束流能量范围和能量分辨率指标，设计不同厚度的探测器。
本发明还提供一种上述用于加速器束流能量测量的探测器标定方法，其特殊之处在于：
步骤1、利用待测质子或重离子加速器引出已知能量的多束束流垂直入射至上述用于加速器束流能量测量的探测器；
步骤2、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；根据束流能量值和相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数，进行幂函数拟合，E＝anb，确定系数a、b，得到束流能量与最高峰落入的电离单元层数之间的关系。
本发明还提供一种上述用于加速器束流能量测量的探测器标定方法，其特殊之处在于：
步骤1、建立上述用于加速器束流能量测量的探测器蒙卡模型；
步骤2、利用待测质子或重离子加速器引出1至2束已知能量的束流垂直入射至上述用于加速器束流能量测量的探测器；
步骤3、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；根据束流能量值和相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数修正步骤1蒙卡模型，获得标准蒙卡模型；
步骤4、将多束束流能量点输入至标准蒙卡模型，得到多组束流能量与相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数之间的关系，进行幂函数拟合，E＝anb，确定系数a、b，得到束流能量与最高峰落入的电离单元层数之间的关系。
本发明还提供一种利用上述用于加速器束流能量测量的探测器测试束流能量的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1、使待测束流垂直入射至完成标定的探测器；
步骤2、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；观察束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数，根据E＝anb，获得相应束流能量。
本发明还提供一种上述用于加速器束流能量测量的探测器能量分辨率获取方法，其特殊之处在于：
其中，E为束流能量，En+1为入射至第n+1层电离单元的束流能量；En-1为入射至第n-1层电离单元的束流能量；En入射至第n层电离单元的束流能量。
本发明还提供另一种用于加速器束流能量测量的探测器，其特殊之处在于：
包括相互平行且间隔排布的n组信号极，其中n为大于等于3的自然数，相邻两组信号极之间设有一组高压极；高压极与信号极之间具有工作气体；高压极连接高压电源，信号极连接前端电子学模块；
相邻高压极之间的工作气体与信号极组成一组电离单元；沿束流流向，将n组信号极依次定义为第一层信号极……第n层信号极；将n+1组高压极依次定义为第一层高压极……第n+1层高压极；其中，第一层高压极位于第一层信号极的前侧。
进一步地，n为大于等于10的自然数。
进一步地，高压极、信号极均为平板型导体。
进一步地，工作气体为自由空气、氮气和/或氩气。
本发明还提供一种上述用于加速器束流能量测量的探测器标定方法，其特殊之处在于：
步骤1、利用待测质子或重离子加速器引出多束已知能量的束流垂直入射至所述用于加速器束流能量测量的探测器；
步骤2、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；根据束流能量值和相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数，进行幂函数拟合，E＝anb，确定系数a、b，得到束流能量与最高峰落入的电离单元层数之间的关系。
本发明还提供另一种上述用于加速器束流能量测量的探测器标定方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1、搭建上述用于加速器束流能量测量的探测器的蒙卡模型；
步骤2、利用待测质子或重离子加速器引出1-2束已知能量的束流垂直入射至上述用于加速器束流能量测量的探测器；
步骤3、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；根据束流能量值和相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数检验修正步骤1的蒙卡模型，获得标准蒙卡模型；
步骤4、将多束束流能量点输入至标准蒙卡模型，得到多组束流能量与相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数之间的关系，进行幂函数拟合，E＝anb，确定系数a、b，得到束流能量与最高峰落入的电离单元层数之间的关系。
本发明还提供一种利用上述用于加速器束流能量测量的探测器测试束流能量的方法，其特殊之处在于：
步骤1、使待测束流垂直入射至完成标定的探测器；
步骤2、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；采集束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数，根据E＝anb，获得相应束流能量。
本发明还提供一种所述用于加速器束流能量测量的探测器能量分辨率获取方法，其特殊之处在于：
其中，E为束流能量，En+1为入射至第n+1层电离单元的束流能量；En-1为入射至第n-1层电离单元的束流能量；En入射至第n层电离单元的束流能量。
本发明的有益效果是：
1、本发明基于多层电离室原理的探测器，采用电离单元与降能单元周期性组合的方式，通过测量电离能量沉积信号峰位反推束流能量，并可通过拟合公式得到其能量分辨率，探测器体积紧凑且经济耐用，为质子(重离子)加速器单粒子效应试验平台提供了束流能量测量方案。
2、本发明可以根据束流能量调整相应电离单元和/或降能单元的数量，对束流强度没有特殊限定，可以根据待测的束流能量范围和能量分辨率指标，设计不同厚度的探测器。
附图说明
图1为实施例1中探测器的结构示意图(适用于中高能束流)；图中附图标记为：1-降能单元，2-工作气体，3-高压极，4-信号极；
图2为实施例2中探测器结构示意图(适用于低能束流)；
图中附图标记为：2-工作气体，3-高压极，4-信号极；
图3为实施例1测量得到的60MeV和100MeV束流对应的信号；
图4为实施例1计算不同能量束流(60MeV～102MeV)的信号；
图5为实施例2计算不同能量束流(3MeV～22MeV)的信号。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，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，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在其他实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
本实施例用于质子(或重离子)加速器终端束流能量测量的探测器适用于中高能质子能量测量。
从图1可以看出，本实施例探测器主要包括：周期性组合的电离单元和降能单元，电离单元和降能单元数量均为124。
电离单元，由平板型的高压极3、平板型的信号极4和工作气体2组成，如图1所示，其中高压极3连接高压电源，信号极4连接前端电子学模块，高压极3与信号极4均为双面PCB板的覆铜层(铜层厚度约为30μm)，电极之间填充自由空气作为工作气体(间隙为1.0mm)，在其他实施例中能够发生电离作用的气体均可以工作气体，如氮气或氩气等。
降能单元1，用于使束流能量降低，有助于减小探测器厚度尺寸。降能单元1的材料一般为易于加工为薄型材料、且活化产额低的有机玻璃、FR4材料等绝缘材料。本实施例选用PCB板的基底材料(主要为FR4材料)作为降能单元的材料，厚度为0.5mm。
本实施例共包括124组降能单元，124组降能单元相互平行且间隔设置，相邻两组降能单元之间设置一组电离单元。
沿束流流向，将电离单元依次定义为第一层电离单元、第二层电离单元……第124层电离单元；将降能单元依次定义为第一层降能单元、第二层降能单元……第124层降能单元；
从图1中可以看出，第一层电离单元的高压极与第一层降能单元接触，第一层电离单元的信号极与第二层降能单元接触，第二层电离单元的高压极与第二层降能单元接触，第二层电离单元的信号极与第三层降能单元接触，以此类推，第124层电离单元的高压极与第124层降能单元接触。还可以增设一层降能单元，用于第n层电离单元信号极的支撑。
探测器的有效面积应略大于待测束斑尺寸，以保证质子(或重离子)束流在射程末尾产生的横向岐离不影响信号收集；其降能单元与电离单元所组成探测器的总厚度应大于射程，以保证能测量到质子(或重离子)束流末尾的电离能损峰值，根据待测的束流能量范围和能量分辨率指标，设计不同厚度的探测器。
实际测试中，具体包括以下步骤：
(1)探测器标定。本实施例利用测试所用的质子加速器装置直接引出两束能量为60MeV和100MeV的束流，使用该加速器直接引出的束流垂直入射探测器电极平面，通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；结果如图3所示，可以看出，不同能量束流电离能量沉积信号的最高峰落在不同的层中(100MeV束流峰位在第64层，60MeV束流峰位在第26层)。
根据实验结果修正了预先构建的蒙卡模型中降能材料的密度，并对位于60MeV和100MeV中间束流能量点信号进行模拟，如表1和图4所示。从而得到多组束流能量和束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数数据，进行幂函数拟合，得到束流能量与最高峰落入的电离单元层数之间的关系。
表1实施例1能量-最高峰落入的电离单元层数对应关系
| 能量E(MeV) | 最高峰落入的电离单元层数n |
| 60 | 26 |
| 62 | 27 |
| 64 | 29 |
| 66 | 31 |
| 68 | 32 |
| 70 | 34 |
| 72 | 36 |
| 74 | 38 |
| 76 | 39 |
| 78 | 41 |
| 80 | 43 |
| 82 | 45 |
| 84 | 47 |
| 86 | 49 |
| 88 | 51 |
| 90 | 53 |
| 92 | 56 |
| 94 | 58 |
| 96 | 60 |
| 98 | 62 |
| 100 | 64 |
根据上述数据拟合结果为E＝anb＝9.7432n0.5592。该拟合公式适用于周期性组合的电离单元和降能单元，即要求各单元材料、厚度一致。如果不一致，则此关系不成立。
也可以采用下述步骤实现标定：
步骤1、利用待测质子或重离子加速器引出已知能量的多束束流垂直入射至用于加速器束流能量测量的探测器；
步骤2、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；根据束流能量值和相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数，进行幂函数拟合，E＝anb，确定系数a、b，得到束流能量与最高峰落入的电离单元层数之间的关系。
考虑峰值信号的层数n为整数，测量中可能存在±1的偏差，因此可通过下式计算上述探测器的能量分辨率：
其中，E为束流能量，En+1为入射至第n+1层电离单元的束流能量；En-1为入射至第n-1层电离单元的束流能量；En入射至第n层电离单元的束流能量。
(2)测量能量过程。使待测束流垂直入射已完成标定的探测器电极平面，通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关得到各层电离单元的输出信号，观察束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数，通过标定结果反推束流能量E。该探测器共124个电离单元，其在几个能量点处的指标汇总见表2。根据拟合结果及能量分辨率定义公式，在满足能量分辨率在10％内的指标要求下，该探测器的实际工作范围约为30～140MeV。
表2实施例1探测器性能参数
| 峰值信号层n | 束流能量E(MeV) | 能量分辨率 |
| 5 | 23.97 | 11.23％ |
| 10 | 35.31 | 5.60％ |
| 20 | 52.03 | 2.80％ |
| 40 | 76.67 | 1.40％ |
| 60 | 96.18 | 0.93％ |
| 80 | 112.97 | 0.70％ |
| 100 | 127.99 | 0.56％ |
| 120 | 141.72 | 0.47％ |
实施例2
本实施例用于质子(或重离子)加速器终端束流能量测量的探测器适用于低能质子能量测量。与实施例1相比，具有相同电离单元的条件下，该实施例所适用的束流能量低于实施例1的。
对于低能束流，电极材料和工作气体本身就可被当做降能材料，此时电离单元亦为降能单元，广义地讲，束流达到射程末尾所经历的任何材料均可被认为降能材料。
如图2所示，是用于低能束流能量测量探测器，包括相互平行且间隔排布的n组信号极4，其中n为大于等于3的自然数，优选大于等10，相邻两组信号极4之间设有一组高压极3；高压极3与信号极4之间具有工作气体2(间隙为1.0mm)；高压极3连接高压电源，信号极4连接前端电子学模块；
相邻高压极之间的工作气体与信号极组成一组电离单元；沿束流流向，将n组信号极依次定义为第一层信号极……第n层信号极；将n+1组高压极依次定义为第一层高压极……第n+1层高压极；其中，第一层高压极位于第一层信号极的前侧。
电离单元中的电极可以作为降能降能单元，降低入射至其内的束流能量。高压极与信号极均为20μm厚的铝箔，工作气体在其他实施例中能够发生电离作用的气体均可以工作气体，如氮气或氩气等。
实际测试中，其使用方法如下：
(1)探测器标定。与实施例1的标定方法相同。本探测器材料成分简单，可以建立与实际情况基本一致的蒙卡模型，此时不需要对蒙卡模型进行修正。将已知能量的束流能量点输入至蒙卡模型；如表3和图5所示。获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；根据束流能量值和相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数，进行幂函数拟合，E＝anb，确定系数a、b，得到束流能量与最高峰落入的电离单元层数之间的关系。
表3实施例2能量-峰值信号层数对应关系
| 束流能量E(MeV) | 峰值信号层n |
| 3 | 2 |
| 5 | 5 |
| 8 | 10 |
| 11 | 18 |
| 14 | 27 |
| 17 | 38 |
| 20 | 51 |
| 22 | 61 |
根据上述数据拟合结果为E＝anb＝2.0000n0.5874。
当然也可以采用下述步骤实现标定：
步骤1、利用待测质子或重离子加速器引出多束已知能量的束流垂直入射至用于加速器束流能量测量的探测器；
步骤2、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；根据束流能量值和相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数，进行幂函数拟合，E＝anb，确定系数a、b，得到束流能量与最高峰落入的电离单元层数之间的关系。
(2)测量能量过程。使束流垂直入射探测器电极平面，通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关得到各层电离单元的输出信号，观察峰值信号层数n，通过标定结果反推束流能量E。该探测器共64个电离单元，其在几个能量点处的指标汇总见表4。
表4实施例2探测器性能参数
| 峰值信号层n | 束流能量E(MeV) | 能量分辨率 |
| 5 | 5.15 | 11.79％ |
| 10 | 7.73 | 5.88％ |
| 15 | 9.81 | 3.92％ |
| 20 | 11.62 | 2.94％ |
| 25 | 13.25 | 2.35％ |
| 30 | 14.75 | 1.96％ |
| 35 | 16.14 | 1.68％ |
| 40 | 17.46 | 1.47％ |
| 45 | 18.71 | 1.31％ |
| 50 | 19.91 | 1.17％ |
| 55 | 21.05 | 1.07％ |
| 60 | 22.16 | 0.98％ |
根据拟合结果及能量分辨率定义公式，在满足能量分辨率在10％内的指标要求下，该探测器的实际工作范围约为6～22MeV。
Claims (20)
1.用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器，其特征在于：包括相互平行且间隔排布的n组降能单元，其中n为大于等于3的自然数，相邻两组降能单元之间设有一组电离单元；降能单元用于降低入射至其内的束流能量，电离单元用于收集入射至其内的束流电离能量沉积信号；
电离单元包括高压极、信号极和位于高压极和信号极之间的工作气体；高压极、信号极均为平板型导体；高压极连接高压电源，信号极连接前端电子学模块；
沿束流流向，将n组电离单元依次定义为第一层电离单元……第n层电离单元；将n组降能单元依次定义为第一层降能单元……第n层降能单元；
其中，第一层电离单元的高压极与第一层降能单元接触，第一层电离单元的信号极与第二层降能单元接触；以此类推，第n层电离单元的高压极与第n层降能单元接触。
2.根据权利要求1所述的用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器，其特征在于：n为大于等于10的自然数。
3.根据权利要求1所述的用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器，其特征在于：还包括第n+1层降能单元，第n+1层降能单元与第n层电离单元的信号极接触，用于第n层电离单元信号极的支撑。
4.根据权利要求1所述的用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器，其特征在于：工作气体为自由空气、氮气和/或氩气。
5.根据权利要求1所述的用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器，其特征在于：降能单元的材料为绝缘材料。
6.根据权利要求5所述的用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器，其特征在于：降能单元为有机玻璃或FR4材料的平板。
7.根据权利要求1所述的用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器，其特征在于：电离单元与降能单元接收束流的有效面积略大于束流束斑的尺寸，保证束流在射程末尾产生的横向岐离不影响信号收集。
8.根据权利要求7所述的用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器，其特征在于：n组降能单元与n组电离单元的总厚度大于束流的射程。
9.一种权利要求1-8任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器标定方法，其特征在于：
步骤1、利用待测质子或重离子加速器引出已知能量的多束束流垂直入射至权利要求1-8任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器；
步骤2、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；根据束流能量值和相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数，进行幂函数拟合，E＝anb，确定系数a、b，得到束流能量与最高峰落入的电离单元层数之间的关系。
10.一种权利要求1-8任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器标定方法，其特征在于：
步骤1、建立权利要求1-8任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器蒙卡模型；
步骤2、利用待测质子或重离子加速器引出1至2束两束已知能量的束流垂直入射至权利要求1-8任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器；
步骤3、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；根据束流能量值和相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数修正检验步骤1的蒙卡模型，获得标准蒙卡模型；
步骤4、将多束束流能量点输入至标准蒙卡模型，得到多组束流能量与相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数之间的关系，进行幂函数拟合，E＝anb，确定系数a、b，得到束流能量与最高峰落入的电离单元层数之间的关系。
11.一种利用权利要求1-8任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器测试束流能量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、使待测束流垂直入射至完成标定的探测器；
步骤2、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；观察束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数，根据E＝anb，获得相应束流能量。
12.一种权利要求1-8任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器能量分辨率获取方法，其特征在于：
其中，E为束流能量，En+1为入射至第n+1层电离单元的束流能量；En-1为入射至第n-1层电离单元的束流能量；En入射至第n层电离单元的束流能量。
13.用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器，其特征在于：包括相互平行且间隔排布的n组信号极，其中n为大于等于3的自然数，相邻两组信号极之间设有一组高压极；高压极与信号极之间具有工作气体；高压极连接高压电源，信号极连接前端电子学模块；
相邻高压极之间的工作气体与信号极组成一组电离单元；
沿束流流向，将n组信号极依次定义为第一层信号极……第n层信号极；将n+1组高压极依次定义为第一层高压极……第n+1层高压极；其中，第一层高压极位于第一层信号极的前侧。
14.根据权利要求13所述的用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器，其特征在于：n为大于等于10的自然数。
15.根据权利要求13或14所述的用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器，其特征在于：高压极、信号极均为平板型导体。
16.根据权利要求15所述的用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器，其特征在于：工作气体为自由空气、氮气和/或氩气。
17.一种权利要求13-16任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用待测质子或重离子加速器引出多束已知能量的束流垂直入射至权利要求13-16任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器；
步骤2、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；根据束流能量值和相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数，进行幂函数拟合，E＝anb，确定系数a、b，得到束流能量与最高峰落入的电离单元层数之间的关系。
18.一种权利要求13-16任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立权利要求13-16任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器的蒙卡模型；
步骤2、利用待测质子或重离子加速器引出1至2束已知能量的束流垂直入射至权利要求1-8任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器；
步骤3、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；根据束流能量值和相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数修正检验步骤1的蒙卡模型，获得标准蒙卡模型；
步骤4、将多束束流能量点输入至标准蒙卡模型，得到多组束流能量与相应束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数之间的关系，进行幂函数拟合，E＝anb，确定系数a、b，得到束流能量与最高峰落入的电离单元层数之间的关系。
19.一种利用权利要求13-16任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器测试束流能量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、使待测束流垂直入射至完成标定的探测器；
步骤2、通过多通道电子学或者单通道电子学结合多路开关获得各层电离单元输出的相应束流电离能量沉积信号；观察束流电离能量沉积信号的最高峰落入的电离单元层数，根据E＝anb，获得相应束流能量。
20.一种权利要求13-16任一所述用于质子或重离子加速器终端束流能量测量的探测器能量分辨率获取方法，其特征在于：
其中，E为束流能量，En+1为入射至第n+1层电离单元的束流能量；
En-1为入射至第n-1层电离单元的束流能量；En入射至第n层电离单元的束流能量。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101900826A (zh) * | 2010-06-13 | 2010-12-01 | 中国科学院近代物理研究所 | 重离子束流横向剂量分布测量探测器及其二维成像方法 |
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|---|---|---|---|---|
| EP3862795A1 (en) * | 2009-03-20 | 2021-08-11 | Ion Beam Applications S.A. | Method for monitoring a hadron beam |
| CN102200586A (zh) * | 2011-03-04 | 2011-09-28 | 中国原子能科学研究院 | 单粒子试验重离子束流诊断装置及相关测量方法 |
| CN104090292B (zh) * | 2014-06-13 | 2018-02-06 | 中国科学院近代物理研究所 | 用于较高能量重离子束流诊断的位置灵敏探测器 |
| CN105738940B (zh) * | 2016-04-26 | 2019-02-05 | 西北核技术研究所 | 一种用于束流剖面均匀性在线测量的探测器 |
| CN106772542B (zh) * | 2016-11-24 | 2019-04-16 | 江苏超敏科技有限公司 | 一种束流剂量分布测量检测的方法 |
| CN106501839B (zh) * | 2016-11-24 | 2019-06-28 | 江苏超敏科技有限公司 | 一种束流剂量分布测量设备 |
| US11331519B2 (en) * | 2019-04-04 | 2022-05-17 | Deutsches Krebsforschungszentrum | Detector and method for tracking an arrival time of single particles in an ion beam |
| CN110270014B (zh) * | 2019-05-07 | 2022-01-04 | 彭浩 | 质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法及系统 |
| GB201914654D0 (en) * | 2019-10-10 | 2019-11-27 | Ucl Business Ltd | Methods and apparatus for particle beam dose profile measurements |
| CN112213764B (zh) * | 2020-09-29 | 2023-12-12 | 中国原子能科学研究院 | 一种基于像素型电离室的质子束流截面测量装置 |
| CN112782747B (zh) * | 2021-01-05 | 2022-04-08 | 中国原子能科学研究院 | 多叶法拉第筒、多叶法拉第筒测量系统及其应用 |
| CN113009547A (zh) * | 2021-04-07 | 2021-06-22 | 清华大学 | 一种加速器x射线能量检测方法 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101907718A (zh) * | 2010-04-22 | 2010-12-08 | 中国科学院近代物理研究所 | 用于重离子治癌的快速测量Bragg曲线探测器及其使用方法 |
| CN101900826A (zh) * | 2010-06-13 | 2010-12-01 | 中国科学院近代物理研究所 | 重离子束流横向剂量分布测量探测器及其二维成像方法 |
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