CN117912928B - 气体电离室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体电离室，包括底座和外壳，底座具有一端开口的第一空腔，外壳具有两端开口的第二空腔，第二空腔内设有电极极板组件，电极极板组件包括间隔设置的多层电极极板，外壳固定在底座上，并遮盖第一空腔的开口，外壳底部设有通孔，通孔使第一空腔和第二空腔连通；外壳的两端分别有可拆卸固定的入射窗和盖板，用于遮盖第二空腔的开口，以使第一空腔和第二空腔与外界隔离；入射窗可供X射线穿过，盖板上设有进气口，用于向第二空腔充入气体介质，底座上设有出气口。本发明的气体电离室，电极极板组件包括多层电极极板，在相同的气体介质中，可以吸收更多的X射线，从而使输出的弱电流信号更强。

Description

气体电离室

技术领域

本发明涉及辐射探测技术领域，更具体地涉及一种气体电离室。

背景技术

气体电离室是一种同步辐射装置上广泛使用的光强监测探测器。在荧光模式的X射线吸收精细结构（XAFS）实验中常采用普通荧光电离室（也称Lytle型气体电离室）测量样品待测元素的荧光信号。Lytle型电离室属于电流积分型探测器，输出电流强度对应了荧光信号的强度，其采用了48V干电池为极板提供高压，长期使用，电势降低，导致带电粒子收集不充分，同时自带的电流放大器在增益为10^9时，Lytle型电离室的响应时间在150ms左右，无法满足快速扫描X射线吸收谱荧光测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体电离室，其可吸收更多的荧光X射线，输出信号强度更高，从而满足快速扫描X射线吸收谱荧光测量。

基于上述目的，本发明提供一种气体电离室，包括底座和外壳，所述底座具有一端开口的第一空腔，所述外壳具有两端开口的第二空腔，所述第二空腔内设有电极极板组件，所述电极极板组件包括间隔设置的多层电极极板，所述外壳固定在所述底座上，并遮盖所述第一空腔的开口，所述外壳底部设有通孔，所述通孔使所述第一空腔和所述第二空腔连通；所述外壳的两端分别可拆卸固定有入射窗和盖板，用于遮盖所述第二空腔的开口，以使所述第一空腔和所述第二空腔与外界隔离；所述入射窗可供X射线穿过，所述盖板上设有进气口，用于向所述第二空腔充入气体介质，所述底座上设有出气口。

进一步地，所述电极极板组件还包括多个固定块，用于将多层电极极板固定在一起。

进一步地，所述外壳的内壁上可设有与多个固定块一一对应的多个固定槽，所述固定块滑入所述固定槽中。

进一步地，所述固定块上设有与多层电极极板一一对应的多个卡槽，每层电极极板均插入一个卡槽中，以使所述固定块与多层电极极板固定连接。

进一步地，多层电极极板的其中一部分上均设有高压引线，另一部分上均设有信号引线，所述底座上设有高压接头和信号接头，所述高压引线穿过所述通孔后与所述高压接头相连，所述信号引线穿过所述通孔后与所述信号接头相连。

进一步地，所述高压引线和所述信号引线隐藏在所述第一空腔和所述第二空腔内。

进一步地，设有所述高压引线的电极极板和设有所述信号引线的电极极板相互错开。

进一步地，每层电极极板均包括电极箔和两绝缘框，所述电极箔被夹在两绝缘框之间，两绝缘框相互固定。

进一步地，所述电极箔设有焊片，所述焊片与所述高压引线或所述信号引线相连。

进一步地，所述入射窗包括窗框和固定在所述窗框上的入射膜，所述窗框具有贯通部，所述入射膜遮盖所述窗框的贯通部，所述窗框与所述外壳固定连接。

本发明的气体电离室，电极极板组件包括多层电极极板，在相同的气体介质中，可以吸收更多的X射线，从而使输出的弱电流信号更强；多层电极极板之间的间距较小，可提升电离室的响应时间；通过外部电源向电极极板输送高压，使电离室工作在高压下，在相同的X射线下，可抑制电子-离子的复合，提高输出信号的强度。

附图说明

图1A为根据本发明实施例的气体电离室的一个视角的结构示意图；

图1B为根据本发明实施例的气体电离室的另一个视角的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的气体电离室的爆炸图；

图3为根据本发明实施例的外壳的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的电极极板组件的结构示意图；

图5为根据本发明实施例的电极极板组件的固定块的结构示意图；

图6为根据本发明实施例的电极极板的结构示意图；

图7为根据本发明实施例的电极极板的爆炸图；

图8为根据本发明实施例的入射窗的窗框的结构示意图；

图9为根据本发明实施例的底座的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1A、图1B和图2所示，本发明实施例提供一种气体电离室，包括底座100和外壳200，底座100具有一端开口的第一空腔110，外壳200具有两端开口的第二空腔210，第二空腔210内设有电极极板组件300，电极极板组件300包括间隔设置的多层电极极板310，外壳200固定在底座100上，并遮盖第一空腔110的开口，以封闭第一空腔110，外壳200底部设有通孔220，通孔220位于第一空腔110内，从而使第一空腔110和第二空腔210相互连通；外壳200的两端分别可拆卸固定有入射窗400和盖板500，用于遮盖第二空腔210的两端开口，以封闭第二空腔210，这样，第一空腔110和第二空腔210可以形成为与外界隔离的密封环境；入射窗400可供X射线穿过，盖板500上设有进气口510，底座100上设有出气口120，通过进气口510可向第二空腔210内充入气体介质（例如氩气、氪气等），在充气时，气体介质会使第二空腔210和第一空腔110内的其他气体（例如空气）从出气口120排出，从而使第二空腔210和第一空腔110内充满气体介质，作为探测介质；电极极板组件300可与外部电源（图中未示出）相连，通过外部电源向电极极板组件300提供高压（可高达1000V），使得多层电极极板310之间形成电场；当X射线通过入射窗400进入第二空腔210时，多层电极极板310间的气体介质会被X射线电离，产生电子-离子对，电子-离子对在电场的作用下向电极极板漂移过程中，将感应出弱电流，弱电流的大小与入射的X射线强度成比例关系，该弱电流可通过电极极板310引出，以便于通过弱电流信号检测出入射的X射线的强度。

在一些实施例中，外壳200可以为圆柱形，底座100的顶部形成为圆弧状，以与外壳200的外壁相匹配，使得外壳200可与底座100紧密贴合，从而将第一空腔110与外界隔离。

在一些实施例中，任意两层电极极板310之间的间隔可以为5-10mm，电极极板组件300的厚度可以为10cm左右，以使气体介质能充分吸收X射线。

在一些实施例中，底座100和外壳200均由铝制成，以减轻重量。

如图3和图4所示，电极极板组件300还包括多个固定块320，用于将多层电极极板310固定在一起，形成为一个整体。外壳200的内壁上可设有与多个固定块320一一配合的多个固定槽230，固定块320可滑入固定槽230中，以方便地将电极极板组件300装入第二空腔210中，并对电极极板组件300进行限位。在一个示例性的实施例中，电极极板310为圆形，电极极板组件300包括四个固定块320，四个固定块320沿电极极板310的周向布置，且任意两固定块320之间的角度相差90度，固定块320沿电极极板310的轴向延伸，每层电极极板310均与固定块320固定，四个固定块320将各电极极板310固定在一起，形成一个圆柱体结构，相应地，外壳200的内壁设有四个固定槽230，每个固定块320均滑入一个固定槽230中，固定槽230可限制固定块320的周向运动，以使电极极板组件300无法沿周向运动；当电极极板组件300安装至第二空腔210后，可将入射窗400和盖板500固定在外壳200上，通过入射窗400和盖板500限制电极极板组件300的轴向位置，使电极极板组件300固定在第二空腔210内。

在一些实施例中，多层电极极板310的其中一部分上可设有高压引线330，另一部分上设有信号引线340，底座100上设有高压接头130和信号接头140，高压引线330穿过通孔220后与高压接头130相连，高压接头130可与外部电源相连，以向电极极板310提供高压；信号引线340穿过通孔220后与信号接头140相连，从而通过信号接头140将弱电流信号引出；这样，高压引线330和信号引线340可隐藏在第一空腔110和第二空腔210内，通过底座100上的高压接头130和信号接头140即可提供高压和采集弱电流信号，从而实现探测，十分方便。在一个示例性实施例中，高压引线330和信号引线340可分别位于电极极板组件300的两侧，为方便将其连接高压接头130和信号接头140，可设置两个长条形的通孔220，分别对应于高压引线330和信号引线340，高压引线330从其中一个通孔220中穿过，信号引线340则从另一个通孔220中穿过。

在一个示例性的实施例中，设有高压引线330的电极极板310和设有信号引线340的电极极板310可相互错开，例如奇数层的电极极板310设置高压引线330，以通入高压，偶数层的电极极板310则设置信号引线340，以将弱电流信号引出。

在一些实施例中，高压接头130可以为SHV接头或BNC接头，信号接头140可以为BNC接头或SMA接头。

如图5所示，固定块320上可设有与多层电极极板310一一对应的多个卡槽321，每层电极极板310均插入一个卡槽321中，以实现固定块320与电极极板310的固定。

在一些实施例中，固定块320可由绝缘材料制成，避免相邻电极极板310之间导通，避免将高压传输至外壳200。

如图6和图7所示，在一些实施例中，电极极板310包括电极箔311和两绝缘框312，电极箔311被夹在两绝缘框312之间，并相互固定，从而对电极箔311起到保护作用。

在一个示例性实施例中，电极箔311可采用3微米厚的超薄铝箔。

在一些实施例中，电极箔311上可设有焊片313，用于与高压引线330或信号引线340相连，从而通过高压引线330使电极箔311连接至高压接头130或者通过信号引线340使电极箔311连接至信号接头140。

如图2和图8所示，在一些实施例中，入射窗400包括窗框410和固定在窗框410上的入射膜420，窗框410具有贯通部411，入射膜420遮盖窗框410的贯通部411，窗框410上可设有多个螺孔，用于与外壳200实现螺栓固定。X射线可穿过入射膜420，从而进入第二空腔210内。

在一些实施例中，入射膜420可以为聚酰亚胺薄膜，例如为25微米厚的超薄膜，以降低其对X射线的吸收。

如图9所示，底座100的底部可设有多个螺孔150，以便通过螺栓将底座100和外壳200固定在一起。为了保证第一空腔110和第二空腔210的密封性，可在螺孔150处、底座100和外壳200的接触面之间、外壳200与入射窗400和盖板500的连接处之间均设置密封胶。

本发明实施例的气体电离室，电极极板组件300包括多层电极极板310，在相同的气体介质中，可以吸收更多的X射线，从而使输出的弱电流信号更强；多层电极极板310之间的间距较小，可提升电离室的响应时间；通过外部电源向电极极板310输送高压，使电离室工作在高压下，在相同的X射线下，可抑制电子-离子的复合，提高输出信号的强度。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (9)

1.一种气体电离室，其特征在于，包括底座和外壳，所述底座具有一端开口的第一空腔，所述外壳具有两端开口的第二空腔，所述第二空腔内设有电极极板组件，所述电极极板组件包括间隔设置的多层电极极板，所述外壳固定在所述底座上，并遮盖所述第一空腔的开口，所述外壳底部设有通孔，所述通孔使所述第一空腔和所述第二空腔连通；所述外壳的两端分别可拆卸固定有入射窗和盖板，用于遮盖所述第二空腔的开口，以使所述第一空腔和所述第二空腔与外界隔离；所述入射窗可供X射线穿过，所述盖板上设有进气口，用于向所述第二空腔充入气体介质，所述底座上设有出气口；

多层电极极板的其中一部分上均设有高压引线，另一部分上均设有信号引线，所述底座上设有高压接头和信号接头，所述高压引线穿过所述通孔后与所述高压接头相连，以使外部电源通过所述高压接头向所述电极极板提供高压；所述信号引线穿过所述通孔后与所述信号接头相连，以通过所述信号接头引出由X射线穿过所述气体电离室而产生的弱电流信号。

2.根据权利要求1所述的气体电离室，其特征在于，所述电极极板组件还包括多个固定块，用于将多层电极极板固定在一起。

3.根据权利要求2所述的气体电离室，其特征在于，所述外壳的内壁上可设有与多个固定块一一对应的多个固定槽，所述固定块滑入所述固定槽中。

4.根据权利要求2所述的气体电离室，其特征在于，所述固定块上设有与多层电极极板一一对应的多个卡槽，每层电极极板均插入一个卡槽中，以使所述固定块与多层电极极板固定连接。

5.根据权利要求1所述的气体电离室，其特征在于，所述高压引线和所述信号引线隐藏在所述第一空腔和所述第二空腔内。

6.根据权利要求1所述的气体电离室，其特征在于，设有所述高压引线的电极极板和设有所述信号引线的电极极板相互错开。

7.根据权利要求1所述的气体电离室，其特征在于，每层电极极板均包括电极箔和两绝缘框，所述电极箔被夹在两绝缘框之间，两绝缘框相互固定。

8.根据权利要求7所述的气体电离室，其特征在于，所述电极箔设有焊片，所述焊片与所述高压引线或所述信号引线相连。

9.根据权利要求1所述的气体电离室，其特征在于，所述入射窗包括窗框和固定在所述窗框上的入射膜，所述窗框具有贯通部，所述入射膜遮盖所述窗框的贯通部，所述窗框与所述外壳固定连接。