CN1230680C - 双楔条型粒子二维位置灵敏探测器 - Google Patents
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Abstract
双楔条型粒子二维位置灵敏探测器，属于粒子探测器技术领域。本发明包括楔条型阳极，由两块微通道板V形级联构成的倍增器以及用于装配微通道板倍增器和楔条型阳极的探测器支架。其技术特点是在同一绝缘基底上设有两个半圆型楔条型阳极图案，两个半圆型阳极图案中间和锗膜中间分别设有通过圆心的绝缘分隔线，且两面的绝缘分隔线平行对齐。本发明与现有技术相比，可大大减小对两个同时到达的粒子的探测死区，而且由于在同一基底上通过同一次工艺程序生产出来，在测量两个粒子位置的一致性方面其效果更好。该探测器可以实现对光子、电子、离子及其他粒子的位置测量，具有噪声小，位置分辨率高，二维位置编码畸变小，灵敏探测面积大及成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种粒子位置灵敏探测器，属于粒子探测器技术领域。
背景技术
粒子位置的测量是物理学中粒子探测技术的重要内容，通过电荷分配实现粒子位置测量是其中的重要方法之一，目前这类探测器有电阻型位置灵敏探测器，半导体型位置灵敏探测器，楔条型位置灵敏探测器等。电阻型和半导体型二维位置灵敏探测器的灵敏探测面积比较小，而且需要四个电极引出信号，后续处理电路成本较高。楔条型二维位置灵敏探测器的灵敏面积可以做得很大，制作成本较低，噪声小，而且是三电极引出信号，因此后续电路成本较低。文献[Lapington J S and Schwarz H E.The Degisn and Manufacture of Wedge andStrip Anodes.IEEE Trans.on Nucl.Sci.，Vol.33，No.1，Feb.1986.]给出了早期楔条型位置灵敏探测器的设计方法，文献[Jagutzki 0，Lapington J and Worth L et al.Positionsensitive anodes for MCP read-out using induced charge measurement.Nucl.Instr.AndMeth A477(2002)256-261]进一步改进了楔条型位置灵敏探测器的设计，在绝缘基底的另一面镀高电阻率的锗膜，利用感应电荷进行测量，减小了位置编码的误差。现有的楔条型位置灵敏探测器的缺点在于，在进行符合测量时，需要用两个探测器组合才能实现两个同时到达的粒子的位置测量，探测死区很大。
发明内容
本发明的目的是提出一种通过在金属薄膜上分割出特定图案实现电荷分配的双楔条型粒子二维位置灵敏探测器，可以实现对光子、电子、离子及其他粒子的位置测量。其噪声小，位置分辨率高，二维位置编码畸变小，灵敏探测面积大，成本低。在需要测量两个同时到达的粒子的位置时优点更明显，如符合测量原子分子物理学中(e，2e)事件的两个出射电子。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种楔条型粒子二维位置灵敏探测器，包括楔条型阳极，由两块微通道板V形级联构成的倍增器以及用于装配微通道板倍增器和楔条型阳极的探测器支架；所述的楔条型阳极含有绝缘基底，镀在绝缘基底一面的锗膜以及镀在另一面的导电性能好的金属膜，该金属膜通过光学蚀刻形成具有楔形阳极、条形阳极和之形阳极的楔条型阳极图案，三电极之间通过绝缘线分开，其特征在于：在所述的绝缘基底上设有两个半圆型楔条型阳极图案，所述的两个半圆型阳极图案中间和锗膜中间分别设有通过圆心的绝缘分隔线，且两面的绝缘分隔线平行。
本发明中所述楔条型阳极中所镀锗膜的厚度为0.05～0.1μm，所镀金属膜的厚度为1～2μm；所述的三电极之间的绝缘线的宽度为10～30μm。本发明所述的倍增器的放大倍数为106～107量级。
本发明的技术特征还在于：所述的两个半圆形楔条型阳极图案可采用相同的或是用绝缘分隔线分割整个圆形构成楔条型阳极图案。
本发明与现有技术相比具有以下优点及突出性效果：本发明提供的双楔条型粒子二维位置灵敏探测器由于采用双楔条型设计，可以大大减小对两个同时到达的粒子的探测死区，而且由于在同一基底上通过同一次工艺程序生产出来，在测量两个粒子位置的一致性方面会其效果更好。该探测器可以实现对光子、电子、离子及其他粒子的位置测量，具有噪声小，位置分辨率高，二维位置编码畸变小，灵敏探测面积大及成本低等优点。
附图说明
图1是现有的位置灵敏探测器中的楔条型阳极的分割图案原理示意图。
图2是本发明设计的位置灵敏探测器的剖视图。
图3是图2的A局部放大图。
图4是本发明的位置灵敏探测器中的双楔条型阳极的分割图案原理示意图。
图5是本发明的位置灵敏探测器中的双楔条型阳极锗面的俯视图。
图6是本发明的位置灵敏探测器中的双楔条型阳极金属面的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体结构作进一步的说明。
图1为现有技术中的位置灵敏探测器中的楔条型阳极的分割图案原理示意图。楔条型阳极含有楔形阳极1，条形阳极2和之形阳极3三个电极。
图2、图3是本发明提供的双楔条型粒子二维位置灵敏探测器的结构示意图。该探测器包括倍增器、探测器支架和楔条型阳极。
(1)倍增器4，用于将入射粒子产生的信号倍增放大，由两块微通道板倍增器V形级联构成，探测器必须在真空条件下工作，工作时真空度要优于5×10-4Pa。两块V形级联的微通道板倍增器4的工作高压在1800V左右，其倍增系数到达106～107量级，微通道板倍增器可选用日本滨松公司生产的产品，可根据需要选择大小不同的型号，如F1217。
(2)探测器支架5，用于装配微通道板倍增器和楔条型阳极，并通过它给微通道板倍增器加高压，以及引出楔条型阳极的位置信号。探测器支架5的材料是聚四氟乙烯，也可以选用其他在真空环境下出气速率低的绝缘材料，其作用在于固定微通道板倍增器和楔条型阳极，并通过其上的加电环9给两块微通道板倍增器和楔条型阳极加高压，并引出信号，绝缘环10固定加电环9并起绝缘作用。
(3)双楔条型阳极，其作用在于通过其上的电极分配得到的电荷量给出入射粒子的位置。电荷量的测量可以使用电荷灵敏前置放大器来实现。楔条型阳极是在绝缘基底6的一面镀上导电性好的金属膜7(如铝，也可以是铜、银、金等金属)，另一面镀上电阻率很高的锗膜8，并在金属膜的一面通过光学蚀刻的方法分割出所需的特定图案。绝缘基底可以选用厚度为2mm的光学玻璃，所镀金属膜的厚度在1～2μm范围，锗膜的厚度在0.05～0.1μm范围。图6是金属膜面的分割图案的一个实施例，白色部分为三个电极，黑色部分为腐蚀掉金属膜后露出的绝缘基底(以下简称绝缘线)。各电极间通过绝缘线绝缘14分开，每个电极必须连通整个探测面，不能有断路。绝缘线的宽度一般在10～30μm。双楔条型阳极以现有的楔条型阳极为基础，采用两个半圆形楔条型阳极图案，这两个半圆形楔条型阳极图案采用相同或对称分布或是用绝缘分隔线分割整个圆形构成双楔条型阳极图案，图4表示出是在整个圆上用绝缘分隔线分割出的三个阳极图案。两个半圆型阳极图案中间设有通过圆心的绝缘分隔线11。楔形阳极1实现了y方向的位置灵敏，宽度等差递增的条形阳极2实现了x方向的位置灵敏，由1和2电极分割所剩余部分为之形阳极3，三电极之间由绝缘线14分开。当有电子云打在阳极上，且电子云的尺寸超过一个分割周期时，电子云的中心位置X和Y由下面的公式(1)给出。
式中x，y是入射粒子位置的横坐标和纵坐标，d是原理分割图案的正方形的边长。Q1是在电极1(楔形)上收集到的电荷量，Q2是在电极2(条形)上收集到的电荷量，Q3是在电极3(之形)上收集到的电荷量。倍增后的电子云的尺寸一般比较小，不能保证覆盖一个以上分割周期，入射的电子云一般打在锗面上，利用其在金属膜上感应的电子云来测量位置。第i个条形阳极的宽度wi由下面的公式给出：
式中i＝1，2，3，…，n，n为周期数，n＝d/T，T为周期宽度。楔形是根部宽度为T/2，高度为d的等腰三角形，在各个周期中形状保持不变。由条形和楔形阳极分割后所剩余部分构成之形阳极。圆形的双楔条型位置灵敏探测器是在方形的基础上截出的，当电极和圆相交的时候，在圆外的部分截去，并通过圆边保证各电极连通，然后再用一条通过圆心的金属面绝缘分隔线11把探测器分成两个半圆，每个半圆各有三个引出电极，同时用一条通过圆心的锗面绝缘分隔线12把探测器锗面8也一分为二，两条绝缘分隔线应平行对齐。两个半圆形的楔条型阳极的图案也可以是相同的；周期宽度T一般在1～3mm。
双楔条型阳极同现有楔条型阳极相比，在符合测量两个同时到达粒子的位置时，双楔条型阳极成本更低，这是因为如果使用现有楔条型阳极，需要两个探测器组合，共需要4块微通道板倍增器，而本发明只需要两块微道板倍增器。而且两个探测器组合时，由于探测器支架、引出电极的影响，将有很大一部分面积不能被位置灵敏探测器覆盖，因而死区很大，通常大于60％，本发明的两个半圆型探测器由于在同一个基底上，可以做到死区小于4％，且位置测量的一致性更好些。
利用双楔条型位置灵敏探测器测量两个同时到达的粒子时，可以通过锗面的两个半圆电极13分别引出快信号，金属面的六个电极分别引出六路慢信号，通过这些信号就可以进行快慢符合测量两个同时到达的粒子的位置和到达时间。
Claims (4)
1.一种楔条型粒子二维位置灵敏探测器，包括楔条型阳极，由两块微通道板V形级联构成的倍增器(4)以及用于装配微通道板倍增器和楔条型阳极的探测器支架(5)；所述的楔条型阳极含有绝缘基底(6)，镀在绝缘基底一面的锗膜(8)以及镀在另一面的导电性能好的金属膜，该金属膜通过光学蚀刻形成具有楔形阳极(1)、条形阳极(2)和之形阳极(3)的楔条型阳极图案，三电极之间通过绝缘线(14)分开，其特征在于：在所述的绝缘基底上设有两个半圆形楔条型阳极图案，所述的两个半圆形阳极图案中间和锗膜中间分别设有通过圆心的绝缘分隔线(11、12)，且两面的绝缘分隔线平行对齐。
2.按照权利要求1所述的探测器，其特征在于：所述的锗膜的厚度为0.05～0.1μm，所镀金属膜的厚度为1～2μm；所述的三电极之间的绝缘线(14)的宽度为10～30μm。
3.按照权利要求1或2所述的探测器，其特征在于：所述的两个半圆形楔条型阳极图案采用相同或对称分布或是用绝缘分隔线分割整个圆形构成楔条型阳极图案。
4.按照权利要求3所述的探测器，其特征在于：所述的倍增器的放大倍数为106～107量级。
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