CN209821402U - 一种低能量重核素离子气体电离室探测器 - Google Patents

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赵庆章
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Abstract

本实用新型属于离子探测技术领域，具体涉及一种低能量重核素离子气体电离室探测器，包括真空室和设有入射窗的气体电离室，平行设置在气体电离室内的阳极、阴极和栅极，真空室内的入射离子能够由入射窗进入阳极和阴极之间，入射窗延伸到气体电离室内，位于阳极和阴极之间。入射窗位于阳极和阴极之可有效降低低能量重核素离子在入射窗及探测器死区的能量损失，从而使得更多能量沉积在气体电离室的工作灵敏区，有利于低能量重核素离子的探测和鉴别。使用30nm厚的SiN膜作为入射窗的窗体材料，不仅降低了粒子在进入探测器时的能量损失，同时避免了其它常用的有机膜那样在气体电离室内充入工作气体后产生鼓起形成死区的情况。

Description

一种低能量重核素离子气体电离室探测器
技术领域
本实用新型属于离子探测技术领域，具体涉及一种低能量重核素离子气体电离室探测器。
背景技术
多阳极气体电离室是核物理探测中常用的探测器。它主要包括阳极、阴极、栅极、入射窗以及工作气体进出口等部分组成。基本结构如图1所示
阳极和阴极是为了给探测器提供一均匀电场。为了避免电子脉冲幅度与入射粒子的电离位置有关，在入射粒子和阳极之间安装一栅网。只有电子穿过栅极在栅极与阳极的空间内漂移时，在阳极上才会感应出电压脉冲。入射窗是用来隔离探测器与管道的真空状态，保证电离里内的工作气体保持稳定。粒子进入到电离室时，在入射窗膜上产生的能量歧离是影响电离室的能量分辨的主要贡献。所以电离室的入射窗必须尽可能的薄且均匀。
在离子通过探测器时，它与探测器里的工作气体(丙烷或异丁烷等)相互作用将探测器的工作气体电离成电子离子对，电子离子对的多少与入射离子在此区域的能量损失成正比。
入射粒子在介质中能量损失率为
式中是能量损失率，M、E分别是入射核的质量和能量，Ze是入射粒子的有效电荷，它与入射粒子的原子序数Z密切相关，B、b是一个只与阻止介质有关而与入射粒子种类，与能量无关的常数。
这些电子离子对在横向电场作用下分别向阳极和阴极漂移，从而在阳极和阴极产生电压脉冲信号，而电压脉冲信号幅度与收集的电子或离子的多少成正比，由此通过探测器产生的脉冲电压幅度实现粒子在阳极和阴极的能量损失测定。多阳极气体电离室就是利用离子在探测器不同阳极区域能量损失的不同，通过多路符合的方法实现离子能量测定。
实用新型内容
在目前常用的气体探测器测量的离子都是能量比较高的离子(～1MeV/核子)，因此这类探测器对探测器入射窗和探测器的结构没有特殊要求，一般的结构就能满足要求。但随着加速器质谱技术的发展，目前已开展研发低能量重核素的加速器质谱测量技术，而要实现低能量(～0.01MeV/核子)重核素的测定，多阳极气体探测器是最有效的探测器，它可以有效避免其它类型探测器的幅度亏损效应。为此，本实用新型的目的就是研发用于低能量重核素加速器质谱技术中的特殊气体电离室，以尽可能降低离子进入探测器前的能量损失，从而使得气体探测器能对1MEV左右的重离子(铀、钚)重核素的测量与鉴别。
为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是一种低能量重核素离子气体电离室探测器，包括真空室和设有入射窗的气体电离室，平行设置在气体电离室内的阳极和阴极和栅极，所述真空室内的入射离子能够由所述入射窗进入所述阳极和所述阴极之间，其中，所述入射窗延伸到所述气体电离室内，位于所述阳极和所述阴极之间。
进一步，所述入射窗采用30nm厚的SiN膜作为窗体材料，实现所述真空室(1)和所述气体电离室(2)之间的真空隔离。
进一步，所述阳极为若干个。
进一步，所述气体电离室内充有工作气体，所述工作气体为丙烷或异丁烷。
进一步，通过同一个真空泵对所述真空室和所述气体电离室抽取真空。
进一步，所述气体电离室通过针阀调节所述气体电离室内部的所述工作气体的气压。
本实用新型的有益效果在于：
1.入射窗6延伸到气体电离室2内，位于阳极3和阴极5之可有效降低低能量重核素离子在入射窗及探测器死区的能量损失，从而使得更多能量沉积在气体电离室的工作灵敏区，有利于低能量重核素离子的探测和鉴别。不像其它气体探测器那样将入射窗设置在探测器入口处。这样就有效避免了探测器入射窗与探测器阳极之间死区，避免在死区的能量损失。
表1为不同能量的重离子在经过SiN膜和在探测器的能量损失结果。
入射离子 离子能量 SiN厚度 能量损失 剩余能量
<sup>127</sup>I 1.5MeV 30nm 70keV 1.43MeV
<sup>197</sup>Au 1.5MeV 30nm 200kev 1.30MeV
2. SiN膜具有不变形的特点，使用SiN膜作为入射窗6的窗体材料，避免了其它常用的有机膜那样在气体电离室2内充入工作气体后产生鼓起形成死区的情况，从而解决了在鼓起区域处死区产生的能量损失不能被探测器的阳极3和阴极5收集的缺点。
附图说明
图1是本实用新型背景技术中所述的现有的多阳极气体电离室示意图；
图2是本实用新型具体实施方式中所述的低能量重核素离子气体电离室探测器的气体电离室部分的示意图；
图3是本实用新型具体实施方式中所述的低能量重核素离子气体电离室探测器的示意图；
图中：1-真空室，2-气体电离室，3-阳极，4-栅极，5-阴极，6-入射窗，7-入射离子，8-针阀，9-进气口，10-绝缘体，11-压力计，12-第一抽气口，13-可调阀门，14-第二抽气口，15-真空泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
如图2、图3所示，本实用新型提供的一种低能量重离子气体电离室探测器，包括真空室1和设有入射窗6的气体电离室2，平行设置在气体电离室2内的阳极3和阴极5和栅极4，真空室1内的入射离子7能够由入射窗6进入阳极3和阴极5之间，其中，入射窗6延伸到气体电离室2内(见图2)，位于阳极3和阴极5之间。
入射窗6采用30nm厚的SiN膜作为窗体材料，实现真空室1和气体电离室2之间的真空隔离。
阳极3为若干个。
气体电离室2内充有工作气体，工作气体为丙烷或异丁烷。
为了保护SiN膜，通过同一个真空泵15对SiN膜分离开的真空室1和气体电离室2通过可调阀门13缓慢抽取真空。
气体电离室2通过针阀8外接进气口和抽气口，调节气体电离室2内部的工作气体的气压。
本实用新型所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本实用新型的技术创新范围。

Claims (6)

1.一种低能量重核素离子气体电离室探测器，包括真空室(1)和设有入射窗(6)的气体电离室(2)，平行设置在气体电离室(2)内的阳极(3)和阴极(5)和栅极(4)，所述真空室(1)内的入射离子(7)能够由所述入射窗(6)进入所述阳极(3)和所述阴极(5)之间，其特征是：所述入射窗(6)延伸到所述气体电离室(2)内，位于所述阳极(3)和所述阴极(5)之间。
2.如权利要求1所述的低能量重核素离子气体电离室探测器，其特征是：所述入射窗(6)采用30nm厚的SiN膜作为窗体材料，实现所述真空室(1)和所述气体电离室(2)之间的真空隔离。
3.如权利要求2所述的低能量重核素离子气体电离室探测器，其特征是：所述阳极(3)为若干个。
4.如权利要求3所述的低能量重核素离子气体电离室探测器，其特征是：所述气体电离室(2)内充有工作气体，所述工作气体为丙烷或异丁烷。
5.如权利要求4所述的低能量重核素离子气体电离室探测器，其特征是：通过同一个真空泵(15)对所述真空室(1)和所述气体电离室(2)抽取真空。
6.如权利要求5所述的低能量重核素离子气体电离室探测器，其特征是：所述气体电离室(2)通过针阀(8)调节所述气体电离室(2)内部的所述工作气体的气压。
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