基于气体正比室的单粒子径迹成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种粒子束径迹成像装置，特别是涉及一种基于气体正比室的单粒子 径迹成像装置。
【背景技术】
[0002] 探测射线粒子并提取其基本性质是人类藉以深入微观世界的一种主要途径与手 段，伴随着辐射探测技术的发展，其应用也日趋广泛。其中粒子径迹的测量是辐射探测领域 很重要的一种探测方法，根据粒子径迹的粗细、稀密、长度、分布角度、径迹弯曲程度和径迹 数量分布等，可以获得粒子的强度、剂量、能量、能量分布、发射角分布及时间等信息，进而 可鉴别粒子的种类。
[0003] 在实际应用中，对射线粒子的探测方法和探测器大都基于电子记录，例如多丝正 比室、漂移室、气体电子倍增器、半导体探测器及闪烁探测器等，这些探测方法的结构复杂 或读出线路多。早期也有基于照相和显微扫描方法技术的一些单粒子径迹探测方法，如云 雾室、气泡室、核乳胶等，但是需要经过复杂后处理和判读过程才能获得粒子径迹。
[0004] 随着核科学与技术在基础研究、航空航天及工农业等应用领域的不断发展，已有 的射线粒子测量方法和技术面临着诸多挑战，需要提高灵敏度、保证实时性、测量直观便捷 等。
[0005] 参照图2。博士论文"基于光学成像的中子能谱测量[D].北京：清华大学工程物 理系，2013"公开了一种粒子束在气体闪烁体中径迹成像的测量装置，包括粒子束源、气体 闪烁腔室及成像系统。粒子束从加速器靶头引出，经准直后入射到气体闪烁腔体中激发气 体闪烁体发光。实验中使用的He、Ar、CF4等气体闪烁体纯度为99. 999%，主要杂质为水蒸 气和氮气。成像系统包括气体腔体上开的成像窗口及成像设备，成像设备位于成像窗口外 侧，选用小焦距、大景深的Cannon镜头，配合PI CCD相机对气体发光成像。此装置已成功获 取质子束的径迹图像，但要求质子束强度至少l〇5n/s，对于强度更弱的粒子束，甚至是单粒 子，在气体闪烁体中产生的荧光微弱，直接成像困难，很难获得单个射线粒子的径迹图像。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有粒子束径迹成像装置对单粒子成像困难的不足，本发明提供一种基 于气体正比室的单粒子径迹成像装置。该装置包括阴极管、阳极丝、绝缘支架、高压电源、准 直器和成像设备。所述阴极管、阳极丝、绝缘支架和高压电源组成气体正比室。准直装置使 得单粒子平行于阳极丝射入工作气体中，保证单粒子在阳极丝附近各径迹点产生的电子和 荧光的放大效果一致。单粒子在气体正比室中电离产生电子雪崩放大，获得足够高的能量， 继续碰撞气体发光或使之电离产生电子-离对，这样激发出的荧光信号就会倍增，成像设 备用来捕获荧光信号，形成清晰的单粒子径迹图像。相对于【背景技术】测量装置，基于气体正 比室的单粒子径迹成像装置利用气体正比室将单粒子的微弱荧光信号放大增强，这样产生 足够多的光子数目，确保能够被成像设备捕获到，形成清晰的的单粒子径迹图像。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于气体正比室的单粒子径迹 成像装置，其特点是包括阴极管1、阳极丝2、绝缘支架3、高压电源7、准直器9和成像设备 12。所述阴极管1、阳极丝2、绝缘支架3和高压电源7组成气体正比室。所述阴极管1是 圆柱形，靠近阴极管1的两端部分别开有进气孔5和出气孔6,阴极管1管壁的中间位置开 有成像窗口 11，成像设备12置于成像窗口 11外侧，镜头对准成像窗口 11。阴极管1的两 端分别镶嵌有绝缘支架3,绝缘支架3的外径与阴极管1的内径等大，绝缘支架3的中心有 用于固定阳极丝2的孔，所述阳极丝2穿过阴极管1的轴线固定在阴极管1两端的绝缘支 架3上，使阴极管1与阳极丝2绝缘；阳极丝2的一端接高压电源7,另一端是自由端，地线 接在阴极管1外壁。工作气体4充满气体正比室。阴极管1左端端绝缘支架3中心点下方 开有粒子入射窗口 8,准直器9紧贴入射窗口 8,单粒子源10置于准直器9。并且准直器9 的准直孔与粒子入射窗口 8以及单粒子源10处于同一轴线上。
[0008] 所述阴极管1的材料是不锈钢，阴极管1直径6-10cm，长度20-30cm，厚度5cm。
[0009] 所述阳极丝2的材料是钨丝或镀金钨丝的任一种。
[0010] 所述阳极丝2的直径为10-100um。
[0011] 所述阴极管1与绝缘支架3以及绝缘支架3与阳极丝2之间为静密封。
[0012] 所述静密封的密封材料是环氧树脂或者低分650型聚酰胺树脂固化剂的任一种。
[0013] 所述工作气体4是Ar、He、N2或者CF 4的任一种。
[0014] 所述成像窗口 11的材料是透射率大于90 %的石英玻璃。
[0015] 所述粒子入射窗口 8采用钛膜密封。
[0016] 所述准直器9的准直孔直径为1mm。
[0017] 本发明的有益效果是：该装置包括阴极管、阳极丝、绝缘支架、高压电源、准直器和 成像设备。所述阴极管、阳极丝、绝缘支架和高压电源组成气体正比室。准直装置使得单粒 子平行于阳极丝射入工作气体中，保证单粒子在阳极丝附近各径迹点产生的电子和荧光的 放大效果一致。单粒子在气体正比室中电离产生电子雪崩放大，获得足够高的能量，继续碰 撞气体发光或使之电离产生电子-离对，这样激发出的荧光信号就会倍增，成像设备用来 捕获荧光信号，形成清晰的单粒子径迹图像。相对于【背景技术】测量装置，基于气体正比室的 单粒子径迹成像装置利用气体正比室将单粒子的微弱荧光信号放大增强，这样产生足够多 的光子数目，确保能够被成像设备捕获到，形成清晰的的单粒子径迹图像。
[0018] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明基于气体正比室的单粒子径迹成像装置的结构示意图。
[0020] 图2是【背景技术】粒子束径迹成像装置的结构示意图。
[0021] 图中，1-阴极管，2-阳极丝，3-绝缘支架，4-工作气体，5-进气孔，6-出气孔，7-高 压电源，8-粒子入射窗口，9-准直器，10-单粒子源，11-成像窗口，12-成像设备。
【具体实施方式】
[0022] 以下实施例参照图1。
[0023] 本发明基于气体正比室的单粒子径迹成像装置包括阴极管1、阳极丝2、绝缘支架 3、高压电源7、准直器9和成像设备12。所述阴极管1、阳极丝2、绝缘支架3和高压电源7 组成气体正比室。
[0024] 所述阴极管1是一个圆柱形的不锈钢管，靠近阴极管1的端部开有两个小孔，分别 是进气孔5和出气孔6,二者相对位置没有要求，阴极管1管壁的中间位置开有一个成像窗 口 11，所述进气孔5和出气孔6的气流进出由阀门控制；所述阳极丝2位于阴极管1的轴 线上；所述绝缘支架3是两个正好镶进阴极管1的圆形绝缘片，分别位于阴极管1的两端， 直径严格等于阴极管1内径，其中心被阳极丝2穿透，并使阴极管1和阳极丝2绝缘；阴极 管1和两个绝缘支架3组成一个腔体；所述工作气体4是可以闪烁发光的气体，工作时会充 满腔体；所述高压电源7与阳极丝2连接，置于腔体外面。
[0025] 所述粒子入射窗口 8是其中一个绝缘支架3上开的一个小孔，位置靠近绝缘支架 3被阳极丝穿透的圆心处；所述准直器9紧贴入射窗口 8的外侧，准直器9的准直孔与入射 窗口 8的小孔处于同一轴线上；所述单粒子源10置于准直器9的准直孔的轴线位置，并贴 近准直器9的准直孔。
[0026] 所述成像窗口 11是阴极管1管壁的中间位置开的一个窗口；所述成像设备12置 于成像窗口 11外侧，其焦距、位置和景深根据具体成像情况来调节。
[0027] 更具体的，阴极管1是圆柱形的不锈钢管，直径最佳范围6-lOcm，长度最佳范围 20-30cm，厚度5cm左右；阳极丝2是直径为IO-IOOum的钨丝或镀金钨丝，位置与阴极管轴 线重合；阴极管1和阳极丝2通过绝缘支架3绝缘；绝缘支架3是两个厚度为5厘米左右的 绝缘圆片，直径严格等于阴极管1的内径，以使两