专利名称：一种x射线探测器的制作方法
技术领域：
一种χ射线探测器技术领域[0001]本实用新型涉及X射线、紫外线、电子及其它带电粒子的高时间分辨探测，特别涉及一种大面积高时间分辨的χ射线探测。
背景技术：
[0002]自1895年伦琴发现X射线以来，已对物理学以至整个科学技术的发展产生了巨大而深远的影响。目前，X射线已被广泛应用于晶体结构的分析以及医学和工业等领域。近年来，随着研究的深入，在X射线波段还有许多潜在而且重要的应用。其中，基于X射线脉冲星自主导航技术就是目前国内外的研究热点。基于X射线脉冲星自主导航技术通过探测深空脉冲星的X射线脉冲进行精确的位置计算，实现航天器高精度自主导航和运行管理， 不受地球观测站和固定导航信标视线的限制。美国国防部国防高级研究计划局(DARPA)、美国航空航天局(NASA)、欧洲宇航局(ESA)以及日本、欧盟等国家和组织纷纷拟定相关研究计划，开展理论方法研究、关键技术攻关、原理样机研制和飞行试验验证等方面的工作。近年来我国许多单位也开展了相关的研究，提出了我国发展X射线脉冲星自主导航的必要性和可行性。X射线脉冲星自主导航系统的核心器件之一就是X射线光子计数探测器。由于 X射线脉冲星自主导航的定位精度依赖于X射线脉冲星的脉冲到达时间的测量精度，用于X 射线脉冲星自主导航用的X射线探测器的其中一个关键技术指标就是时间分辨率。同时， X射线脉冲星源的辐射强度非常微弱，还要求探测器具有较高的灵敏度。[0003]同时，由于X射线波长短，穿透能力很强，特别是当X射线光子能量大于IOkeV (即波长小于0. 12nm)时，在大气压强低于lO—Va时，透过率为100%，几乎是无衰减的传输。因此，可以利用X射线进行通信。相比于其他通信方式，X射线通信具有发射功率低、传输距离远、保密性强、通信频带宽等优点，可望实现在未来的空间卫星间的实时通信。美国Goddard Center Flight Center的Keith Gendreau博士 2007年提出了利用X射线实现空间卫星飞行器点对点的通信，并搭建了实验装置。这个概念被称为是最新一代的空间通信方式，也是世界上第一个X射线通信的概念。为了尽量避免通信频道受到限制，这就要求X射线探测器的时间分辨要好。[0004]根据目前报道的文献中，还没有涉及大面积高时间分辨的X射线探测器。所以，基于微通道板的大面积、高时间分辨的X射线探测器能够同时具备高灵敏度和高时间分辨的性能，具有非常重要的科学研究价值。不仅能够应用于X射线脉冲星自主导航和X射线通信，还可以通过改变不同的输入窗和光电阴极材料以探测不同的光谱波段和目标，如紫外线、可见光以及电子、带电粒子等。发明内容[0005]为了解决现有的X探测器灵敏度低、时间分辨率低的技术问题，本实用新型提供一种基于微通道板的大面积、高时间分辨的X射线光电探测器。[0006]本实用新型的技术解决方案[0007]X射线探测器，其特殊之处在于所述X射线探测器包括探测器壳体，设置在探测器壳体上的输入窗1以及设置在探测器壳体内的依次排列的光电阴极2、微通道板单元3、 收集阳极和同轴连接器5，所述光电阴极设置在微通道板的一侧，所述同轴连接器设置在收集阳极的输出端，所述收集阳极的输入端与微通道板单元之间设置有空隙。[0008]上述收集阳极为蛇形微带线阳极41或50 Ω阻抗匹配阳极42。[0009]上述输入窗1材料为铝或钛或聚酰亚胺。[0010]上述的光电阴极2为碘化铯Csl。[0011]上述的微通道板单元3包括两块以“人”字形方式级联的微通道板。[0012]上述微通道板单元3包括三块以“之”字形式级联的微通道板。[0013]上述蛇形微带线阳极41包括绝缘衬底、镀在绝缘衬底上的金属电极以及信号引线，所述绝缘衬底陶瓷、石英玻璃或FR4，所述绝缘衬底的厚度为1 3mm。[0014]上述金属电极为金电极或铜电极。[0015]上述50 Ω阻抗匹配阳极42的收集阳极表面镀有金层。[0016]上述同轴连接器为SMA连接器。[0017]本实用新型具有以下优点[0018]1、高时间分辨性能。本探测器采用经过理论计算设计的收集阳极41或42，可以使收集阳极与输出阻抗为50Ω的同轴电缆阻抗匹配输出，有效减小信号的反射，使该探测器具有较高的时间分辨性能。[0019]2、大面积。采用普通的平板收集阳极如面积过大会造成时间分辨性能下降，而探测器中的阳极收集器可以根据需求，进行设计和加工，不会造成时间分辨性能的下降。[0020]3、高灵敏度。本探测器采用CsI光电阴极和两块或三块微通道板“人”字或“之” 字排列，增益可以达到IO6 107，可以大大提高灵敏度。[0021]4、暗计数低。采用微通道板三级联方案，可以有效降低离子反馈，从而降低暗计数，目前暗计数低于0. 4counts. cm—2· s-1。[0022]5、抗干扰性能好。本探测器工作时置于密闭的真空腔室(真空腔室均为金属层) 中，同时信号引出采用同轴连接器SMA，然后接同轴电缆，所以具有良好的屏蔽，抗干扰性能好。[0023]6、应用范围广。通过改变不同的输入窗和光电阴极材料，可以探测包括X射线，紫外线，可见光以及电子，带电粒子等。
[0024]图1为本实用新型的结构原理示意图；[0025]其中图a为收集阳极是蛇形微带线阳极的X探测器结构示意图；图b为收集阳极是50 Ω阻抗匹配阳极的X探测器结构示意图；[0026]图2为本实用新型蛇形微带线阳极收集器的剖面图；[0027]图3为本实用新型蛇形微带线阳极收集器的正面图；[0028]图4为本实用新型50 Ω阻抗匹配阳极的剖面图；[0029]图5为本实用新型蛇形微带线阳极收集器的输出信号波形图；[0030]其中附图标记为1-输入窗，2-光电阴极，3-微通道板，41-蛇形微带线阳极，42-50 Ω阻抗匹配阳极，5-SMA同轴连接器。
具体实施方式
[0031]X射线探测器，包括探测器壳体，设置在探测器壳体上的输入窗1以及设置在探测器壳体内的依次排列的光电阴极2、微通道板单元3、收集阳极和同轴连接器5，所述光电阴极设置在微通道板的一侧，所述同轴连接器设置在收集阳极的输出端，所述收集阳极的输入端与微通道板单元之间设置有空隙。[0032]收集阳极为蛇形微带线阳极41或50 Ω阻抗匹配阳极42。输入窗1材料为铝或钛或聚酰亚胺。光电阴极2为碘化铯Csl。微通道板单元3包括两块以“人”字形方式级联的微通道板。微通道板单元3包括三块以“之”字形式级联的微通道板。蛇形微带线阳极41 包括绝缘衬底、镀在绝缘衬底上的金属电极以及信号引线，所述绝缘衬底陶瓷、石英玻璃或 FR4，所述绝缘衬底的厚度为1 3mm。金属电极为金电极或铜电极。50 Ω阻抗匹配阳极42 的收集阳极表面镀有金层。同轴连接器为SMA连接器。[0033]如图1所示，一种基于微通道板的大面积、高时间分辨X射线光电探测器主要包括输入窗、光电阴极、微通道板、收集阳极以及同轴连接器。其中收集阳极包括蛇形微带线阳极和50 Ω阻抗匹配阳极。[0034]本实用新型的原理和工作过程[0035]X射线光子通过输入窗，与光电阴极相互作用产生光电子，光电子在高压电场作用下在微通道板中实现倍增形成电子云，电子云被收集阳极所收集形成电子脉冲，经同轴电缆输出，然后经过一系列电子读出电路(主要包括电流灵敏前放、恒比定时器、TDC等)的处理，实现入射X射线光子时间信息的获取。[0036]参考图1，输入窗的作用一是能够为探测器提供一个真空环境，另外还要透过目标 X射线光子。根据所探测的波段，需要选择不同的输入窗材料。例如对于X射线脉冲星辐射，其能谱主要集中在 1 lOkeV，Μ. Grande 在文献“The ClXS X-ray Spectrometer on Chandrayaan-1”报道聚酰亚胺材料对1 IOkeV的X射线的透过率接近1，因此就需要采用25 μ m厚的聚酰亚胺材料作为探测器的输入窗。[0037]经过输入窗的光子会与光电阴极发生作用产生光电子，为保证X射线探测器具有足够高的灵敏度，要求X射线探测器的光电阴极必须具备非常高的量子效率。在X射线波段，碱金属卤化物光电阴极是非常高效的光电转换器件。例如对于光子能量在1 IOkeV 之间的X射线，CsI是最合适的阴极材料，其量子效率是金属Al光阴极的100倍，是金属Au 光阴极的30倍。[0038]经微通道板倍增后的电子云被收集阳极收集，阳极收集器包括蛇形微带线阳极41 和50 Ω阻抗匹配阳极42，参考附图2 5。[0039]蛇形微带线阳极的特性阻抗的计算公式为
权利要求1.X射线探测器，其特征在于所述X射线探测器包括探测器壳体，设置在探测器壳体上的输入窗(1)以及设置在探测器壳体内的依次排列的光电阴极O)、微通道板单元(3)、收集阳极和同轴连接器(5)，所述光电阴极设置在微通道板的一侧，所述同轴连接器设置在收集阳极的输出端，所述收集阳极的输入端与微通道板单元之间设置有空隙。
2.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于所述收集阳极为蛇形微带线阳极(41)或50 Ω阻抗匹配阳极(42)。
3.根据权利要求1或2所述的X射线探测器，其特征在于所述输入窗(1)材料为铝或钛或聚酰亚胺。
4.根据权利要求3所述的X射线探测器，其特征在于所述光电阴极( 为碘化铯Csl。
5.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于所述微通道板单元(3)包括两块以“人”字形方式级联的微通道板。
6.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于所述微通道板单元(3)包括三块以“之”字形式级联的微通道板。
7.根据权利要求2所述的X射线探测器，其特征在于所述蛇形微带线阳极Gl)包括绝缘衬底、镀在绝缘衬底上的金属电极以及信号引线，所述绝缘衬底采用陶瓷、石英玻璃或FR4，所述绝缘衬底的厚度为1 3mm。
8.根据权利要求7所述的X射线探测器，其特征在于所述金属电极为金电极或铜电极。
9.根据权利要求2所述的X射线探测器，其特征在于所述50Ω阻抗匹配阳极02)的收集阳极表面镀有金层。
10.根据权利要求2、5、6、7、8或9中任一项所述的X射线探测器，其特征在于所述同轴连接器为SMA连接器。
专利摘要本实用新型涉及一种X射线探测器，X射线探测器包括探测器壳体，设置在探测器壳体上的输入窗以及设置在探测器壳体内的依次排列的光电阴极、微通道板单元、收集阳极和同轴连接器，光电阴极设置在微通道板的一侧，同轴连接器设置在收集阳极的输出端，收集阳极的输入端与微通道板单元之间设置有空隙。本实用新型解决了现有的X探测器灵敏度低、时间分辨率低的技术问题，本实用新型提供X射线光电探测器具有大面积、高时间分辨的优点。
文档编号G01T1/00GK202330728SQ20112041098
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者刘永安, 盛立志, 赵宝升, 鄢秋荣 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所