一种X射线二极管阴极污染程度的检测装置及检测方法与流程

本发明涉及x射线探测领域，具体地，涉及一种x射线二极管阴极污染程度的监测装置和检测方法。

背景技术：

x射线二极管是一种用于测量强脉冲软x射线通量的真空器件(王红斌，等，物理，23(9)，p561，1994)。实验室中通常利用大型脉冲功率装置或大型激光器产生强脉冲软x射线，其真空环境容易污染x射线二极管阴极(kun-lunwang,etal.,nuclearinst.andmethodsinphysicsresearcha,884,p75,2018)，改变其灵敏度。为了对软x射线通量进行准确测量，必须掌握阴极是否污染的情况。目前通用的手段是利用同步辐射软x射线源作为标准对x射线二极管灵敏度进行标定。由于同步辐射装置和实际使用x射线二极管的装置均属大型装置，有各自的实验周期，这使得实际操作过程很不方便。

技术实现要素：

本发明公开一种x射线二极管阴极污染程度的检测装置和检测方法。该装置和方法使用紫外灯作为光源，在用一个封装同种阴极的特定真空光电管检测紫外光强度的同时，对待测x射线二极管的相对灵敏度进行测量。通过对x射线二极管使用前后或贮存前后的灵敏度变化情况进行比较，判断使用或贮存过程是否使x射线二极管阴极被污染以及被污染的程度。利用此装置和方法，能够方便地检测x射线二极管阴极污染程度，有助于提高x射线二极管测量软x射线通量的可靠性和准确程度。

本发明包括三个组件：紫外灯、特定的真空光电管、真空检测腔。

其中，第一个组件为紫外灯，是能够发出全部或部分可以使得待检测的阴极产生光电效应的光线的任意一种可以持续发光的光源，优选的紫外灯为低压汞灯。

第二个组件为特定的真空光电管，包括外壳、特定的阴极和阳极三个部分。

其中，外壳材料为可透过紫外线的玻璃，优选的材料为高紫外透过率的石英玻璃。外壳的形状和结构满足三个要求：要求一、能够容纳相互分离的阴极和阳极；二、能够长时间封真空，且真空度满足真空光电管工作要求；三、能够透过从紫外灯发出的紫外线，并使其较为均匀地照射到阴极上。优选的外壳形状为球形或柱形，能够长时间封闭真空，且真空度满足真空光电管工作要求。

特定的阴极包括阴极块和阴极引线两个部分。其中，阴极引线为细线状金属，固定在外壳上并穿透外壳，起固定和导电的作用。阴极引线在壳外的一端用于连接外部电路，在壳内的一端用于连接和固定阴极块。阴极块为金属块，是与被检测阴极形状、大小、结构和加工工艺相同或接近的金属块。阴极块被封装在外壳内，作为紫外响应不发生改变的参考物。

阳极包括阳极片和阳极引线两个部分。其中，阳极引线为细线状金属，固定在外壳上并穿透外壳，起固定和导电的作用。阳极引线在壳外的一端用于连接外部电路，在壳内的一端用于连接和固定阳极片。阳极片为金属薄片，形状为主要外表面为两个平面的片状或主要外表面不为平面的柱壳状。当阳极片外表面为平面时，具有镂空结构，使得光线可以穿过，且位置位于阴极前方，与阴极平行放置，优选的形状为圆盘状栅网。当阳极片形状为柱壳装时，可以具有也可以不具有镂空结构，且位置位于阴极侧面，围绕阴极放置。

第三个组件为真空检测腔，由腔体和透紫外窗口两个部分构成。

其中，腔体具有中空结构，除带有一个安装透紫外窗口的开口、一个安装待检测x射线二极管的开口、一个连接抽真空设备的开口外呈封闭结构。优选的腔体材料为不锈钢，优选的腔体外形为正方体。腔体起安装透紫外窗口和x射线二极管、封闭真空和连接抽真空设备抽取真空的作用。在满足腔内透紫外窗口和x射线二极管接口之间无结构遮挡和前面所述安装和抽真空要求的前提下，腔体可以是任何材料和任何形状。

透紫外窗口是能够透过紫外线的方形或圆形板，被安装在腔体为透紫外窗口预留的开口上。其通过橡皮圈或其它封真空方式与腔体紧密配合，以达到封闭真空的目的，并能够让紫外线透射到腔体内部的作用。优选的窗口材料为有机玻璃或高紫外透过率的石英玻璃。

该检测装置的使用方法及x射线二极管阴极污染情况的检测方法如下所述。

首先，将三个组件固定在光学平台或额外设计的支架上，从而使三者保持相对固定的位置。调整三者位置使得紫外灯的光线可以照射到封装同种阴极的特定真空光电管的阴极上，并同时透过真空检测腔的透紫外窗口照射到待检测的x光二极管阴极上。

其次，将装有待检测阴极的x射线二极管安装到真空检测腔上，将真空检测腔抽取真空的接口连接真空泵，抽取真空，使真空度达到x射线二极管工作时容许的水平。

再次，将真空光电管的阴极和阳极引线连接到外部电路，使外部电路达到可以记录紫外光照射到内部封装的阴极上产生光电信号的工作状态；将x射线二极管偏压接口和信号接口连接到外部电路，使外部电路达到可以记录x射线二极管阴极产生的光电信号的工作状态。

然后，打开紫外灯，使紫外线照射到封装的阴极和待测的阴极，同时记录封装的阴极产生的光电流大小i1和待检测阴极产生的光电流大小i2。比值r＝i2/i1的比值即为表征待检测阴极是否被污染的物理量。如果该比值与同条件测得的未被污染阴极对应的比值有显著的差异，则表明阴极已被污染。在典型情形下，污染的阴极获得的比值r显著小于未被污染的阴极得到的比值r。

本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

x射线二极管属于真空器件，在使用、贮存中容易出现阴极被污染，从而响应特性发生改变的情况，使用本发明公开的检测装置和方法可以方便地对阴极是否污染进行检测，有利于保证x射线二极管灵敏度的稳定性，有助于提高x射线二极管测量软x射线通量的可靠性和准确程度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是x光二极管阴极检测装置及其使用方式示意图；

图2是真空检测腔结构示意图；

图3是封装同种阴极的真空光电管结构及其外部电路示意图；

其中，1-紫外灯，2-封装有与待检测阴极同种阴极的特定真空光电管，3-真空检测腔，4-装有待检测阴极的x射线二极管，5-光学平台或额外设计的支架，6-真空检测腔的腔体，7-透紫外窗口，8-抽真空接口，9-x射线二极管外壳，10-x射线二极管偏压接口，11-x射线二极管信号线接口，12-待检测阴极，13-x射线二极管的阳极，14-特定真空光电管的外壳，15-特定真空光电管的阳极片，16-特定真空光电管内封装的阴极块，17-阴极引线，18-阳极引线，19-直流电压源，20-保护电阻，21-弱电流计。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

实施例

本发明实施例提供了一种用于检测x射线二极管阴极污染程度的检测装置，所述装置包含三个组件：组件一为紫外灯，其特点为可以发出全部或部分能够使被检测阴极发生光电反应的紫外光线；组件二为封装有特定阴极的真空光电管，其特点为被封装的阴极在材料、结构和工艺上与待检测阴极相同或相似；组件三为真空检测腔，其特点为可以把装有待检测阴极的x射线二极管安装到腔体上，腔内抽真空到x射线二极管可以工作的程度，并且可以紫外线从腔外入射，穿过腔内真空区域后照射到待检测的x射线二极管的阴极上。

其中，在本发明实施例中，其采用的真空光电管具有玻璃外壳结构，外壳材料为可透过紫外线的玻璃，外壳的形状和结构具有以下特点：能够容纳相互分离的阴极和阳极；能够长时间封真空，且真空度满足真空光电管工作要求；能够透过从紫外灯发出的紫外线，并使其较为均匀地照射到阴极上。

其中，在本发明实施例中，其采用的真空光电管阴极包括阴极块和阴极引线两个部分。其中，阴极引线为细线状金属，固定在外壳上并穿透外壳，起固定和导电的作用。阴极引线在在壳内的一端与阴极块连接。

其中，在本发明实施例中，其采用的真空光电管阳极包括阳极片和阳极引线两个部分。其中，阳极引线为细线状金属，固定在外壳上并穿透外壳，起固定和导电的作用。阳极引线在在壳内的一端与阳极片连接。阳极片为金属薄片，形状为平面片状或柱壳状。当阳极片形状为平面片状时，具有镂空结构，使得光线可以穿过，且位置位于阴极前方，与阴极平行放置，。当阳极片形状为柱壳装时，可以具有也可以不具有镂空结构，且位置位于阴极侧面，围绕阴极放置。

其中，在本发明实施例中，其真空检测腔由腔体和透紫外窗口两个部分构成。其中，腔体具有中空结构，除带有一个安装透紫外窗口的开口、一个安装待检测x射线二极管的开口、一个连接抽真空设备的开口外呈封闭结构。优选的腔体材料为不锈钢，优选的腔体外形为正方体。腔体起安装透紫外窗口和x射线二极管、封闭真空和连接抽真空设备抽取真空的作用。在满足腔内透紫外窗口和x射线二极管接口之间无结构遮挡和前面所述安装和抽真空要求的前提下，腔体可以是任何材料和任何形状。

其中，在本发明实施例中，其真空检测腔的透紫外窗口是能够透过紫外线的方形或圆形板，被安装在腔体为透紫外窗口预留的开口上。通过橡皮圈或其它封真空方式与腔体紧密配合，可以达到封闭真空的目的，并能够让紫外线透射到腔体内部的作用。

使用方法为：待检测的12安装到9内部，再把13安装到9内部，12前方。9安装到6外部的x射线二极管安装接口，7安装到6的透光窗接口。把3固定到5，再把8连接到抽真空设备，并抽取真空。10通过偏压线连接到给x射线二极管提供偏压的偏压电源，11通过信号线连接到弱电流计。15连接到18，16连接到17，再把15、16、17、18共同封装到14内部，并使15和16具有合适的相对位置。其中，封装时采取真空封装，使真空度满足光电管工作的要求。将2安装到5，在把17和18连接到外部电路。具体而言，18连接到19的正级，19的负级连接到20，20的另一头连接到21，21的另一头连接到17。最后，把1安装到5。

调整1，2，3的相对位置，使1发出的紫外线能透过14，穿过或避开15照射到16，同时1发射的光线能够穿过7进入4照射到12。

记录21的示数为i1，记录11连接的弱电流计信号为i2，计算比值r＝i2/i1作为判断待检测的12是否被污染的依据。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。