微结构气体探测器读出电路结构及微结构气体探测器

本发明涉及微结构气体探测器，特别是涉及一种微结构气体探测器读出电路结构及微结构气体探测器。

背景技术：

1、微结构气体探测器（mpgd，micro-pattern gas detector），具有计数率高、读出方式灵活和很好的位置分辨率等优点，在高能物理领域的粒子探测方面占有着非常重要的作用。

2、现有技术下，为实现百微米位置分辨率的结果，结合快脉冲电子学读出系统和重心分析方法，微结构气体探测器的放大和读出部分是分离的，这使得其读出方式多种多样，包括面读出、条读出与小单元pad读出等，条读出又可分为整条读出、pad相连条读出和条像素读出。面读出主要是利用阻性平面读出法，分别从平面的四个角读出数据进而进行位置定位。这种读出方法仅适用于低计数率、低位置分辨率的情况，对于较高计数率和高能粒子射线径迹测量情况则不适用。整条读出方法的读出结构一维为整条（条长度与微结构气体探测器的有效长度相同，毫米量级），一维为pad连接（条间距在微米量级），以实现重心读出法下电子团束覆盖条数至少三条的原则。由于这种读出设计不对称分布，使得两维分辨率稍有不同，于是人们对其稍加改进，采用旋转45度的正方形pad设计，实现二维读出条结构对称分布——pad相连条读出。pad相连条读出方法的读出原理基本与整条读出相同，但更易实现两维读出的有效面积相等，使两维分辨率趋于一致，从而更易使探测器具有同等水平的性能（信噪比、分布电容）。气体探测器条像素读出法可作为取样型二维x射线成像使用，也可作为时间投影室(tpc-time projection chamber)应用。条像素读出设计同样为了满足重心法下至少三条读出原则，在一个维度上为微米量级；另一个维度上与探测器有效长度相适应，为厘米量级，若该维长度过小，易造成单个条的感应电荷过小，使信噪比变差。条像素读出可以实现在粒子穿越时对其径迹进行多点采样，同时结合该过程中的时间和物理信息等限制条件，实现粒子径迹的重建。pad读出相对于面读出和条读出，优点在于可以提高分辨率，使多次击中事例的分辨能力有很大的提高。但pad读出需要大量的电子学路数，对于一个相同的探测器来说，条读出板仅需要路电子学，而pad读出则需要路电子学。过多的电子学路数难以实现，而且价格昂贵。

3、目前的微结构气体读出结构，主要是采用二维条读出方法。然而由于二维条读出的自身结构限制，高计数率时多次击中情况下，在同一数据获取的触发时间窗口内，无法实现两次或者多次事例判选。随着总计数率的升高，多次击中事例会显著提高，但目前的事例处理技术中，对于这样的事例仅能以舍弃处理。如图1所示，在一个电子学读出门宽内，同时有两个事例打入如图1中所示位置时，将同时得到四组位置数据,进而可以得到四组配对数据：,这时将无法判断其入射位置为a与b，还是c与d。对于这种情况，目前的事例处理中仅能以舍弃处理。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服现有上述的技术中的缺陷，而提供一种微结构气体探测器读出电路结构及微结构气体探测器。微结构气体探测器读出电路结构是一种三维读出电路，该三维读出电路结合微结构气体探测器，可以实现“二维定位，三维判选”的读出方案，高计数率下可以实现多次事例判选，从而提高数据分析的质量和效率。

2、本发明的一个目的是提供一种微结构气体探测器读出电路结构，为三维读出电路结构，包括至少三个芯板，每个芯板两个表面形成两个金属层，形成六层金属层，六层金属层自上而下依次为pad层、u维导线连接层、第一地层、v维导线连接层、第二地层、w维导线连接层；所述pad层布置多个读出pad，形成读出pad阵列且相邻读出pad间留有缝隙；所述读出pad中心有过孔，所述u维导线连接层、v维导线连接层以及w维导线连接层各自布置有一层导线，每层的所述导线与所述读出pad的过孔连接，形成所在层的pad读出条，所述导线位于所述读出pad间的缝隙对应位置处。

3、可选的，在俯视状态下，单事例下的三个维度下的三个pad读出条中，相邻pad读出条的夹角为。

4、可选的，单事例下每一维度上响应的pad读出条的数目在条，且相互平行布置。

5、可选的，所述读出pad形状为正六边形，正六边形的所述读出pad的边长为0.231mm。

6、可选的，相邻读出pad间空隙间距为0.1mm，所述导线的线宽设置为0.1mm。

7、可选的，所述读出pad中间的过孔为圆形过孔，所述圆形过孔直径为0.2mm。

8、可选的，所述过孔与导线之间的空隙间距为0.1mm。

9、可选的，每一维度的pad读出条的条与条的中心距为0.75mm。

10、可选的，所述过孔的内壁镀铜，内壁镀铜的过孔内填充环氧树脂，在所述环氧树脂的表面再镀铜，且通过磨平加工使读出pad的表面与所在pcb板的表面平齐。

11、本发明的另一个目的是提供一种微结构气体探测器，包括所述微结构气体探测器读出电路结构。

12、本发明的微结构气体探测器读出电路结构，是“三维pad连接条读出”结构，能实现“二维定位，三维判选”的读出方案，解决二维读出无法同时判选多次击中事例的问题，近一步提高微结构气体探测器可以满足的计数率需求，通过对多次击中事例进行有效判选，在现有获取系统不改变的情况下，有效的提高事例率。

技术特征：

1.微结构气体探测器读出电路结构，其特征在于，为三维读出电路结构，包括至少三个芯板，每个芯板两个表面形成两个金属层，形成六层金属层，六层金属层自上而下依次为pad层、u维导线连接层、第一地层、v维导线连接层、第二地层、w维导线连接层；所述pad层布置多个读出pad，形成读出pad阵列且相邻读出pad间留有缝隙；所述读出pad中心有过孔，所述u维导线连接层、v维导线连接层以及w维导线连接层各自布置有一层导线，每层的所述导线与所述读出pad的过孔连接，形成所在层的pad读出条，所述导线位于所述读出pad间的缝隙对应位置处。

2.根据权利要求1所述微结构气体探测器读出电路结构，其特征在于，在俯视状态下，单事例下的三个维度下的三个pad读出条中，相邻pad读出条的夹角为。

3.根据权利要求1所述微结构气体探测器读出电路结构，其特征在于，单事例下每一维度上响应的pad读出条的数目在条，且相互平行布置。

4.根据权利要求1所述微结构气体探测器读出电路结构，其特征在于，所述读出pad形状为正六边形，正六边形的所述读出pad的边长为0.231mm。

5.根据权利要求4所述微结构气体探测器读出电路结构，其特征在于，相邻读出pad间空隙间距为0.1mm，所述导线的线宽设置为0.1mm。

6.根据权利要求5所述微结构气体探测器读出电路结构，其特征在于，所述读出pad中间的过孔为圆形过孔，所述圆形过孔直径为0.2mm。

7.根据权利要求6所述微结构气体探测器读出电路结构，其特征在于，所述过孔与导线之间的空隙间距为0.1mm。

8.根据权利要求7所述微结构气体探测器读出电路结构，其特征在于，每一维度的pad读出条的条与条的中心距为0.75mm。

9.根据权利要求1所述微结构气体探测器读出电路结构，其特征在于，所述过孔的内壁镀铜，内壁镀铜的过孔内填充环氧树脂，在所述环氧树脂的表面再镀铜，且通过磨平加工使读出pad的表面与所在pcb板的表面平齐。

10.微结构气体探测器，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述微结构气体探测器读出电路结构。

技术总结
本发明公开微结构气体探测器探测器读出电路结构及微结构气体探测器。微结构气体探测器读出电路结构包括至少三个芯板，每个芯板两个表面形成两个金属层，形成六层金属层，自上而下依次为Pad层、U维导线连接层、第一地层、V维导线连接层、第二地层、W维导线连接层；Pad层布置多个读出Pad，形成读出Pad阵列且相邻读出Pad间留缝隙；读出Pad中心有过孔，U维导线连接层、V维导线连接层、W维导线连接层各自的导线与读出Pad过孔连接，形成所在层的Pad读出条，导线位于读出Pad间的缝隙对应位置处。本发明能实现“二维定位，三维判选”的读出方案，高计数率下可实现多次事例判选，提高数据分析的质量和效率。

技术研发人员：王海云,祁辉荣,阮书州,陈君茹
受保护的技术使用者：中国医学科学院放射医学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11