一种能量响应平坦的多栅格真空型康普顿探测器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测量脉冲伽马射线的康普顿探测器，具体说是为测量注量率在 1017?10 22yAs?cm2)，能量区间在0.4?5MeV，时间谱半宽度在Ins以上的脉冲伽马射 线而设计的一种真空型康普顿探测器。
【背景技术】
[0002] 射线与物质相互作用中，康普顿效应是在很宽的能量范围内占优势的一种效应， 所以直接收集Y射线发生康普顿效应所产生电流的一类探测器，就被称之为康普顿探测 器（或康普顿二极管）。
[0003] 图1为真空康普顿探测器（VCD)结构示意图。强流Y射线束由准直孔射入，一部 分透过入射窗、发射极，由出射窗射出；另一部分射线与入射窗、发射极和出射窗发生康普 顿散射、光电效应和电子对效应，产生电子。对于能量处于0.5?10MeV的y射线来说， 后两种作用几率很小，主要作用是康普顿散射。发射极上既可以收集入射窗、出射窗产生的 康普顿电子，又与y射线作用发射康普顿电子，其差额部分就在发射极回路中形成电流信 号。
[0004] 伽马射线强度或总数测量是脉冲伽马辐射场的主要参数之一，它直接决定了脉冲 辐射场核反应过程的结果。因此，测量伽马射线绝对强度、数目及其随时间的变化成为脉冲 伽马辐射场诊断中的核心内容。获得脉冲伽马射线辐射场的绝对强度、数目，要求准确知晓 脉冲辐射场伽马能谱以及探测器对不同能量伽马射线的灵敏度响应。然而，脉冲伽马辐射 场能谱测量在技术上存在极大的困难，在这种情形下，要获得脉冲伽马射线的绝对强度和 数目等参数，可行的方法之一就是探索和建立在脉冲伽马辐射场能量范围内灵敏度能量响 应不随伽马射线能量变化的脉冲伽马射线探测技术原理和系统结构，研制出能量响应平坦 的探测器。
[0005] 在现有的脉冲伽马射线探测中，主要采用两类探测器：一种是闪烁体与光电器件 组成的闪烁探测器；另一种是基于康普顿效应设计的真空康普顿探测器（VCD)和介质康普 顿探测器OCD)。基于闪烁体的光电探测器灵敏度高，适合于低强度伽马射线束的测量，其 灵敏度通常在?cm2/Y，这类探测器是基于能量收集的探测器，对伽马射线的 探测灵敏度随能量变化比较剧烈，能量响应不平坦；康普顿探测器是电荷收集型探测器，灵 敏度很低，通常在KT19-1(T23C?cm2/Y，适合于高强度伽马射线束参数测量，其能量响应比 闪烁探测器要平坦，但依然不够理想。在这两种探测器应用于脉冲伽马辐射场强度测量时， 由于脉冲辐射场能谱是通过理论计算给出，与实际能谱存在一定差异，导致测量结果不确 定度较大。总之，使用现有的探测手段或探测器，在脉冲辐射探测中，探测器都不具备在宽 能量范围内能量响应平坦的特点，不具备对入射粒子能量的分辨能力。
[0006] 在2012年6月《强激光与粒子束》第24卷第6期，提出了一种能量响应平坦的康 普顿探测器结构，探测器平坦性是在准直器孔径为040的条件下获得的，如果准直孔孔径 变化，厚薄材料的权重面积即发生变化，为了保证权重的一致性，需要将中心薄区域大小相 应地做修改。对于均匀辐射场测量，在准直条件经常要变化的场合，使用起来不太方便。另 一方面，如果入射伽马射线注量率分布不均匀，厚薄组合发射极补偿效果也会发生变化，应 有的补偿效果不一定有效，从而导致能量响应可能随不同的非均匀剂量场发生变化，使得 原有的探测器使用起来存在一定局限性。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是：①提供一种适于均匀伽马辐射场测量的真空型康 普顿探测器，在屏蔽准直器大小改变时，探测器结构不需要进行调整。②提供一种适于不均 匀伽马辐射场测量的能量响应平坦的真空型康普顿伽马探测器，以满足高精度伽马强度测 量的要求。
[0008] 本发明的技术解决方案是：
[0009] 一种能量响应平坦的多栅格真空型康普顿探测器，包括挡铅、准直器、入射窗、密 封筒体、真空除气通道、电子发射极、出射窗、信号引出导线、同轴电缆转接座；所述入射窗， 密封筒体，出射窗构成真空腔体，其特殊之处是：所述电子发射极包括沿着射线入射方向依 次叠加在一起圆形厚板、绝缘膜、圆形薄板；所述厚板为中Z或高Z材料；所述薄板为高Z材 料；所述厚板的厚度为0. 5-3mm;所述薄板厚度小于100ym;所述绝缘膜厚度小于50ym; 所述信号引出导线从薄板引出；所述圆形厚板上开有等间隔栅格孔；所述厚板的直径大 于准直器的内径。
[0010] 上述栅格孔孔径r及孔间距d之间满足以下关系式：
【主权项】
1. 一种能量响应平坦的多栅格真空型康普顿探测器，包括挡铅、准直器、入射窗、密封 筒体、真空除气通道、电子发射极、出射窗、信号引出导线、同轴电缆转接座；所述入射窗，密 封筒体，出射窗构成真空腔体，其特征在于： 所述电子发射极包括沿着射线入射方向依次叠加在一起圆形厚板、绝缘膜、圆形薄板； 所述厚板为中Z或高Z材料；所述薄板为高Z材料； 所述厚板的厚度为0. 5-3mm;所述薄板厚度小于100ym;所述绝缘膜厚度小于50ym; 所述信号引出导线从薄板引出； 所述圆形厚板上开有等间隔栅格孔； 所述厚板的直径大于准直器的内径。
2. 根据权利要求1所述的能量响应平坦的多栅格真空型康普顿探测器，其特征在于： 所述栅格孔孔径r及孔间距d之间满足以下关系式：
3. 根据权利要求1或2所述的能量响应平坦的多栅格真空型康普顿探测器，其特征在 于：所述厚板材料为Fe、Ta、W、Os、Pt或Au;所述薄板材料为W、Os、Pt或Au。
4. 根据权利要求3所述的能量响应平坦的多栅格真空型康普顿探测器，其特征在于： 所述挡铅厚度〇. 8-3mm;所述入射窗为厚度为l-5mm的纯铁板。
5. 根据权利要求3所述的能量响应平坦的多栅格真空型康普顿探测器，其特征在 于：所述厚板材料为Au，直径为50mm，厚度为1mm，其上的均匀栅格孔开孔孔径1mm，间距 1. 45mm;所述绝缘膜外径50mm;所述薄板为外径50mm，厚度50ym的金箔。
【专利摘要】本发明涉及一种能量响应平坦的多栅格真空型康普顿探测器。本发明采用多栅格发射极结构，通过对多栅格中薄材料信号的收集，获得了能量响应较平坦，且发射极比较均匀的结果。在保证高精度强度测量的同时，也拓展了应用场合。
【IPC分类】G01T1-16, G01T1-24
【公开号】CN104614752
【申请号】CN201410683544
【发明人】翁秀峰, 黑东炜, 宋朝晖, 谭新建, 韩和同, 傅录祥, 李刚, 张子川
【申请人】西北核技术研究所
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月24日