一种同步辐射软X射线无损实时位置分辨电离室制造技术

本发明专利技术提供一种同步辐射软X射线无损实时位置分辨电离室，包括密封壳体以及在所述密封壳体中上下平行对置的高压电极板和收集电极板，其特征在于，所述收集电极板呈矩形，并由两个呈直角三角形的微通道板模块拼接而成。本发明专利技术通过将收集电极板设计为由两个呈直角三角形的微通道板模块拼接而成，从而可利用微通道板模块对电流信号放大的作用，使得电离室即使工作在高真空下，也可以输出能够被检测到的电流，进而实现对软X射线光束强度、位置的无损实时监测。

A synchrotron soft X ray nondestructive real time position resolved ionization chamber

The present invention provides a nondestructive real-time position resolution of synchrotron radiation soft X ray ionization chamber, including sealing shell and sealing pressure plate electrode and the collecting electrode plate shell in parallel on the opposite, which is characterized in that the collecting electrode plate is rectangular, and by two a micro channel plate module straight angle a triangle. The collecting electrode plates designed into two right triangular microchannel plate module, which can use the micro channel plate module of current signal amplification effect, the ionization chamber even under high vacuum, can also be output can be detected current, so as to realize the real-time monitoring of the nondestructive soft X ray beam intensity and position.

【技术实现步骤摘要】
一种同步辐射软X射线无损实时位置分辨电离室
本专利技术涉及气体电离室领域，尤其涉及一种同步辐射软X射线无损实时位置分辨电离室。
技术介绍
近些年来同步辐射应用发展迅速，利用同步辐射光源的实验方法得到了很大程度的提高，随着实验技术的不断提高以及样品尺寸的越来越小，实验对同步辐射光的质量要求也随之变得越来越高，在实验过程中对光束的无损实时监测显得尤为重要。光束位置的稳定性关系到实验样品上单色光强度甚至能量的变化，对最终实验结果有着重要的影响。对于某些实验，例如CT扫描等，完成一个完整实验往往需要较长的时间，实验过程中光束抖动对成像质量的影响很大，直接关系最终的实验结果，因此对光束位置的实时监测以及光束位置的自校正显得尤为重要。目前在同步辐射硬X射线光束线上的实时监测技术已发展的比较成熟，普遍使用具有位置监测功能的小型电离室来实现对硬X射线光束位置的监测。例如，日本Spring-8的BL44B2线站上使用的位置灵敏电离室及前苏联BINP(俄罗斯科学院新西伯利亚核物理研究所)的VEPP一3储存环的5a实验站上采用的位置灵敏电离室。由于电离室具有方便灵活、空间和时间分辨率好、灵敏度高、容易做成各种形状、具有大的探测面积、工作稳定可靠、辐射损伤小、结构简单与造价低廉等优点，已成为同步辐射电离室中极佳的选择。对于硬X射线(一般指光子能量在6Kev以上的X射线)来说，其本身的穿透能力较强(见图1)，电离室内气体对其影响很小，此时气体电离室属于非阻挡式检测器，其不会阻挡同步辐射光，也不会影响光束线后端的实验平台，可以利用其对光束的位置进行实时监测；而对于软X射线(一般指光子能量在2Kev以下的X射线)来说，在同等条件下气体对光的吸收非常强(见图1)，与硬X射线相比其大部分被电离室内的气体吸收，此时气体电离室属于阻挡式检测器，不能用于软X射线光束线测量。为了尽量减少气体对光的吸收，目前在同步辐射软X光束线上使用的气体电离室内的气体压强要远远低于一个标准大气压(760Torr)，通常选择的气压范围为10-1Torr-10-3Torr。当气压为10-3Torr时，以氩气为例，假设软X射线光束线的光子通量为1×1010phs/s，电离室接收电极板长度为100cm，入射光子能量为250eV，此时的光电流I可由下式计算：其中，Flux为光子通量，μ(单位为cm-1)为线性吸收系数，l为电离室总的极板长度，E0为入射光子能量，w为平均电离能。将μ＝2.12E-5cm-1、w＝26.2eV带入可得理论光电流I为3.23×10-11A。而由于电子-离子对复合效应等的影响，在实际应用中测量得到的光电流I要小于理论值。目前气体电离室的收集电极板多为金属电极板，其自身并不具备信号放大功能，因此该光电流值I几乎是目前电子学系统所能检测到的最小值，若电离室内气体压强继续降低，那么气体电离所产生的电流信号将不能被采集。另一方面，为了尽量减少气体对光的吸收，同步辐射软X射线测量电离室多为超高真空状态(一般为10-10Torr)，若电离室在线工作则需要考虑其前后的真空保护，通常的办法是加入真空差分系统或直接用窗口隔离。根据前文的分析，电离室能够正常工作所需要的气体压强最低为10-3Torr，在这种情况下，若选择加入差分系统，则至少需要加入三到四级差分系统才能达到光束线的真空要求，这不仅增加了光束线的建设成本，同时也增加了光束线的安装准直难度；若选择加入隔离窗口，软X射线波段通常采用100nm厚的Si3N4薄膜作为窗口隔离真空，这主要因为其对软X射线的透过率相对较高且有一定的耐压能力，由图2可知即便如此，透过率最高也不到90％，特别在碳、氮、氧等软X射线光束线用户最感兴趣的能量点上不到70％，也就是说若采用两片氮化硅窗口分别隔离两端的真空，那么电离室整体对光的吸收超过20％，在碳、氮、氧等元素的吸收边上对光的吸收超过60％，这对光束线的光子通量造成了非常大的影响，因此采用这种方式保护真空会严重降低光束线性能。综上，采用传统金属收集电极板的电离室很难被用于软X射线的原位实时监测。到目前为止，真正用于同步辐射软X射线光束线光束位置实时无损监测的方法还未见报道。国际上用于软X射线光束线上监测光束位置的探测器主要为丝扫描光束位置探测器与狭缝式探测器。其中丝扫描光束位置探测器工作时需要沿垂直光束方向移动，会造成对光束的阻挡，属于阻挡式检测器，不能用于在线监测。而狭缝式探测器虽然可以让光束中心通过，但其也限制了光斑的尺寸，阻挡了部分光束，在一定程度上降低了光子通量，并且利用这种类型的探测器在线实时监测光束位置时精度不是很高，很难精确确定光束中心位置。综上所述，随着同步辐射技术的不断发展，实验对同步光源品质的要求越来越高，这就对光束状态的检测提出了更高的要求。目前国际上硬X射线光束线在线实时监测技术已经发展的比较成熟，并得到了广泛的应用。但是由于受微弱电流检测、光束线真空保护等问题的限制，目前还没有一种有效的方法用于软X射线光束线，实现对光束的原位实时无损监测。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种同步辐射软X射线无损实时位置分辨电离室，用以实现对软X射线光束位置的原位无损实时监测。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种同步辐射软X射线无损实时位置分辨电离室，包括密封壳体以及在所述密封壳体中上下平行对置的高压电极板和收集电极板，所述收集电极板呈矩形，并由两个呈直角三角形的微通道板模块拼接而成。进一步地，所述微通道板模块由一块微通道板构成或者由多块微通道板叠置面成。进一步地，该电离室还包括围绕在所述收集电极板四周并与所述收集电极彼此绝缘的保护环。优选地，所述保护环由金属材料。优选地，所述保护环呈矩形。优选地，所述高压电极板由金属材料。优选地，所述高压电极板呈矩形。通过采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：通过将收集电极板设计为由两个呈直角三角形的微通道板模块拼接而成，从而可利用微通道板模块对电流信号放大的作用，使得电离室即使工作在高真空下，也可以输出能够被检测到的电流，进而实现对软X射线光束强度、位置的无损实时监测。附图说明图1为X射线透过率曲线，其中，介质为为760Torr的氮气，行程为10cm；图2为厚度为100nm的氮化硅薄膜的软X射线透过率曲线；图3为本专利技术同步辐射软X射线无损实时位置分辨电离室的结构示意图；图4A为本专利技术电离室中未设置保护环时的电场分布示意图；图4B为本专利技术电离室中设置保护环时的电场分布示意图；图5为本专利技术两个微通道板模块的电流信号与入射光束位置的关系示意图；图6为软X射线偏离电离室中心轴入射的示意图；图7为X射线透过率曲线，其中，介质为10-6Torr的氩气，行程为10cm。具体实施方式下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本专利技术的功能、特点。图3示出了本专利技术同步辐射软X射线无损实时位置分辨电离室的一个实施例，其包括内部充有气体的密封壳体1以及设置在密封壳体1中的矩形高压电极板2、矩形收集电极板3和矩形保护环4。其中，高压电极板2与收集电极板3上下平行对置，保护环4围绕在收集电极板3的四周并与收集电极彼此绝缘。在本专利技术中，高压电极板2由金属材料制成；收集电极板3由两个相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步辐射软X射线无损实时位置分辨电离室，包括密封壳体以及在所述密封壳体中上下平行对置的高压电极板和收集电极板，其特征在于，所述收集电极板呈矩形，并由两个呈直角三角形的微通道板模块拼接而成。

【技术特征摘要】
1.一种同步辐射软X射线无损实时位置分辨电离室，包括密封壳体以及在所述密封壳体中上下平行对置的高压电极板和收集电极板，其特征在于，所述收集电极板呈矩形，并由两个呈直角三角形的微通道板模块拼接而成。2.根据权利要求1所述的同步辐射软X射线无损实时位置分辨电离室，其特征在于，所述微通道板模块由一块微通道板构成或者由多块微通道板叠置而成。3.根据权利要求1所述的同步辐射软X射线无损实时位置分辨电离室，其特征在于，该电离室还包括围绕在所述收...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛超凡，吴衍青，王勇，邰仁忠，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31