一种时间分辨快响应X射线探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种时间分辨快响应X射线探测器，包括外壳、阴极、阳极、同轴输出窗、高压输入连接器，所述阳极呈筒状，其底部采用平滑倒角的密集筛孔结构，其外侧壁贴合有耐高压膜，耐高压膜外套有壳体，由阳极、耐高压膜和壳体形成电容结构。本发明专利技术的探测器具有时间响应快、耐压高、体积小、工作稳定的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于X射线探测器领域，具体涉及ー种时间分辨快响应X射线探测器。
技术介绍
在激光核聚变研究中产生的X射线脉冲信号携帯有大量的信息，其脉宽非常窄。为了弄清X射线脉冲信号的时间变化过程，需要快响应的X射线探测器。更由于产生的X射线信号的空间能量分布复杂、主机装置留给探測区域的空间有限，为了提高X射线探测的空间能谱分布的精度，需要体积更小的快响应X射线探测器。常见的X射线探测器的种类很多，有气体探測器、闪烁体探測器和光电导探測器 等。气体探測器的灵敏度很低且时间响应很长，最短只能做到μ S数量级。闪烁体探測器利用荧光物质的发光现象来记录脉冲信号的，它的灵敏度较高，但响应时间只能做到几个ns。光电导探测器是六十年代以后发展起来的一种探测器，其探測介质灵活多祥，可以是半导体材料，也可以是对被探測光敏感的各种金属材料。其结构也是多种多祥，有微带型、体型、面型、梳型以及同轴型等。它具有能量分辨率高、线性范围宽、体积小、响应时间短等优点。它的响应时间目前国外最快能做到约50 ps，国内最快能做到约150 ps0其中，微带型光电导探測器的主要优点是器件结构简单，灵敏度高，适用于硬X射线探測，缺点是不够稳定，时间响应相对较慢。梳型光电导探測器的主要优点是器件结构简单，便于制作成光电集成电路，缺点是不够稳定，受单晶大小的限制，受光面积小，响应时间与光照強度有关，随着光照强度减弱响应时间也增加。过去长期的使用实验证明同轴输出型的X射线探测器与其他探測器相比，具有时间响应快、测量动态范围大、输出线性电流大、性能稳定等优点。因此，目前各国在X射线快响应探测领域实际使用的仍是同轴型结构的电真空光电探测器。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何设计ー种时间分辨快响应X射线探测器，解决现有的探測器时间响应慢、耐压不高、体积大、工作不稳定的问题。本专利技术的技术方案为ー种时间分辨快响应X射线探测器，包括外壳、阴极、阳扱、同轴输出窗、高压输入连接器，所述阳极呈筒状，其底部采用平滑倒角的密集筛孔结构，其外侧壁贴合有耐高压膜，耐高压膜外套有壳体，由阳极、耐高压膜和壳体形成电容结构。进ー步地，还包括一固定在外壳底部的同轴连接器，由该同轴连接器的内导体构成阴极，所述同轴输出窗连接在该同轴连接器上。进ー步地，从外壳的输入窗向内依次为筒状阳极、同轴连接器和同轴输出窗，所述阳极的底部靠近同轴连接器的内导体。进ー步地，所述同轴连接器和同轴输出窗共同构成超宽带50欧姆同轴输出组件。进ー步地，整个器件与外壳的连接处均采用密封胶圈真空密封。进ー步地，所述高压输入连接器采用具有真空密封功能的连接器，可以保证探測器内的真空密封状态。本专利技术与现有技术相比具有如下优点 I、阳极呈筒状，其底部采用平滑倒角的密集筛孔结构，能够在保证通光率的基础上防止电磁能量的泄露，并在尽可能小的尺寸下实现尽可能大的阴极面积，提高了系统的灵敏度；同时，平滑倒角的密集筛孔结构在阴、阳极间加高压的情况下不易产生火花，可尽量缩短阴、阳极间的距离，提高了系统的时间分辨能力。2、由阳极、耐高压膜和壳体形成电容，用尽可能小的体积实现尽可能大的电荷存储能力，进而有效提闻探测器的持续探测能力。3、从外壳的输入窗向内依次为筒状阳极、同轴连接器和同轴输出窗， 所述阳极的底部靠近同轴连接器的内导体。X射线穿过阳极底部的筛孔后照射到阴极后，几乎没有时间延迟地发射光电子，且阴、阳极间的距离可以很短，使二次电子能够快速到达阳极，提高了系统的时间分辨能力。4、同轴连接器和同轴输出窗共同构成超宽带50欧姆同轴输出组件，实现了探測信号的超宽带输出，減少了探測信号在时域的拖尾，从而提高了系统的时间分辨能力。5、本专利技术的探測器具有时间响应快、耐压高、体积小、工作稳定的特点。附图说明图I为本专利技术的探測器的结构示意 图2为壳体的结构不意 图3为阳极的剖视 图4为阳极的俯视 图5为应用本专利技术的测试系统示意图。图中附图标记分别为1外売，2耐高压膜，3阳极，4同轴连接器，41同轴连接器的内导体，5壳体,6同轴输出窗,7高压输入连接器,8密封胶圈。具体实施方式实施例如图ト图5所示，ー种时间分辨快响应X射线探测器，包括外壳I、阴极、阳极3、同轴输出窗6、高压输入连接器7，所述阳极3呈筒状，其底部采用平滑倒角的密集筛孔结构，其外侧壁贴合有耐高压膜2，耐高压膜2外套有壳体5，由阳极3、耐高压膜2和壳体5形成电容结构。外壳I底部固定一的同轴连接器4，由该同轴连接器的内导体41构成阴极，所述同轴输出窗6连接在该同轴连接器4上。从外壳I的输入窗向内依次为阳极3、同轴连接器4和同轴输出窗6，所述阳极3的底部靠近同轴连接器的内导体41。同轴连接器和同轴输出窗均采用50欧姆的连接器，共同构成超宽带50欧姆同轴输出组件。为了保证探测器内的真空密封状态。整个器件与外壳I的连接处均采用密封胶圈8真空密封。高压输入连接器7同样也采用具有真空密封功能的连接器，这样就可以保证探測器内的真空密封状态。激光源作用靶物质后产生X射线，当它照射到阴极时，阴极几乎没有时间延迟地发射光电子。阳极3加高压后，明、阳极间形成电磁场，电子从阴极飞向阳极3，为了降低脉冲信号的上升时间，应使二次电子尽快到达阳扱。本专利技术运用的基本原理是入射的X射线辐照在X射线探测器的阴极上，产生光电子，这些光电子在极间直流电场的作用下脱出阴极，在极间电场加速下飞向阳极，这个过程中，由于电荷的移动在在探測器的阴阳极之间形成电流。根据麦克斯韦电磁理论，该电流将产生瞬变的交变电磁场并沿空气同轴线向外传播并在同轴线上形成相应的瞬变电流。又由传输线理论知道，若该同轴线外接匹配的负载，则在该匹配负载将吸收同轴线传来的电磁能量，在其上形成脉冲电信号。这样的匹配可由示波器的输入阻抗承担，即可由示波器测出该脉冲信号的电压随时间的变化情况，并通过计算获得电流的瞬时值，从而给出入射X射线的时间变化情況。运用这种原理，通过高压输入连接器给探测器加上高压，同时入射的X射线辐照在阴极上，产生的光电子在极间电场的作用下脱出阴极，飞向阳极，这个过程中明、阳极间形成电流，该电流产生变化的电磁场，该电磁场沿着空气同轴线向外传播，同轴输出窗外接 匹配示波器，从而由示波器测出的电压幅值的变化反映入射X射线的时间变化情況。权利要求1.一种时间分辨快响应X射线探测器，包括外壳、阴极、阳极、同轴输出窗、高压输入连接器，其特征在于所述阳极呈筒状，其底部采用平滑倒角的密集筛孔结构，其外侧壁贴合有耐高压膜，耐高压膜外套有壳体，由阳极、耐高压膜和壳体形成电容结构。2.根据权利要求I所述的一种时间分辨快响应X射线探测器，其特征在于还包括一固定在外壳底部的同轴连接器，由该同轴连接器的内导体构成阴极，所述同轴输出窗连接在该同轴连接器上。3.根据权利要求2所述的一种时间分辨快响应X射线探测器，其特征在于从外壳的输入窗向内依次为筒状阳极、同轴连接器和同轴输出窗，所述阳极的底部靠近同轴连接器的内导体。4.根据权利要求2所述的一种时间分辨快响应X射线探测器，其特征在于所述同轴连接器和同轴输出窗共同构成超宽带50欧姆同轴输出组件。5.根据权利要求I 4任一项所述的一种时间分辨快响应X射线探测器，其特征在于整个器件与外壳的连接处均采用密封胶圈真空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时间分辨快响应X射线探测器，包括外壳、阴极、阳极、同轴输出窗、高压输入连接器，其特征在于：所述阳极呈筒状，其底部采用平滑倒角的密集筛孔结构，其外侧壁贴合有耐高压膜，耐高压膜外套有壳体，由阳极、耐高压膜和壳体形成电容结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王占平，焦芳，詹月，蒋亮，徐丽晓，庞智强，王梓豪，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：