專利名稱：雙楔條型粒子二維位置靈敏探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粒子位置靈敏探測器，屬于粒子探測器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
粒子位置的測量是物理學(xué)中粒子探測技術(shù)的重要內(nèi)容，通過電荷分配實(shí)現(xiàn)粒子位置測量是其中的重要方法之一，目前這類探測器有電阻型位置靈敏探測器，半導(dǎo)體型位置靈敏探測器，楔條型位置靈敏探測器等。電阻型和半導(dǎo)體型二維位置靈敏探測器的靈敏探測面積比較小，而且需要四個電極引出信號，后續(xù)處理電路成本較高。楔條型二維位置靈敏探測器的靈敏面積可以做得很大，制作成本較低，噪聲小，而且是三電極引出信號，因此后續(xù)電路成本較低。文獻(xiàn)[Lapington J S and Schwarz H E.The Degisn and Manufacture of Wedge andStrip Anodes.IEEE Trans.on Nucl.Sci.，Vol.33，No.1，F(xiàn)eb.1986.]給出了早期楔條型位置靈敏探測器的設(shè)計(jì)方法，文獻(xiàn)[Jagutzki O，Lapington J and Worth L et al.Positionsensitive anodes for MCP read-out using induced charge measurement.Nucl.Instr.AndMeth A477(2002)256-261]進(jìn)一步改進(jìn)了楔條型位置靈敏探測器的設(shè)計(jì)，在絕緣基底的另一面鍍高電阻率的鍺膜，利用感應(yīng)電荷進(jìn)行測量，減小了位置編碼的誤差。現(xiàn)有的楔條型位置靈敏探測器的缺點(diǎn)在于，在進(jìn)行符合測量時(shí)，需要用兩個探測器組合才能實(shí)現(xiàn)兩個同時(shí)到達(dá)的粒子的位置測量，探測死區(qū)很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種通過在金屬薄膜上分割出特定圖案實(shí)現(xiàn)電荷分配的雙楔條型粒子二維位置靈敏探測器，可以實(shí)現(xiàn)對光子、電子、離子及其他粒子的位置測量。其噪聲小，位置分辨率高，二維位置編碼畸變小，靈敏探測面積大，成本低。在需要測量兩個同時(shí)到達(dá)的粒子的位置時(shí)優(yōu)點(diǎn)更明顯，如符合測量原子分子物理學(xué)中(e，2e)事件的兩個出射電子。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種楔條型粒子二維位置靈敏探測器，包括楔條型陽極，由兩塊微通道板V形級聯(lián)構(gòu)成的倍增器以及用于裝配微通道板倍增器和楔條型陽極的探測器支架；所述的楔條型陽極含有絕緣基底，鍍在絕緣基底一面的鍺膜以及鍍在另一面的導(dǎo)電性能好的金屬膜，該金屬膜通過光學(xué)蝕刻形成具有楔形電極、條形電極和之形電極的楔條型陽極圖案，三電極之間通過絕緣線分開，其特征在于在所述的絕緣基底上設(shè)有兩個半圓型楔條型陽極圖案，所述的兩個半圓型陽極圖案中間和鍺膜中間分別設(shè)有通過圓心的絕緣分隔線，且兩面的絕緣分隔線平行。
本發(fā)明中所述楔條型陽極中所鍍鍺膜的厚度為0.05～0.1μm，所鍍金屬膜的厚度為1～2μm；所述的三電極之間的絕緣線的寬度為10～30μm。本發(fā)明所述的倍增器的放大倍數(shù)為106～107量級。
本發(fā)明的技術(shù)特征還在于所述的兩個半圓形楔條型陽極圖案可采用相同的或是用絕緣分割線分割整個圓形構(gòu)成楔條型陽極圖案。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明提供的雙楔條型粒子二維位置靈敏探測器由于采用雙楔條型設(shè)計(jì)，可以大大減小對兩個同時(shí)到達(dá)的粒子的探測死區(qū)，而且由于在同一基底上通過同一次工藝程序生產(chǎn)出來，在測量兩個粒子位置的一致性方面會其效果更好。該探測器可以實(shí)現(xiàn)對光子、電子、離子及其他粒子的位置測量，具有噪聲小，位置分辨率高，二維位置編碼畸變小，靈敏探測面積大及成本低等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是現(xiàn)有的位置靈敏探測器中的楔條型陽極的分割圖案原理示意圖。
圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的位置靈敏探測器的剖視圖。
圖3是圖2的A局部放大圖。
圖4是本發(fā)明的位置靈敏探測器中的雙楔條型陽極的分割圖案原理示意圖。
圖5是本發(fā)明的位置靈敏探測器中的雙楔條型陽極鍺面的俯視圖。
圖6是本發(fā)明的位置靈敏探測器中的雙楔條型陽極金屬面的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的說明。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的位置靈敏探測器中的楔條型陽極的分割圖案原理示意圖。楔條型陽極含有楔形陽極1，條形陽極2和之形陽極3三個電極。
圖2、圖3是本發(fā)明提供的雙楔條型粒子二維位置靈敏探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。該探測器包括倍增器、探測器支架和楔條型陽極。
(1)倍增器4，用于將入射粒子產(chǎn)生的信號倍增放大，由兩塊微通道板倍增器V形級聯(lián)構(gòu)成，探測器必須在真空條件下工作，工作時(shí)真空度要優(yōu)于5×10-4Pa。兩塊V形級聯(lián)的微通道板倍增器4的工作高壓在1800V左右，其倍增系數(shù)到達(dá)106～107量級，微通道板倍增器可選用日本濱松公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，可根據(jù)需要選擇大小不同的型號，如F1217。
(2)探測器支架5，用于裝配微通道板倍增器和楔條型陽極，并通過它給微通道板倍增器加高壓，以及引出楔條型陽極的位置信號。探測器支架5的材料是聚四氟乙烯，也可以選用其他在真空環(huán)境下出氣速率低的絕緣材料，其作用在于固定微通道板倍增器和楔條型陽極，并通過其上的加電環(huán)9給兩塊微通道板倍增器和楔條型陽極加高壓，并引出信號，絕緣環(huán)10固定加電環(huán)9并起絕緣作用。
(3)雙楔條型陽極，其作用在于通過其上的電極分配得到的電荷量給出入射粒子的位置。電荷量的測量可以使用電荷靈敏前置放大器來實(shí)現(xiàn)。楔條型陽極是在絕緣基底6的一面鍍上導(dǎo)電性好的金屬膜7(如鋁，也可以是銅、銀、金等金屬)，另一面鍍上電阻率很高的鍺膜8，并在金屬膜的一面通過光學(xué)蝕刻的方法分割出所需的特定圖案。絕緣基底可以選用厚度為2mm的光學(xué)玻璃，所鍍金屬膜的厚度在1～2μm范圍，鍺膜的厚度在0.05～0.1μm范圍。圖6是金屬膜面的分割圖案的一個實(shí)施例，白色部分為三個電極，黑色部分為腐蝕掉金屬膜后露出的絕緣基底(以下簡稱絕緣線)。各電極間通過絕緣線絕緣14分開，每個電極必須連通整個探測面，不能有斷路。絕緣線的寬度一般在10～30μm。雙楔條型陽極以現(xiàn)有的楔條型陽極為基礎(chǔ)，采用兩個半圓形楔條型陽極圖案，這兩個半圓形楔條型陽極圖案采用相同或?qū)ΨQ分布或是用絕緣分割線分割整個圓形構(gòu)成雙楔條型陽極圖案，圖4表示出是在整個圓上用絕緣分割線分割出的三個陽極圖案。兩個半圓型陽極圖案中間設(shè)有通過圓心的絕緣分隔線11。楔形電極1實(shí)現(xiàn)了y方向的位置靈敏，寬度等差遞增的條形電極2實(shí)現(xiàn)了x方向的位置靈敏，由1和2電極分割所剩余部分為之形電極3，三電極之間由絕緣線14分開。當(dāng)有電子云打在陽極上，且電子云的尺寸超過一個分割周期時(shí)，電子云的中心位置X和Y由下面的公式(1)給出。
xd=2Q1Q1+Q2+Q3,yd=2Q2Q1+Q2+Q3---(1)]]>式中x，y是入射粒子位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，d是原理分割圖案的正方形的邊長。Q1是在電極1(楔形)上收集到的電荷量，Q2是在電極2(條形)上收集到的電荷量，Q3是在電極3(之形)上收集到的電荷量。倍增后的電子云的尺寸一般比較小，不能保證覆蓋一個以上分割周期，入射的電子云一般打在鍺面上，利用其在金屬膜上感應(yīng)的電子云來測量位置。第i個條形電極的寬度wi由下面的公式給出wi=iT2n]]>式中i＝1，2，3，...，n，n為周期數(shù)，n＝d/T，T為周期寬度。楔形是根部寬度為T/2，高度為d的等腰三角形，在各個周期中形狀保持不變。由條形和楔形電極分割后所剩余部分構(gòu)成之形電極。圓形的雙楔條型位置靈敏探測器是在方形的基礎(chǔ)上截出的，當(dāng)電極和圓相交的時(shí)候，在圓外的部分截去，并通過圓邊保證各電極連通，然后再用一條通過圓心的金屬面絕緣分割線11把探測器分成兩個半圓，每個半圓各有三個引出電極，同時(shí)用一條通過圓心的鍺面絕緣分割線12把探測器鍺面8也一分為二，兩條絕緣分割線應(yīng)平行對齊。兩個半圓形的楔條型陽極的圖案也可以是相同的；周期寬度T一般在1～3mm。
雙楔條型陽極同現(xiàn)有楔條型陽極相比，在符合測量兩個同時(shí)到達(dá)粒子的位置時(shí)，雙楔條型陽極成本更低，這是因?yàn)槿绻褂矛F(xiàn)有楔條型陽極，需要兩個探測器組合，共需要4塊微通道板倍增器，而本發(fā)明只需要兩塊微道板倍增器。而且兩個探測器組合時(shí)，由于探測器支架、引出電極的影響，將有很大一部分面積不能被位置靈敏探測器覆蓋，因而死區(qū)很大，通常大于60％，本發(fā)明的兩個半圓型探測器由于在同一個基底上，可以做到死區(qū)小于4％，且位置測量的一致性更好些。
利用雙楔條型位置靈敏探測器測量兩個同時(shí)到達(dá)的粒子時(shí)，可以通過鍺面的兩個半圓電極13分別引出快信號，金屬面的六個電極分別引出六路慢信號，通過這些信號就可以進(jìn)行快慢符合測量兩個同時(shí)到達(dá)的粒子的位置和到達(dá)時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種楔條型粒子二維位置靈敏探測器，包括楔條型陽極，由兩塊微通道板V形級聯(lián)構(gòu)成的倍增器(4)以及用于裝配微通道板倍增器和楔條型陽極的探測器支架(5)；所述的楔條型陽極含有絕緣基底(6)，鍍在絕緣基底一面的鍺膜(8)以及鍍在另一面的導(dǎo)電性能好的金屬膜，該金屬膜通過光學(xué)蝕刻形成具有楔形電極(1)、條形電極(2)和之形電極(3)的楔條型陽極圖案，三電極之間通過絕緣線(14)分開，其特征在于在所述的絕緣基底上設(shè)有兩個半圓型楔條型陽極圖案，所述的兩個半圓型陽極圖案中間和鍺膜中間分別設(shè)有通過圓心的絕緣分隔線(11、12)，且兩面的絕緣分隔線平行對齊。
2.按照權(quán)利要求1所述的探測器，其特征在于所述的鍺膜的厚度為0.05～0.1μm，所鍍金屬膜的厚度為1～2μm；所述的三電極之間的絕緣線(14)的寬度為10～30μm。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的探測器，其特征在于所述的兩個半圓形楔條型陽極圖案采用相同或?qū)ΨQ分布或是用絕緣分割線分割整個圓形構(gòu)成楔條型陽極圖案。
4.按照權(quán)利要求3所述的探測器，其特征在于所述的倍增器的放大倍數(shù)為106～107量級。
全文摘要
雙楔條型粒子二維位置靈敏探測器，屬于粒子探測器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括楔條型陽極，由兩塊微通道板V形級聯(lián)構(gòu)成的倍增器以及用于裝配微通道板倍增器和楔條型陽極的探測器支架。其技術(shù)特點(diǎn)是在同一絕緣基底上設(shè)有兩個半圓型楔條型陽極圖案，兩個半圓型陽極圖案中間和鍺膜中間分別設(shè)有通過圓心的絕緣分隔線，且兩面的絕緣分隔線平行對齊。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，可大大減小對兩個同時(shí)到達(dá)的粒子的探測死區(qū)，而且由于在同一基底上通過同一次工藝程序生產(chǎn)出來，在測量兩個粒子位置的一致性方面其效果更好。該探測器可以實(shí)現(xiàn)對光子、電子、離子及其他粒子的位置測量，具有噪聲小，位置分辨率高，二維位置編碼畸變小，靈敏探測面積大及成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N27/417GK1553177SQ20031012170
公開日2004年12月8日 申請日期2003年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者寧傳剛, 任雪光, 鄧景康 申請人:清華大學(xué)