極坐標讀出式雙楔條型陽極的二維位置靈敏探測器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種極坐標讀出式雙楔條型陽極二維位置靈敏探測器，其中所述楔條型陽極分割成由楔形電極、條形電極和補償電極組成的特定圖案；所述楔條型陽極的六個楔形電極、條形電極和補償電極分別配合組成兩組對稱的半圓型楔條型圖案，各電極之間彼此斷路，且所述楔條型陽極中的三種電極均沿徑向排列；這種探測器用于探測區(qū)域為環(huán)形區(qū)域的測量時，能直接測量到粒子到中心的距離和極角。雙楔條型陽極還能實現(xiàn)兩個半圓區(qū)探測到粒子的符合測量，并具有死區(qū)小的優(yōu)點。
【專利說明】極坐標讀出式雙楔條型陽極的二維位置靈敏探測器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及粒子檢測測量領域，更具體地涉及一種粒子位置靈敏探測器，尤其是 一種包含楔條型陽極的位置靈敏探測器。

【背景技術】
[0002] 在原子分子物理以及核與粒子物理等等實驗中，楔條型陽極位置靈敏探測器 (Wedge and Stroid Anodes，WSA)應用十分廣泛，具有分辨率高、畸變小、穩(wěn)定和計數(shù)率高 等優(yōu)點。H.0. Anger提出了最早的WSA的設計方法，其具有4個電極（參見H.0. Anger， Instrum. Soc. Am. Trans.，5 (1966)，311)。J. S. Lapigton 和 Η· Ε· Schwaz，給出了圓形的設 計，并且將4個電極輸出減少為3個電極輸出模式（參見J. S. Lapigton，H. E. Schwaz，IEEE Trans. Nucl. Sci.，NS33 (1986))。R. W. VanBoeyen 和 J. F. Willianms 則將雙半圓形的 WSA 組合在一起，使之更適用于符合測量（SMR.W.VanBoeyenandJ.F.Willianms，Rev.Sci· Instrum.，76 (2005) 063303-1)。對于上述幾種WSA，雖然也能滿足大部分測量要求，但由 于實際的實驗測量中，有一類實驗的探測區(qū)域為環(huán)形區(qū)域，并且需要符合測量，針對此類實 驗，傳統(tǒng)的直角坐標讀出式WSA測量之后需要擬合計算來求得最終結果，而傳統(tǒng)的WSA在擬 合計算過程中往往引入不必要的誤差，因此迫切需要一種簡單快捷的測量方法來表征實驗 結果。


【發(fā)明內容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明提出了一種極坐標讀出式雙楔條型陽極二維位置靈敏探測器， 通過分割絕緣襯底上的金屬鍍膜成為特定圖案，可用于電子、光子、離子等粒子的位置測 量。
[0004] 本發(fā)明的包含楔條型陽極的二維位置靈敏探測器，包括楔條型陽極、放大所述雙 楔條型陽極檢測到的信號的倍增器4,以及固定所述雙楔條型陽極和所述倍增器4的探測 器支架6-12。
[0005] 其中，所述楔條型陽極為在絕緣基底上形成的金屬膜，通過光刻腐蝕或激光光刻 的方法分割成由楔形電極2、條形電極1和補償電極3組成的特定圖案。
[0006] 其中，所述楔條型陽極包括兩個楔形電極2、兩個條形電極1和兩個補償電極3,分 別配合組成兩組對稱的半圓型楔條型圖案，且各電極之間彼此斷路。
[0007] 其中，所述楔條型陽極的所述楔形電極2、條形電極1和補償電極3均沿徑向排列。
[0008] 其中，所述楔條型陽極還包括一個接地極13,將所述的兩個對稱的半圓型楔條型 圖案隔開。
[0009] 其中，所述楔形電極2、條形電極1、補償電極3和接地極13之間均具有絕緣溝槽 14,所述絕緣溝槽14的寬度為20-50 μ m。
[0010] 其中，所述楔條型陽極的金屬膜的厚度為〇. 5-2 μ m，絕緣基底的厚度為1-3_。
[0011] 其中，所述楔條型陽極的金屬膜為金膜，所述絕緣基底由石英玻璃制得。
[0012] 其中，所述探測器支架6-12包括壓環(huán)8、異型彈片9和彈環(huán)10,其中所述異型彈片 9上下分別抵靠壓環(huán)8和彈環(huán)10,通過壓環(huán)8、異型彈片9和彈環(huán)10配合來固定所述倍增器 4。
[0013] 其中，所述二維位置靈敏探測器為極坐標讀出式二維位置靈敏探測器。
[0014] 通過上述技術方案可知，本發(fā)明的技術方案具有分辨率高、畸變小、穩(wěn)定和計數(shù)率 高等優(yōu)點。更突出的是，這種探測器用于探測區(qū)域為環(huán)形區(qū)域的測量時（例如電子動量譜 儀），能直接測量到粒子到中心的距離和極角（在電子動量譜儀的情況下，分別直接對應能 量和動量）。雙楔條型陽極還能實現(xiàn)兩個半圓區(qū)探測到粒子的符合測量，并具有死區(qū)小的優(yōu) 點。并且由于本發(fā)明使用介電常數(shù)小的絕緣基底，并引入接地極，有效的減小了符合測量時 兩個半圓型楔條型陽極的互相串擾，可以更有效的用于符合測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是現(xiàn)有的位置靈敏探測器中楔條型陽極布線圖案的原理示意圖；
[0016] 圖2是本發(fā)明的位置靈敏探測器的截面剖視圖；
[0017] 圖3是圖2中A區(qū)域的局部放大圖；
[0018] 圖4是圖2中B區(qū)域的局部放大圖；
[0019] 圖5是本發(fā)明的位置靈敏探測器中雙楔條型陽極布線圖案的原理示意圖；
[0020] 圖6是本發(fā)明的位置靈敏探測器中雙楔條型陽極金屬面的俯視圖。

【具體實施方式】
[0021] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0022] 圖2-4,為本發(fā)明的位置靈敏探測器的截面剖視圖。位置靈敏探測器通常包括微通 道板倍增器4、楔條型陽極5,以及用于固定、裝配微通道板和楔條型陽極5并用于引出信號 的探測器支架部件6-12。下面分別進行詳述：
[0023] 微通道板倍增器4,將入射粒子信號倍增放大，由兩塊微通道板級聯(lián)組成。電壓可 由外圍分壓電路供給，每塊微通道板上加電壓約900V，其總的放大倍數(shù)為10 6_107。同時，微 通道板要求探測器在真空度小于5X l(T4Pa的真空條件下工作。微通道板可以根據需要從 不同公司采購不同規(guī)格的產品，如本實施例中采用的是北方夜視技術有限公司的Φ81微 通道板。
[0024] 探測器支架部件6-12,用于固定、裝配微通道板倍增器4、楔條型陽極5,并起到引 出楔條型陽極5上各個電極電荷信號的作用。其中更具體地，上固定板6、陽極固定板7使 用聚醚醚酮（polyetheretherketone)，也可以用其他絕緣性好并且在真空中出氣率小的材 料。由于微通道板易碎，在以往的裝配過程中經常出現(xiàn)微通道板損壞的情況，我們特地改進 了裝架結構，特別是引入異型彈片9,如圖3所示，其中壓環(huán)8材料為銅，而異型彈片9,彈環(huán) 10則采用磷青銅為材料。圖4為楔條型陽極的固定方法，采用這種固定方法的另一個目的 則是方便引出各電極電荷信號，其中壓簧片12材料采用磷青銅。部件11為金網，分為兩部 分，分別對應陽極上兩個半圓形楔條型陽極布線圖案。兩邊的金網之間不能導通。
[0025] 利用極坐標輸出式雙楔條型位置靈敏探測器測量兩個同時到達的粒子時，可以通 過金網11引出快信號作為時間信號。金屬面的六個電極（不包括接地電極）分別引出六 路位置信號。通過這些信號來確定兩個同時到達的粒子的位置和到達時間。
[0026] 楔條型陽極5,包含三種電極：條形電極1、楔形電極2和補償電極3。三種電極將 入射在楔條型陽極上的電荷按特定比例分配，通過測量三種電極上電荷的大小確定粒子入 射在陽極上的位置。電荷的測量是通過數(shù)據采集系統(tǒng)實現(xiàn)的。楔條型陽極是由絕緣基底的 一面上鍍上導電性較好、不易氧化的金屬膜（如金膜等）形成。該金屬膜通過光刻腐蝕或激 光光刻的方法分割成由楔形電極2、條形電極1、補償電極3和接地極13組成的特定圖案。 被蝕刻掉的部分形成絕緣溝槽14將各電極隔開，絕緣溝槽寬度為20-50 μ m。各電極本身不 能產生斷路。金屬膜厚度為0.5-2 μ m。絕緣襯底選用介電常數(shù)較小，且有一定強度的絕緣 材料（如石英玻璃等）。
[0027] 圖1是現(xiàn)有的位置靈敏探測器中楔條型陽極布線圖案的原理示意圖，從圖上可以 看出，條形電極1、楔形電極2和補償電極3彼此呈傳統(tǒng)的楔形分布。圖中未示出各電極之 間的絕緣溝槽14。
[0028] 圖5是本發(fā)明一個具體實施例的位置靈敏探測器中雙楔條型陽極布線圖案的原 理示意圖，圖6是本發(fā)明一個具體實施例的位置靈敏探測器中雙楔條型陽極金屬面的俯視 圖。其中，所述雙楔條型陽極的金屬膜采用金膜，厚度為1. 5 μ m，絕緣溝道寬度為25 μ m。絕 緣基底采用石英玻璃，厚度為2_。在測量過程中，電荷束團打在金屬膜上，當束團直徑大于 單元格寬度時。電荷束團中心的位置可以由下面的公式得到：
[0029] R = +R0 ;
[0030] θ = 2 π
[0031] 式中，R、Θ分別為入射粒子位置的極坐標半徑和角度；a、％為由楔條型陽極圖案 決定的常數(shù)成是第一種電極（條形電極）上收集的電荷量，Q 2是第二種電極（楔形電極） 上收集的電荷量，Q3是第三種電極（補償電極）上收集的電荷量。
[0032] 在用于探測區(qū)域為環(huán)形區(qū)域的測量時（例如電子動量譜儀），本發(fā)明的位置靈敏 探測器能直接測量到粒子到中心的距離和極角（在電子動量譜儀的情況下，分別直接對應 能量和動量。雙楔條型陽極還能實現(xiàn)兩個半圓區(qū)探測到粒子的符合測量，并具有死區(qū)小的 優(yōu)點。并且由于本發(fā)明使用介電常數(shù)小的絕緣基底，并引入接地極，有效的減小了符合測量 時兩個半圓型楔條型陽極的互相串擾，可以更有效的用于符合測量。此外，本發(fā)明的位置靈 敏探測器還具有分辨率1?、崎變小、穩(wěn)定和計數(shù)率1?等優(yōu)點。
[0033] 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在 本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護 范圍之內。
【權利要求】
1. 一種包含楔條型陽極的二維位置靈敏探測器，包括楔條型陽極、放大所述雙楔條型 陽極檢測到的信號的倍增器（4)，以及固定所述雙楔條型陽極和所述倍增器（4)的探測器 支架（6-12)。
2. 根據權利要求1所述的二維位置靈敏探測器，其中所述楔條型陽極為在絕緣基底上 形成的金屬膜，通過光刻腐蝕或激光光刻的方法分割成由楔形電極（2)、條形電極（1)和補 償電極（3)組成的特定圖案。
3. 根據權利要求2所述的二維位置靈敏探測器，其中所述楔條型陽極包括兩個楔形電 極（2)、兩個條形電極（1)和兩個補償電極（3)，分別配合組成兩組對稱的半圓型楔條型圖 案，且各電極之間彼此斷路。
4. 根據權利要求3所述的二維位置靈敏探測器，其中所述楔條型陽極的所述楔形電極 (2)、條形電極⑴和補償電極⑶均沿徑向排列。
5. 根據權利要求3所述的二維位置靈敏探測器，其中所述楔條型陽極還包括一個接地 極（13)，將所述的兩個對稱的半圓型楔條型圖案隔開。
6. 根據權利要求5所述的二維位置靈敏探測器，其中所述楔形電極（2)、條形電極 (1)、補償電極（3)和接地極（13)之間均具有絕緣溝槽（14)，所述絕緣溝槽（14)的寬度為 20-50 μ m〇
7. 根據權利要求1所述的二維位置靈敏探測器，其中所述楔條型陽極的金屬膜的厚度 為0· 5-2 μ m，絕緣基底的厚度為1-3 mm。
8. 根據權利要求1所述的二維位置靈敏探測器，其中所述楔條型陽極的金屬膜為金 膜，所述絕緣基底由石英玻璃制得。
9. 根據權利要求1所述的二維位置靈敏探測器，其中所述探測器支架￠-12)包括壓環(huán) (8)、異型彈片（9)和彈環(huán)（10)，其中所述異型彈片（9)上下分別抵靠壓環(huán)（8)和彈環(huán)（10)， 通過壓環(huán)（8)、異型彈片（9)和彈環(huán)（10)配合來固定所述倍增器（4)。
10. 根據權利要求1-9任意一項所述的二維位置靈敏探測器，其中所述二維位置靈敏 探測器為極坐標讀出式二維位置靈敏探測器。
【文檔編號】G01T1/00GK104090290SQ201410360618
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權日:2014年7月25日
【發(fā)明者】楊靖, 王凡, 肖斌, 單旭, 陳向軍 申請人:中國科學技術大學