用于感測離子電流的設備的制造方法
【專利說明】用于感測離子電流的設備
[0001]本發(fā)明涉及用于感測和測量由帶電粒子生成的離子電流的設備。
[0002]電離過程產生帶電粒子或離子，并且本發(fā)明在其優(yōu)選實施方案中探測和測量來源于這樣的電離過程的離子電流。
[0003]如本文采用的表達‘離子電流’可以是指由通過電離過程所生成的離子組成的電流的意思。離子電流可以存在于氣體、真空、液體或固體材料，如將被描述的。
[0004]此外，如本文采用的，表達‘福射’可以是指如在快電子和重帶電粒子的情況下包括帶電微粒輻射，，以及如在電磁輻射或中子的情況下包括不帶電輻射。
現(xiàn)有技術
[0005]用于探測通過電離輻射的源產生的電流的器件的各種形式是已經知道的。
[0006]常規(guī)的電離室輻射探測器通過傳遞經過在產生氣體分子的電力作用的室的內部的氣體的帶電粒子或輻射來進行操作。離子對在該電離過程期間形成在氣體內，并且電場的施加用來分離所有的帶電的離子對以進行收集。與電場成比例的生成導體中的電流脈沖，直到在其中這些器件通常被操作并且被計數(shù)以提供輸出的飽和水平。這樣的探測器通常采用大的電場(?105V/m)，并且要求具有窗口的被密封的氣體(例如氬氣)填充的管子，輻射傳遞通過該窗口。窗口材料通常由薄的金屬箔或云母片組成。
[0007]更具體地，這樣的電離室可以具有圓柱形的結構，具有中線(central wire)形式的收集電極和圓柱形殼體形式的外電極。在中心電極和外電極之間的通常為100-300V的大的徑向電場產生電荷分離的過程，由此電離產物可以被線電極收集。來源于室內的電離過程的電流脈沖饋通高值電阻以產生電壓脈沖。電壓脈沖通過電容器AC耦合于高帶寬放大器，其意圖放大脈沖以用于脈沖計數(shù)的目的。
[0008]已知的電離煙霧探測器包括小的241Am源(〈I μ Cu)，其生成用于通過電極收集的帶電粒子以將輸入電流提供至利用電阻器和FET的源的組合所偏置的FET器件。金屬殼體圍繞241Am源、電極和FET，并且通常在固定的DC電勢處被偏置，從而提供電場。殼體具有洞，煙霧經過洞進入并且通過碰撞使由241Am源生成的粒子流動減少，從而改變在FET器件的輸入端上的電勢并且因此輸出電壓。輸出被供應至比較器，在比較器中該輸出與參考電壓進行比較，并且當超過特定限值時觸發(fā)警報。商業(yè)煙霧探測器使用集成電路器件并且以脈沖模式操作以節(jié)約電池壽命。
[0009]以上的探測器探測煙霧的存在或不存在，并且被簡單設計為當煙霧的量超過特定水平時則斷開。探測不是連續(xù)的，并且沒有發(fā)生電荷或電流的定量測量，這顯著地限制了該已知器件的應用。
[0010]已公布的國際專利申請第W003/048789號涉及電勢傳感器，其電容耦合至待探測的源并且通過AC位移電流來運行。這樣的傳感器可以測量電場、空間電勢以及，在特定的條件下，靜電荷。
[0011]然而，這種已知的電勢傳感器不具有探測帶電粒子和電離過程的產物的能力或測量由此產生的離子電流的能力。
[0012]本發(fā)明
[0013]本發(fā)明尋求提供用于探測和測量由電離過程所生成的離子電流并且用于提供測量信號作為輸出的傳感器。
[0014]本發(fā)明尋求能夠分辨由于電場導致的信號和由于離子電流導致的那些信號。
[0015]在優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明尋求提供用于探測氣體、真空、液體或固體中的離子電流并且用于測量這樣的離子電流的帶電粒子傳感器。
[0016]在一個示例中，本發(fā)明尋求提供傳感器，其中電離過程響應于某些中性粒子和輻射的存在而產生，從而創(chuàng)造帶電粒子，并且其中所得到的離子電流被探測且測量。
[0017]本發(fā)明還尋求提供對于在上文提到的現(xiàn)有技術探測器的極大地成本效率的進步。
[0018]本傳感器被特別地配置為通過靜電屏蔽的使用對于外部電場、空間電勢和靜電荷不敏感。代替地，傳感器響應于由探測電極所收集的帶電粒子。
[0019]因此，本傳感器的特征是用于將電極與外部電場電氣屏蔽的布置，將對電場、靜電荷和電勢的靈敏度有效地降低至盡可能接近于零。為了該目的被提供的靜電屏蔽可以采取導電殼體結構的形式，其包括導電的網格或其他的具有間隙或物理孔的片材材料，間隙或物理孔可以允許帶電的或不帶電的輻射和粒子的通過。
[0020]根據本發(fā)明的一個方面，提供一種用于探測和測量由來源于電離過程的帶電粒子所生成的離子電流的帶電粒子傳感器，包括:殼體；探測電極，其被包圍在殼體內以用于收集帶電粒子；以及靜電計，其具有連接至探測電極的用于接收來自其的DC輸入信號的輸入端以及用于供應DC測量信號作為輸出的輸出端，殼體包括用于將探測電極與外部電場屏蔽的靜電屏蔽，從而降低探測電極對于這樣的場的靈敏度，靜電屏蔽包括導電的屏蔽片，其被提供作為面對探測電極的第二電極并且被形成為具有間隙以允許輻射進入到殼體中，其中第二電極和探測電極被布置為在使用中相對于彼此以偏置電壓被保持，以便實現(xiàn)在來源于電離過程的帶電粒子之中的電荷分離，并且從而產生在探測電極上沖擊的離子電流。
[0021]根據本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于探測中性輻射和粒子的帶電粒子傳感器，包括:探測電極；靜電計，其具有被連接至電極的用于接收探測輸入信號作為輸入的輸入端以及用于提供DC測量信號作為輸出的輸出端；以及靜電屏蔽，其包圍探測電極以用于將電極與外部電場屏蔽，從而降低探測電極對于這樣的場的靈敏度，該靜電屏蔽包括設置有用于輻射和粒子的通路的多個孔并且被布置為用作第二電極的導電材料的屏蔽片，探測電極具有被形成有涂層的平面表面，該涂層被布置為與輻射和粒子互相作用以通過化學反應或核反應生成帶電粒子。
[0022]根據本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于感測由帶電粒子生成的離子電流的方法，包括:通過用于將探測電極與外部電場屏蔽的靜電屏蔽來包圍探測電極，從而降低探測電極對于這樣的場的靈敏度，該靜電屏蔽包括被提供作為面對探測電極的第二電極并且被形成為具有間隙的導電的屏蔽片；將輻射傳遞通過屏蔽片，實現(xiàn)第二電極和探測電極之間的電荷分離，以產生在探測電極上沖擊的離子電流；以及采用被連接至探測電極的用于接收來自其的DC輸入信號作為輸入并且用于供應DC測量信號作為輸出的靜電計。
[0023]根據本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于探測中性粒子和輻射的方法，包括:通過用于將探測電極與外部電場屏蔽的靜電屏蔽來包圍探測電極，從而降低探測電極對于這樣的場的靈敏度，靜電屏蔽包括設置有多個間隙并且被布置為用作第二電極的導電材料的屏蔽片；將粒子或輻射傳遞通過屏蔽片；將粒子或輻射與探測電極上的涂層互相作用以通過化學反應或核反應生成帶電粒子；收集探測電極處的帶電粒子；以及采用被連接至探測電極的用于接收來自探測電極的DC輸入信號作為輸入并且用于提供DC測量信號作為輸出的靜電計。
[0024]在本發(fā)明的一個實施方案中，來自樣品源的帶電粒子通過穿過屏蔽并且沖擊在探測電極上而進入探測器，從而形成小的DC電流。該電子電流然后被布置為產生在探測器的輸出端的與在輸入端傳送的電荷成比例的DC偏移，盡管不具有包括與樣品源的DC連接的完整電路回路。通過將屏蔽視為柵格或通過增加另外的柵格且把其連接于固定電勢(正的或負的)，另外的選擇性可以被加入探測器中。通過該方法，粒子的極性和能量可以被確定。
[0025]通過與上文描述的現(xiàn)有技術電離室進行比較，根據本發(fā)明的實施方案的帶電粒子傳感器具有固有地更高的電容結構，具有平面的圓盤形狀的被防護的集電極和平行的圓盤形狀的網格電極，二者都被圓柱形屏蔽物圍繞。
[0026]根據本發(fā)明的帶電粒子傳感器產生來源于以下的組合的DC平均電壓信號:
[0027]1.直接地沖擊在收集器電極上的帶電粒子
[0028]2.來自在殼體內或外部的過程的‘子(daughter)’電離產物
[0029]3.中性粒子或輻射與涂覆電極互相作用的結果。
[0030]該DC電壓是通過電極電容和靜電計的有效輸入阻抗的組合的積分過程的結果。
[0031]本發(fā)明將進一步以示例的方式參照附圖進行描述，在附圖