專利名稱：一種組裝式帶電粒子二維成像探測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及帶電粒子探測，具體地說是一種用于探測帶電粒子空間二維分布并將其成像的組裝式帶電粒子空間二維成像探測器，可以實現真空系統(tǒng)中帶正/負電荷的離子以及電子的二維成像。
背景技術：
帶電粒子探測器在國家的安防、藥物研發(fā)分析、火災檢測等眾多的社會領域發(fā)揮著極其重要的作用。而其技術方法大概又有四種分類，分別是微通道板探測器、單通道電子倍增器、離散打拿極倍增器以及法拉第杯，其中除第四種法拉第杯主要用于離子探測外，其余的三種均可用于電子和離子的探測?；谖⑼ǖ腊宸糯蟮奶綔y器以其高信噪比、可以實現微型化設計等優(yōu)點而成為當今主流的帶電粒子探測器。結合微通道板放大的信號，其后若輔以陽極便可構成一般的表征信號強度的探測器，而若輔以用于電子成像的熒光屏便可構成一種可實現二維成像的探測器。成像探測器的產生無論對于用作科研，抑或反過來改進分析技術(例如質譜技術)都起著積極地作用。一般的，我們可以將其用于對離子/電子光學設計的檢驗、基于飛行時間質譜的離子/光電子速度成像、真空紫外光譜甚至于高能物理領域?，F今此類型的商品化的成像探測器的一般結構是微通道板單元后輔以光學耦合光纖為基底的熒光屏，該熒光屏同時起到密封的作用。從集成化的角度來講這種成像探測器是一種高度集成化的成像探測器，并且密封技術上非?？扇　Ｍ瑫r，也應當看到這種集成探測器的不足之處，其采用光學耦合光纖作為熒光屏的基底，探測面積無疑受到了很大的限制，因為大尺度光纖的制作本身就是一個難題，這無疑將會大大的增加制作的成本。另外考慮到熒光屏上的熒光粉在信號電子轟擊下的壽命，當出現熒光屏損壞時，則高度集成的成像探測器便整體報廢，加大使用成本。目前，以玻璃為基底用于電子探測的熒光屏的制作已經是一種非常成熟的技術， 且在尺寸的控制方面也有著理想的成本。同時，高透光率的密封視窗也早已為人們熟知并且應用。綜合上述技術的考慮，高效率低成本組裝式的成像探測器的實現似乎成為可能。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于以上的事實而做出的，其目的在于提供一種組裝式的二維帶電粒子成像探測器；
為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為
一種組裝式帶電粒子二維成像探測器，包括微通道板(MCP)單元、熒光屏、固定組裝架以及密封視窗法蘭單元；
所述視窗法蘭單元包括一視窗法蘭，于法蘭體軸向上的法蘭孔處設有透視窗口，其為法蘭視窗，于法蘭體上設有貫穿法蘭體的高壓電極的接頭；
于視窗法蘭單元內、法蘭視窗的上方設置有固定組裝架，熒光屏和微通道板(MCP)單元通過固定組裝架從下至上依次設置于法蘭視窗的上方，法蘭視窗、熒光屏和微通道板(MCP) 單元間留有空隙；
熒光屏和微通道板(MCP)單元分別通過導線與高壓電極的接頭相連。視窗法蘭設置微通道板(MCP)的一側與真空系統(tǒng)相連，構成密封視窗法蘭單元； 透視窗口材料是石英玻璃，其將熒光屏成的像最大程度的透過，高壓電極的接頭用于
給固定組裝架上的微通道板單元和熒光屏提供外界高壓，同時，高壓電極接頭及透視窗口均焊接于不銹鋼法蘭體上，以用于真空密封的環(huán)境下進行帶電粒子的探測；
微通道板單元包括兩片疊合在一起的微通道板，兩片微通道板按照微通道對應相交呈鈍角的方式排列組裝在一起，當被加以適當高電壓時，可對被探測帶電粒子信號進行最大程度的放大；
疊合在一起的兩片微通道板，位于上面的微通道板上方的電極及位于下面的微通道板下方的電極分別與高壓電極接頭相連；
所述固定組裝架由硬質電極板、絕緣陶瓷片和絕緣陶瓷柱組成，固定組裝架是由三組平行放置的絕緣陶瓷片通過二組絕緣陶瓷柱間隔的層狀結構，熒光屏和微通道板(MCP)單元分別通過絕緣陶瓷片可拆卸地組裝在固定組裝架上，
于絕緣陶瓷片與熒光屏和微通道板(MCP)單元的電極相接處均分別設有硬質電極板， 熒光屏和微通道板(MCP)單元分別經硬質電極板通過導線與高壓電極接頭相連；
硬質電極用于對微通道板單元和熒光屏提供高壓，絕緣陶瓷用于固定微通道板單元和熒光屏以及實現電極間的絕緣。所述硬質電極板為采用不銹鋼、銅或鋁制成的電極板；
所述固定組裝架作為一個獨立的單元由絕緣螺絲安裝在密封視窗法蘭單元上，通過固定組裝架上的絕緣陶瓷實現固定組裝架和密封視窗法蘭單元間的絕緣，并且通過密封視窗法蘭單元上的高壓電極接頭向固定組裝架上的硬質電極提供高壓。所述探測器可用于真空中帶電粒子的二維探測及成像，具體來說，帶電粒子經由微通道板單元放大后的信號被熒光屏接收成像，所成的像再經過密封視窗法蘭單元被外界采集。本發(fā)明通過一種組裝式的設計，結合現有的成熟的熒光屏的制作和高透光率的密封視窗技術，實現大尺度成像探測面積卻有著較低制作成本，同時針對熒光屏壽命等缺點， 通過自行組裝更換實現成像探測器的循環(huán)使用。


圖1本發(fā)明第一實施例的側視圖2本發(fā)明第一實施例NO光電子成像圖例； 圖3本發(fā)明第一實施例不同熒光屏高壓下NO的光電子能譜； 圖4本發(fā)明第一實施例不同微通道板單元高壓下NO光電子能譜； 附圖中的側視圖為示意性的且未按照比例繪制。不過不同的附圖中相同或相似的部件均在附圖中給出相同的標記。
具體實施方式
本發(fā)明是按如下方式組裝式帶電粒子二維成像探測器。具有帶電粒子放大成像體系，即微通道板單元和熒光屏，經由微通道板放大的帶電粒子信號轟擊到熒光屏后而成像。 微通道板單元和熒光屏被組裝在一個固定組裝架上，該固定組裝架被設計用來完成帶電粒子放大成像體系間的獨立固定，高壓供電以及相互絕緣的目的。同時，固定組裝架可以固定在密封法蘭之上，如此共同構成成像探測器。本發(fā)明的固定組裝架中，用于微通道板單元固定的部分采用絕緣陶瓷先行將其固定，而后利用硬質電極將絕緣陶瓷封裝，同時接觸微通道板實現對微通道板的高壓供電。熒光屏也是安裝在絕緣陶瓷內部，并且利用硬質電極板將其固定封裝，硬質電極板同樣也起到高壓供電的作用。固定封裝的微通道板單元和熒光屏之間利用陶瓷柱連接，以用來形成可拆裝的獨立的探測成像單元。本發(fā)明的密封視窗法蘭，應當具有探測成像單元的安裝支架。為了實現高真空密封條件下的高壓供電，采用高壓電極接頭進行高壓供電。將高壓電極接頭耦合進視窗法蘭上，在高壓供電的同時保證可以實現高真空的密封。密封視窗法蘭可以是一個經過特殊設計的獨立的密封視窗法蘭或者是一個密封視窗法蘭單元，該單元可有一個一般的密封視窗法蘭和一個耦合有高壓電極接頭的密封法蘭架共同組成。參照圖1所示，組裝式帶電粒子空間二維成像探測器由微通道板單元1、熒光屏 2、固定組裝架3，密封視窗法蘭單元4及高壓電極5組成。微通道板單元1和熒光屏2被固定組裝架3固定，并被用來施加外部高壓，形成獨立的探測成像單元。而探測成像單元被固定在密封透視法蘭單元4上，密封視窗法蘭單元4有一法蘭架用于上面所述的固定探測成像單元，并且與其后的一透光密封法蘭共同構成密封透視法蘭單元4。密封視窗法蘭單元上集成了高壓電極接頭5用于向探測成像單元提供高壓。具體為一種組裝式帶電粒子二維成像探測器，包括微通道板(MCP)單元、熒光屏、固定組裝架以及密封視窗法蘭單元；
所述視窗法蘭單元包括一視窗法蘭，于法蘭體軸向上的法蘭孔處設有透視窗口，其為法蘭視窗，于法蘭體上設有貫穿法蘭體的高壓電極的接頭；
于視窗法蘭單元內、法蘭視窗的上方設置有固定組裝架，熒光屏和微通道板(MCP)單元通過固定組裝架從下至上依次設置于法蘭視窗的上方，法蘭視窗、熒光屏和微通道板(MCP) 單元間留有空隙；
熒光屏和微通道板(MCP)單元分別通過導線與高壓電極的接頭相連。視窗法蘭設置微通道板(MCP)的一側與真空系統(tǒng)相連，構成密封視窗法蘭單元； 透視窗口材料是石英玻璃，其將熒光屏成的像最大程度的透過，高壓電極的接頭用于
給固定組裝架上的微通道板單元和熒光屏提供外界高壓，同時，高壓電極接頭及透視窗口均焊接于不銹鋼法蘭體上，以用于真空密封的環(huán)境下進行帶電粒子的探測；
微通道板單元包括兩片疊合在一起的微通道板，兩片微通道板按照微通道對應相交呈鈍角的方式排列組裝在一起，當被加以適當高電壓時，可對被探測帶電粒子信號進行最大程度的放大；疊合在一起的兩片微通道板，位于上面的微通道板上方的電極及位于下面的微通道板下方的電極分別與高壓電極接頭相連；
所述固定組裝架由硬質電極板、絕緣陶瓷片和絕緣陶瓷柱組成，固定組裝架是由三組平行放置的絕緣陶瓷片通過二組絕緣陶瓷柱間隔的層狀結構，熒光屏和微通道板(MCP)單元分別通過絕緣陶瓷片可拆卸地組裝在固定組裝架上，
于絕緣陶瓷片與熒光屏和微通道板(MCP)單元的電極相接處均分別設有硬質電極板， 熒光屏和微通道板(MCP)單元分別經硬質電極板通過導線與高壓電極接頭相連；硬質電極用于對微通道板單元和熒光屏提供高壓，絕緣陶瓷用于固定微通道板單元和熒光屏以及實現電極間的絕緣。所述硬質電極板為采用不銹鋼制成的電極板；所述固定組裝架作為一個獨立的單元由絕緣螺絲安裝在密封視窗法蘭單元上，通過固定組裝架上的絕緣陶瓷實現固定組裝架和密封視窗法蘭單元間的絕緣，并且通過密封視窗法蘭單元上的高壓電極接頭向固定組裝架上的硬質電極提供高壓。為了便于說明，下面結合第一實施例用于飛行時間質譜時來探測光電子成像的結果來加以闡釋，但本發(fā)明所涉及的探測器也可用相同的方式探測正負離子并成像。在此說明中所涉及到的光電子是來源于NO被光電離所產生的。經過電子光學透鏡，在飛行時間質譜中飛行了一段距離后，到達已經被加以高壓的微通道板單元，經由微通道板放大的電子信號轟擊在加著高壓的熒光屏上所成的像，通過CCD相機采集所得到NO的光電子原始圖像如圖2所示。圖示中的各個圓環(huán)分別代表著NO被電離后的光電子在各個電子態(tài)上的布局，其亮度的強弱則表征光電子在各個態(tài)上布局的多少。如圖所示，各個電子態(tài)經過該成像探測器成像后能很好的被分辨出來，同時其強度及角度分布也能很好的被表征。圖3進一步的說明了第一種實施例中，在微通道板單元高壓固定在1700V時，不同熒光屏高壓情況下光電子增益成像后解析出來的徑向速度分布相對強度的歸一化曲線?？梢钥吹?，在較大的熒光屏高壓范圍內，都能看到信號的增益圖像。在比較高的熒光屏高壓下增益較大，尤其是在弱信號的增益方面。圖4則是在熒光屏高壓4300V的情況下，不同微通道板高壓下的光電子徑向速度分布，可以發(fā)現同樣電壓越高所產生的增益越強，但是考慮到分辨率，發(fā)現微通道板高壓在1600V至1900V的范圍內存在著變寬的跡象，所以在可以根據信號分辨率和強度的要求適當的調節(jié)微通道板高壓以獲得理想的結果。這種實施例可以用于完成光電子和離子等速度成像的研究，同時也可以用于檢驗離子光學/電子光學設計的性能。本領域技術人員將理解上面的實施例純粹是以示例的方式給出的，并且一些改變是可能的。
權利要求
1.一種組裝式帶電粒子二維成像探測器，其特征在于包括微通道板單元(1)、熒光屏O)、固定組裝架(3)以及密封視窗法蘭單元；所述視窗法蘭單元包括一視窗法蘭，于法蘭體軸向上的法蘭孔處設有透視窗口，其為法蘭視窗，于法蘭體上設有貫穿法蘭體的高壓電極(5)的接頭；于視窗法蘭單元內、法蘭視窗的上方設置有固定組裝架(3)，熒光屏( 和微通道板單元(1)通過固定組裝架C3)從下至上依次設置于法蘭視窗的上方，法蘭視窗、熒光屏(2)和微通道板單元(1)間留有空隙；熒光屏( 和微通道板單元(1)分別通過導線與高壓電極(5)的接頭相連。
2.根據權利要求1所述的組裝式帶電粒子二維成像探測器，其特征在于視窗法蘭設置微通道板的一側與真空系統(tǒng)相連，構成密封視窗法蘭單元； 透視窗口材料是石英玻璃，其將熒光屏成的像最大程度的透過，高壓電極的接頭用于給固定組裝架上的微通道板單元和熒光屏提供外界高壓，同時，高壓電極接頭及透視窗口均焊接于不銹鋼法蘭體上，以用于真空密封的環(huán)境下進行帶電粒子的探測。
3.根據權利要求1所述的組裝式帶電粒子二維成像探測器，其特征在于微通道板單元包括兩片疊合在一起的微通道板，兩片微通道板按照微通道對應相交呈鈍角的方式排列組裝在一起，當被加以適當高電壓時，可對被探測帶電粒子信號進行最大程度的放大。
4.根據權利要求3所述的組裝式帶電粒子二維成像探測器，其特征在于疊合在一起的兩片微通道板，位于上面的微通道板上方的電極及位于下面的微通道板下方的電極分別與高壓電極(5)接頭相連。
5.根據權利要求1所述的探測器，其特征在于所述固定組裝架由硬質電極板、絕緣陶瓷片和絕緣陶瓷柱組成，固定組裝架是由三組平行放置的絕緣陶瓷片通過二組絕緣陶瓷柱間隔的層狀結構，熒光屏( 和微通道板單元 (1)分別通過絕緣陶瓷片可拆卸地組裝在固定組裝架上，于絕緣陶瓷片與熒光屏( 和微通道板單元(1)的電極相接處均分別設有硬質電極板，熒光屏( 和微通道板單元(1)分別經硬質電極板通過導線與高壓電極( 接頭相連；硬質電極用于對微通道板單元和熒光屏提供高壓，絕緣陶瓷用于固定微通道板單元和熒光屏以及實現電極間的絕緣。
6.根據權利要求5所述的探測器，其特征在于所述硬質電極板為采用不銹鋼、銅或鋁制成的電極板。
7.根據權利要求5所述的探測器，其特征在于所述固定組裝架作為一個獨立的單元由絕緣螺絲安裝在密封視窗法蘭單元上，通過固定組裝架上的絕緣陶瓷實現固定組裝架和密封視窗法蘭單元間的絕緣，并且通過密封視窗法蘭單元上的高壓電極接頭向固定組裝架上的硬質電極提供高壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種組裝式帶電粒子二維成像探測器包括微通道板單元、熒光屏、固定組裝架以及密封視窗法蘭單元；所述視窗法蘭單元包括一視窗法蘭，于法蘭體軸向上的法蘭孔處設有透視窗口，其為法蘭視窗，于法蘭體上設有貫穿法蘭體的高壓電極的接頭；于視窗法蘭單元內、法蘭視窗的上方設置有固定組裝架，熒光屏和微通道板單元通過固定組裝架從下至上依次設置于法蘭視窗的上方，法蘭視窗、熒光屏和微通道板單元間留有空隙；熒光屏和微通道板單元分別通過導線與高壓電極的接頭相連。所述探測器可用于真空中帶電粒子的二維探測及成像，具體來說，帶電粒子經由微通道板單元放大后的信號被熒光屏接收成像，所成的像再經過密封視窗法蘭單元被外界采集。
文檔編號G01T1/29GK102478660SQ20101056118
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權日2010年11月26日
發(fā)明者劉本康, 王利, 王艷秋 申請人:中國科學院大連化學物理研究所