[发明专利]一种用于屏蔽强磁场的多层复合结构的磁屏蔽装置

说明书

技术领域

本发明涉及核电子学与核探测技术领域，特别是一种用于屏蔽强磁场的光电倍增管磁屏蔽装置。

背景技术

光电倍增管是一种基于光电效应、二次电子发射的光电探测器件，可将微弱的光信号转换成可测量的电信号，具有探测灵敏度高、时间响应快、放大倍数大、光电特性线性好、性能稳定、使用方便等优点，被广泛应用于光谱学、核物理、医学等领域。光电倍增管主要由光电发射阴极(光阴极)和聚焦电极、电子倍增极(打拿极)及电子收集极(阳极)等组成，所有部件封装在真空内。入射光照射光阴极，光阴极向真空中发射光电子。光电子在聚焦极电场作用下进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。阳极收集放大后的电子用作为信号输出。光电倍增管按入射光的接收方式可分为端窗式和侧窗式两种类型。大多数光电倍增管性能会受到磁场的影响，磁场会使光电倍增管中的发射电子脱离预定轨道而造成增益损失、时间响应变坏等。这种损失与光电倍增管的几何结构及其在磁场中的方向有关。从阴极到第一倍增极的距离越长、光窗口径越大，光电倍增管就越容易受到磁场的影响。例如5G的垂直于轴向的磁场就可以使光窗直径13mm、打拿极为线形聚焦型N的光电倍增管输出降为无磁场时的60％以下。

一般采用由高导磁率材料制成的磁屏蔽体消除磁场对光电倍增管的影响。依据磁感应线折射定律：从磁导率小的介质到磁导率大的介质，磁感应线偏离法线，从磁导率大的介质到磁导率小的介质，磁感应线偏向法线。因而用磁导率很大的软磁材料(坡莫合金，铁铬合金等)做成的磁屏蔽体，放在磁场中，由于磁屏蔽体的磁导率远大于真空磁导率，磁阻远小于空气磁阻，绝大部分磁感应线从磁屏蔽体的壁内通过，而空腔内部磁感应线极少，这就达到了磁屏蔽的目的。

设计一个磁屏蔽体，首先根据被屏蔽磁场的强度和屏蔽目标选择合适的磁屏蔽材料。选择磁屏蔽材料时主要考虑相对磁导率、饱和度、价格、加工以及处理的难易、机械强度等。相对磁导率越高，磁屏蔽能力越强，但是具有高的相对磁导率的材料一般饱和点都较低，饱和的材料起不到磁屏蔽的作用。在选定了屏蔽材料后，设计屏蔽体时主要考虑几何结构、形状、尺寸、连续性、闭合、长径比、开口、多层复合屏蔽结构等方面。在磁屏蔽加工完成后要进行氢退火处理，严格遵守所规定的退火周期，不但能保证获得最佳磁屏蔽性能，而且还可以将未退火材料的磁导率平均提高40倍。但在退火以后，对屏蔽体进行冲击和振动试验，将降低材料的性能。

目前商品化的光电倍增管磁屏蔽可屏蔽的最大磁场只有十几高斯，无法屏蔽强磁场。在强磁场下一般通过增加光电倍增管与探测对象的距离来减小磁场的影响，但是光电倍增管的探测效率随着距离的增加而降低；自行设计的磁屏蔽都是依靠增加磁屏蔽材料的厚度和层数来屏蔽强磁场，存在体积大、造价高、加工及处理困难等缺点，而且光电倍增管的探测效率随着光窗前屏蔽材料厚度的增加而降低，限制了光电倍增管的应用。

发明内容

针对目前的光电倍增管一般的磁屏蔽设计无法屏蔽强磁场的问题，本发明的目的是提供一种可使光电倍增管在强磁场下正常工作，用于屏蔽强磁场的多层复合结构的磁屏蔽装置。

为了实现本发明的目的，本发明用于屏蔽强磁场的多层复合结构的磁屏蔽装置包括如下：

采用多层复合结构，从外到内包括三层：

一硅钢部件，为中间层；

一合金部件，为内层；

一螺线管线圈，为外层；

将合金部件置于硅钢部件内部，在合金部件的外部置有螺线管线圈。

附图说明

图1是本发明用于屏蔽强磁场的多层复合结构磁屏蔽装置示意图

图2为磁力线在磁屏蔽材料与空气中分布示意图

图3为本发明中螺线管线圈实物图

图4为本发明磁屏蔽筒实物图

图5a、图5b为外磁场和被屏蔽光电倍增管输出幅度、上升时间关系

图6a、图6b为在115高斯外磁场下螺线管电流与被屏蔽光电倍增管输出幅度、上升时间变化关系

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1本发明用于屏蔽强磁场的多层复合结构磁屏蔽装置示意图所示，包括硅钢部件1、合金部件2、一螺线管线圈3、前端盖4、后端盖5、接头孔6，从外到内包括三层，最外层为螺线管线圈3，中间层为硅钢部件1，最内层为合金部件2，其中硅钢部件1采用硅钢材料制成。合金部件2采用坡莫合金材料制成；螺线管线3圈采用铜芯线制成。

螺线管线圈3、硅钢部件1、合金部件2采用圆筒结构。