[实用新型]单离子束远程计数检测器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种检测单离子束数目的装置，同时具有判断离子束稳定性及其通断的功能；尤其是一种远距离、实时精确地检测离子束数目的装置。

背景技术

单离子束是目前国际上最先进的一种束流技术。中国科学院等离子体物理研究所自主研制的单离子束装置是目前我国唯一的一台且具有国际先进水平的装置。该装置实现了辐射单个离子的功能，离子的空间定位精度优于5微米，样品移动步长小于0.1微米。单离子束装置采用了高清晰CCD、图像快速处理和识别等技术，使辐照过程自动化和可视化。单离子束可对微米尺寸的样品(如单个细胞)进行辐射，辐射剂量可以预先精确地设定，并精确至一个离子。这与传统的宽束辐射和微束辐射迥然不同。单离子束在生物、材料、物理、化学等诸多领域已成为强大的技术平台。

要实现单个离子辐照技术，必须能够检测单个离子信号，精确地检测离子数目，以便将离子个数信号传送到控制系统，以控制单离子束的通断。单离子检测系统必须快速响应才能及时关断束流，使之发射所预定个数的离子。实验要求采用15微米厚度的薄膜闪烁体探测单个离子，当离子穿越薄膜闪烁体时产生光子，然后用光电探测器即可探测光子信号。实验中离子(质子)的速度高达10⁷米/秒，如此快速的离子穿越15微米厚的薄膜闪烁体探测器，只需10^-12秒。因此单个离子所激发的光子信号十分微弱，且光子信号脉冲非常窄(纳秒量级)。因此，对单个离子的检测是单离子束的关键技术和难点技术之一。

单离子束远程计数检测器可以在远离束流辐射的位置上监控单离子束的工作状态，是实验人员用于调节、监控束流的重要手段，也是防护辐射所必须的安全措施。

发明内容

针对单离子束的检测、计数和辐射安全，本实用新型设计了单离子束远程计数检测器。该装置能够在1000米范围内监视单离子数目、束流稳定性和通断情况；可以在远离辐射源的位置上监视单离子束的工作状态，确保工作人员的辐射安全。

本实用新型的技术方案：

单离子束远程计数检测器，其特征在于包括有聚光式光电探测器，其探测到光子信号后，输出电压信号经放大器放大，再由单通道分析器SCA进行甄别、整形处理，输出的脉冲信号，分成二路，一路直接输入到数字式计数器进行数字式计数；另一路输入到触发器进行窄脉冲信号的积分展宽，再经过频率-电压转换器转化为模拟信号后输出到模拟信号计数显示装置。

本实用新的特点：

1)、通过高灵敏、低噪声、聚光式光电探测器把单离子光信号转化为电信号。聚光式光电探测器可以把光子收集效率提高一倍左右，有效地检测单个离子的微弱信号。

2)、用高精度、低噪声、高倍放大器并对此信号进行放大。

3)、用单道分析器(SCA)对信号进行甄别处理，消除了背景噪声，提高了信噪比，并得到幅度一致的窄脉冲信号，其脉冲宽度约500纳秒，保证了对离子信号的迅速响应，该窄脉冲信号幅度为5V，确保了1000米距离范围内信号传输的可靠性。

SCA输出的脉冲信号分两路传输至后级。一路直接输入到数字式计数器即可进行数字式计数。另一路转化为模拟信号进行模拟式计数，可直观地检测单离子束的通量和通断情况。采用频率-电压转换电路可获得模拟信号，但实际中由于脉冲信号太窄，转换电路难以响应乃至不能工作，本实用新型特别设计了触发器方式先对窄脉冲信号适当的积分展宽，然后再用频率-电压转换模块比较容易地实现了单个离子信号的模拟输出。

本实用新型通过聚光式光电探测器高效地收集单个离子的微弱信号，用单道分析器(SCA)对信号进行甄别处理，极大地消除了背景噪声，提高了信噪比，得到幅度一致的窄脉冲信号，该窄脉冲信号幅度为5V，确保了对离子信号的迅速响应以及1000米距离范围内信号传输的可靠性，实现了单离子进行检测和计数，可判断单离子束的通断及其稳定性，在1000米范围内可模拟显示单离子束的数目，方便实验人员远距离调节、监控离子束流，有效保障了实验人员的安全。

附图说明

附图表示了本实用新型的电原理图。

具体实施方式

图中标号：1.聚光式光电探测器，2.信号放大器，放大倍数可调，最高达1000倍，3.单通道分析器(SCA)，4.数字式计数器5.触发器，6.频率-电压转换器(F-V)，7.模拟信号计数显示装置