[发明专利]一种带有时间门控的多通道硬X射线成像探测器

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体物理和核探测领域，具体涉及一种带有时间门控的多通道硬X射线成像探测器。

背景技术

硬X射线与物质相互作用，主要是发生光电效应和康普顿效应，并且每种效应都产生相应的高能初级电子。这些初级电子继续与物质相互作用，使得物质的原子、分子电离和激发。如果在某种物质中所产生的电离和激发的信号，能从该物质中引出，经收集放大而成为可供分析记录的电脉冲信号，这种物质就可被用来作为硬X射线探测器的探测介质。

硬X射线在任何物质中都可以发生光电效应和康普顿效应，但不是任何物质都可作为硬X射线的探测介质。次级电子在物质中产生电离和激发是产生电子离子对、闪光和电子空穴对等。显然这些信号在不透明的绝缘材料和较厚的导体中是无法引出的。而极薄的金属膜探测阴极只能探测软X射线，所以目前的硬X射线成像探测器一般为闪烁体探测器。由于闪烁体具有较长的余晖时间(几个ns至几百个ns)，远远不能满足某些科学实验中时间分辨要求和门控时间技术要求。因此，设计一种带有时间门控的多通道硬X射线成像探测器，以在探测能段范围为10keV-300keV的硬X射线时，提高时间分辨率、优化空间分辨率及物方空间分辨，成为所述技术领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种带有时间门控的多通道硬X射线成像探测器，解决现有技术在探测能段范围为10keV-300keV的硬X射线时时间分辨率和空间分辨率均低、并且探测视场小从而达不到实际探测需求的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种带有时间门控的多通道硬X射线成像探测器，包括主要由探测器框体、射线滤窗和荧光屏共同围设而成密封的真空腔体，均设于所述真空腔体内的多通道硬X射线探测光阴极和微通道板，以及脉冲高压电源；

所述射线滤窗、所述多通道硬X射线探测光阴极、所述微通道板和所述荧光屏依次平行排列，并且所述射线滤窗和所述荧光屏分别位于所述真空腔体的前端和后端；所述射线滤窗用于接受射线照射时让硬X射线穿过并射入所述真空腔体内，同时屏蔽软X射线及β射线，所述多通道硬X射线探测光阴极用于探测穿过所述射线滤窗进入到所述真空腔体的硬X射线，同时将所探测到的硬X射线信号转换为电子信号输出，所述微通道板用于对来自多通道硬X射线探测光阴极的电子进行增益，所述荧光屏用于将经过微通道板增益后的电子信号转换成可见光信号；

所述脉冲高压电源位于所述真空腔体外，并分别与所述多通道硬X射线探测光阴极、所述微通道板和所述荧光屏电连接，用于为所述多通道硬X射线探测光阴极和所述微通道板提供工作电压，同时，所述脉冲高压电源还在所述多通道硬X射线探测光阴极和所述微通道板之间、以及在所述微通道板和所述荧光屏之间加载电压，所加载电压起引导电子传播、以及增加电子能量从而增强可见光信号的作用。

进一步地，所述真空腔体的真空度高于1×10^-2Pa，所述射线滤窗为钛窗或铍窗，并且厚度为0.1mm-1mm。

进一步地，所述多通道硬X射线探测光阴极包括在硬X射线光子照射下与该照射的硬X射线光子发生作用产生初级光电子的阴极基底，以及等距陈列于所述阴极基底上的两个以上阴极通道，每个所述阴极通道内壁上均设有一层碱金属镀层，所有所述阴极通道均为贯穿所述阴极基底正反两面的贯穿性孔道，当产生于所述阴极基底上的初级光电子到达所述阴极通道时将电离该阴极通道内壁上的碱金属镀层从而产生低能二级电子，并且所述二级电子在该阴极通道内经过雪崩放大后在所述多通道硬X射线探测光阴极和所述微通道板之间的电压作用下来到所述所述微通道板；所有所述阴极通道的直径相同，为3μm-30μm，所有相邻的所述阴极通道之间的间距相同，为5μm-35μm，并且所有所述阴极通道与所述阴极基底的法线之间的夹角一致，为0.1°-15°。

进一步地，所述阴极基底的成份为Pb、Si和O元素，其中铅元素的质量百分比不低于40％。

进一步地，所述多通道硬X射线探测光阴极的工作增益为5-100，所述阴极基底的厚度为0.5mm-3mm，所述二级电子为能量小于50eV的电子，所述碱金属镀层优选金属Na镀层或金属K镀层。

进一步地，所述多通道硬X射线探测光阴极与所述射线滤窗之间的距离为1mm-30mm，所述微通道板和所述多通道硬X射线探测光阴极之间的距离为0.3mm-2mm，所述荧光屏和所述微通道板之间的距离为0.8mm-3mm。