[发明专利]高通量抗电磁干扰质子能谱和强度探测器

说明书

本发明属于物理实验辐射探测技术领域，具体为一种高通量抗电磁干扰质子能谱和强度探测器。本发明探测器包括：闪烁体、光纤耦合锥、传输光纤、光纤分光器、门控光电倍增管、数字化仪和数据存储系统。其物理过程是：高通量离子轰击闪烁体后产生闪烁光，经光纤耦合锥耦合至光纤；此后闪烁光经光纤传输至远端，并耦合到门控光电倍增管上；在门信号控制下，门控光电倍增管可避开零时刻高强电磁脉冲并把光信号转化为电脉冲信号；数字化仪把电脉冲信号转化为数字后输入计算机进行记录存储。该探测器可以用于强电磁脉冲可能致盲传统探测器系统的场合，以及各种复杂电磁环境下，测量各种高通量离子，具备抗电磁干扰性能强、接收质子通量大等特点。

技术领域

本发明属于物理实验辐射探测技术领域，具体涉及一种抗电磁干扰质子能谱和强度探测器。

背景技术

核反应堆及空间卫星系统中经常需要探测质子的强度和能量，而这些场景往往伴随各种强电磁辐射。在这些极端环境下，电场、磁场可能异乎寻常的高，使得半导体探测器、微通道板探测器及CCD探测器等因电磁干扰而无法正常工作。这种效应被称为强辐射的致盲效应。这种致盲效应或导致探测器有很长一段时间响应严重偏离线性、不能响应、乃至探测器损毁。通常反应的中子能谱是由反冲质子磁谱仪来测量。即中子打到含氢薄膜（如聚乙烯薄膜）上时，会产生反冲质子。通过测量反冲质子的能量和通量（强度），可反推出中子能谱，达到测量中子能谱和产额的目的。但是在某些应用场景中存在数百特斯拉的磁场，以及从射频、X射线、到伽马射线各种频段的光子，同时会产生大量中子等多种射线，使得通常探测器核电子学设备无法正常工作。除强激光靶场外，核裂变反应堆等环境下，辐射探测面临这同样的问题。因此本发明设计了门控型光纤离子探测器，用于解决严苛辐射环境下离子探测问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一套能够在复杂电磁环境下测量质子的能谱和强度的高通量抗电磁干扰质子能谱和强度探测器，实现在强激光环境、聚变核反应、裂变核反应及其它严苛电磁环境下的离子测量功能。

本发明提供的高通量抗电磁干扰质子能谱和强度探测器，具体包括依次排布的：闪烁体、光纤耦合锥、传输光纤、光纤分光器、门控光电倍增管，以及数字化仪和数据存储系统组成。探测器总体结构示意如图1所示；闪烁体置于电磁环境中，高通量离子轰击闪烁体，在闪烁体内反射产生荧光（闪烁光），荧光经过光纤耦合锥耦合到传输光纤，然后传输进入光纤分光器，分光器将合适强度的荧光送入门控光电倍增管。其中：

所述闪烁体，采用耐辐照性能良好、光响应速度快的有机塑料闪烁体，作为离子探测器的前端部件，其具有抗电磁脉冲的功能，闪烁体结构如图2所示。

液态、气体闪烁体由于操作不便，不在考虑范围。对于无机晶体闪烁体，由于辐射对晶格的破坏作用，性能比有机塑料闪烁体下降的很快。因此本发明中采用有机塑料闪烁体（例如选用EJ-232），其发射光谱的波长中心为370纳米，可以与后端传输光纤和门控光电倍增管很好的匹配。闪烁体前端和侧面设有反射层（例如厚度约为15-25微米的铝层，反射漆EJ-510等），用以屏蔽外部辐射光，同时反射闪烁体内的荧光；闪烁体尺寸可根据实际需要决定，具体的如：长1厘米、宽1厘米，厚度为10微米到1毫米。这些尺寸可根据质子能量和强度进行调节。

所述光纤耦合锥，用于汇聚闪烁体中的荧光，然后输入到传输光纤中，实现闪烁体和光纤有机耦合。

光纤耦合锥的材料根据闪烁光的不同，可采用石英玻璃或有机玻璃等。光纤耦合锥侧面（即锥面）也设有反射层（例如厚度约为15-25微米的铝层，反射漆EJ-510等），用以屏蔽外部辐射光；光纤耦合锥结构如图2所示。

所述传输光纤，用于长距离传输质子引起的荧光。光纤长度根据应用环境进行设定，可以是几米，也可以传输到50米以外。传输光纤传输光谱必须和闪烁体光谱匹配。闪烁体光谱集中在340nm–460nm 的紫外波段，因此采用石英光纤。

对于闪烁体尺寸是1厘米的方形结构，光纤直径可为1毫米。