[實(shí)用新型]單離子束遠(yuǎn)程計(jì)數(shù)檢測器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720035754.6
• 申請日: 2007-04-02
• 公開（公告）號: CN201021941Y
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹福如;齊學(xué)紅;陳連運(yùn);李軍;吳李君;余增亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院等離子體物理研究所
• 主分類號: G01T5/00
• 分類號: G01T5/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種檢測單離子束數(shù)目的裝置，同時具有判斷離子束穩(wěn)定性及其通斷的功能；尤其是一種遠(yuǎn)距離、實(shí)時精確地檢測離子束數(shù)目的裝置。

背景技術(shù)

單離子束是目前國際上最先進(jìn)的一種束流技術(shù)。中國科學(xué)院等離子體物理研究所自主研制的單離子束裝置是目前我國唯一的一臺且具有國際先進(jìn)水平的裝置。該裝置實(shí)現(xiàn)了輻射單個離子的功能，離子的空間定位精度優(yōu)于5微米，樣品移動步長小于0.1微米。單離子束裝置采用了高清晰CCD、圖像快速處理和識別等技術(shù)，使輻照過程自動化和可視化。單離子束可對微米尺寸的樣品(如單個細(xì)胞)進(jìn)行輻射，輻射劑量可以預(yù)先精確地設(shè)定，并精確至一個離子。這與傳統(tǒng)的寬束輻射和微束輻射迥然不同。單離子束在生物、材料、物理、化學(xué)等諸多領(lǐng)域已成為強(qiáng)大的技術(shù)平臺。

要實(shí)現(xiàn)單個離子輻照技術(shù)，必須能夠檢測單個離子信號，精確地檢測離子數(shù)目，以便將離子個數(shù)信號傳送到控制系統(tǒng)，以控制單離子束的通斷。單離子檢測系統(tǒng)必須快速響應(yīng)才能及時關(guān)斷束流，使之發(fā)射所預(yù)定個數(shù)的離子。實(shí)驗(yàn)要求采用15微米厚度的薄膜閃爍體探測單個離子，當(dāng)離子穿越薄膜閃爍體時產(chǎn)生光子，然后用光電探測器即可探測光子信號。實(shí)驗(yàn)中離子(質(zhì)子)的速度高達(dá)10⁷米/秒，如此快速的離子穿越15微米厚的薄膜閃爍體探測器，只需10^-12秒。因此單個離子所激發(fā)的光子信號十分微弱，且光子信號脈沖非常窄(納秒量級)。因此，對單個離子的檢測是單離子束的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)技術(shù)之一。

單離子束遠(yuǎn)程計(jì)數(shù)檢測器可以在遠(yuǎn)離束流輻射的位置上監(jiān)控單離子束的工作狀態(tài)，是實(shí)驗(yàn)人員用于調(diào)節(jié)、監(jiān)控束流的重要手段，也是防護(hù)輻射所必須的安全措施。

發(fā)明內(nèi)容

針對單離子束的檢測、計(jì)數(shù)和輻射安全，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了單離子束遠(yuǎn)程計(jì)數(shù)檢測器。該裝置能夠在1000米范圍內(nèi)監(jiān)視單離子數(shù)目、束流穩(wěn)定性和通斷情況；可以在遠(yuǎn)離輻射源的位置上監(jiān)視單離子束的工作狀態(tài)，確保工作人員的輻射安全。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：

單離子束遠(yuǎn)程計(jì)數(shù)檢測器，其特征在于包括有聚光式光電探測器，其探測到光子信號后，輸出電壓信號經(jīng)放大器放大，再由單通道分析器SCA進(jìn)行甄別、整形處理，輸出的脈沖信號，分成二路，一路直接輸入到數(shù)字式計(jì)數(shù)器進(jìn)行數(shù)字式計(jì)數(shù)；另一路輸入到觸發(fā)器進(jìn)行窄脈沖信號的積分展寬，再經(jīng)過頻率-電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為模擬信號后輸出到模擬信號計(jì)數(shù)顯示裝置。

本實(shí)用新的特點(diǎn)：

1)、通過高靈敏、低噪聲、聚光式光電探測器把單離子光信號轉(zhuǎn)化為電信號。聚光式光電探測器可以把光子收集效率提高一倍左右，有效地檢測單個離子的微弱信號。

2)、用高精度、低噪聲、高倍放大器并對此信號進(jìn)行放大。

3)、用單道分析器(SCA)對信號進(jìn)行甄別處理，消除了背景噪聲，提高了信噪比，并得到幅度一致的窄脈沖信號，其脈沖寬度約500納秒，保證了對離子信號的迅速響應(yīng)，該窄脈沖信號幅度為5V，確保了1000米距離范圍內(nèi)信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

SCA輸出的脈沖信號分兩路傳輸至后級。一路直接輸入到數(shù)字式計(jì)數(shù)器即可進(jìn)行數(shù)字式計(jì)數(shù)。另一路轉(zhuǎn)化為模擬信號進(jìn)行模擬式計(jì)數(shù)，可直觀地檢測單離子束的通量和通斷情況。采用頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路可獲得模擬信號，但實(shí)際中由于脈沖信號太窄，轉(zhuǎn)換電路難以響應(yīng)乃至不能工作，本實(shí)用新型特別設(shè)計(jì)了觸發(fā)器方式先對窄脈沖信號適當(dāng)?shù)姆e分展寬，然后再用頻率-電壓轉(zhuǎn)換模塊比較容易地實(shí)現(xiàn)了單個離子信號的模擬輸出。

本實(shí)用新型通過聚光式光電探測器高效地收集單個離子的微弱信號，用單道分析器(SCA)對信號進(jìn)行甄別處理，極大地消除了背景噪聲，提高了信噪比，得到幅度一致的窄脈沖信號，該窄脈沖信號幅度為5V，確保了對離子信號的迅速響應(yīng)以及1000米距離范圍內(nèi)信號傳輸?shù)目煽啃裕瑢?shí)現(xiàn)了單離子進(jìn)行檢測和計(jì)數(shù)，可判斷單離子束的通斷及其穩(wěn)定性，在1000米范圍內(nèi)可模擬顯示單離子束的數(shù)目，方便實(shí)驗(yàn)人員遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)、監(jiān)控離子束流，有效保障了實(shí)驗(yàn)人員的安全。

附圖說明

附圖表示了本實(shí)用新型的電原理圖。

具體實(shí)施方式

圖中標(biāo)號：1.聚光式光電探測器，2.信號放大器，放大倍數(shù)可調(diào)，最高達(dá)1000倍，3.單通道分析器(SCA)，4.數(shù)字式計(jì)數(shù)器5.觸發(fā)器，6.頻率-電壓轉(zhuǎn)換器(F-V)，7.模擬信號計(jì)數(shù)顯示裝置