[發明專利]一種復合式光電陰極X射線探測裝置

有效

• 申請號: 201310283081.6
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN103399338A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 劉永安;劉哲;盛立志;宋娟;趙寶升
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01T1/00
• 分類號: G01T1/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 張倩

技術領域

本發明涉及一種采用基于反射式光電陰極和透射式光電陰極相結合的復合式光電陰極提高X射線探測器探測效率的裝置，可用于X射線脈沖星脈沖探測，采用一種基于反射式光電陰極和透射式光電陰極相結合的復合式光電陰極來提高X射線探測器探測效率，是解決深空極微弱X射線脈沖探測、未來脈沖星導航的可持續性發展和工程化研究的重要方法。

背景技術

X射線脈沖星自主導航是采用脈沖星作為導航信標，通過探測深空脈沖星的周期性X射線脈沖，來確定航天器的位置、速度和姿態等的新型自主導航技術，具有廣闊的工程應用前景,是美國和歐空局正在大力研究和積極實施的新技術和方法。國內多家單位也開展了相關研究，并提出了我國發展X射線脈沖星自主導航的必要性和可行性。

毫秒脈沖星的輻射主要集中于1～10keV能段，且輻射強度非常微弱，一般在10^-5ph/s/cm²的量級，最強的Crab脈沖星輻射強度也只有1.54ph/s/cm²，為了探測這樣微弱的光子信號，就要求探測器在1～10keV能段具有足夠高的探測靈敏度，且探測器探測效率夠高，較高的探測效率可以使系統在有限的觀測時間內獲得高的信噪比。

現有的X射線探測器大致上可分為三類，即氣體正比計數管（氣體）、基于半導體的探測器（固體）和基于微通道板（MCP）的探測器（真空）：

氣體正比計數器可以做到比較大的面積，但是這種探測器需要充入惰性氣體，在空間應用中會受到空間碎片的撞擊而漏氣，嚴重制約其使用壽命；基于Si的半導體探測器使用時常常需要大量的制冷劑，增加了航天器的負荷；基于MCP探測器由于具有高靈敏度、高時間分辨的特點且可以在常溫下工作而適合于脈沖星導航應用，但是，現有的MCP探測器對低能段復色源探測效率較差，導致整個探測系統的探測效率較低。

為了提高系統的探測效率和觀測信噪比，研究高探測效率的MCP探測器具有重要的意義，為脈沖星導航的應用奠定一定的基礎。

發明內容

為了解決采用MCP探測器探測X射線脈沖需要極長的觀測時間、整個系統的探測效率低的技術問題，本發明的目的是提供一種采用復合式光電陰極探測X射線脈沖的裝置，克服現有技術的不足，以提高對極微弱X射線脈沖的探測效率。

本發明的技術解決方案是：

一種復合式光電陰極X射線探測裝置，其特殊之處在于：包括支撐骨架12，依次設置在支撐骨架內的聚合物薄膜1，蒸鍍在聚合物薄膜上的金屬膜3、蒸鍍在金屬膜3上的透射層光電陰極2和陰極電極4，所述陰極電極4位于透射層光電陰極2和支撐骨架12內壁之間且通過金屬膜3固定在聚合物薄膜1上；

還包括反射層光電陰極6、MCP輸入電極7、絕緣墊5和至少一個電子倍增單元，

所述電子倍增單元包括MCP8和輸出電極9，所述輸出電極9固定在支撐骨架12的底座上，所述MCP8設置在輸出電極9上，所述反射層光電陰極6蒸鍍在最上層MCP8輸入面上，所述MCP輸入電極7位于反射層光電陰極6與支撐骨架12內壁之間且固定在最上層MCP8上；

所述反射層光電陰極6與透射層光電陰極2相對設置，所述絕緣墊5位于陰極電極4和MCP輸入電極7之間，所述陰極電極4和MCP輸入電極7之間的電壓U由外部電源提供。

上述金屬膜的材料為鋁、銅或鉻Cr。

上述聚合物薄膜的材料為聚酰亞胺膜、聚丙烯樹脂或聚碳酸酯。

上述電子倍增單元為兩個，兩個電子倍增單元依次堆疊。

上述透射層光電陰極2和反射層光電陰極6均為CsI光電陰極。

上述透射層光電陰極2和反射層光電陰極6之間的間距d，d≤U/20。

上述支撐骨架的材料為絕緣材料。

上述MCP8為“人”字型級聯；所述MCP8的電子接收陽極是阻抗匹配的微帶線陽極或阻抗匹配的錐形陽極。

本發明所具有的有益效果：

1、本發明采用的一種采用復合式光電陰極探測X射線脈沖的裝置，提高了Ｘ射線脈沖星導航系統的探測效率，拓寬探測Ｘ射線脈沖的能段。

2、本發明保持了MCP探測器基本單元高時間分辨的特點，提高了X射線探測器在1～4keV能段的探測效率。

3、本發明可以根據實際需求調整兩層光電陰極的厚度，隨著入射X射線光子能量的增大而厚度增大。

附圖說明

圖1本發明采用復合式光電陰極探測X射線脈沖的裝置的結構示意圖；