[發(fā)明專利]一種龍蝦眼空間X射線探測器

有效

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• 申請日: 2015-07-28
• 公開（公告）號: CN105093257B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許劍鋒;孫權(quán)權(quán);吳忠鼎;陳肖
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01T1/202
• 分類號: G01T1/202
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于探測空間X射線的探測器，具體涉及一種龍蝦眼空間X射線探測器，適合于大視場X射線的探測成像。

背景技術(shù)

X射線是一種具有透射能力的電磁波，同時也是研究很多物理現(xiàn)象的信息載體。目前，X射線被廣泛應(yīng)用于天文物理研究、醫(yī)療檢測、材料分析、工業(yè)探傷、安檢等諸多領(lǐng)域。

在宇宙環(huán)境中存在的大量X射線會對衛(wèi)星等航天器的導(dǎo)航產(chǎn)生干擾，收集分析X射線，克服X射線對于導(dǎo)航系統(tǒng)的干擾對于航天器的穩(wěn)定運行具有重要意義。目前發(fā)展的一種新型的X射線脈沖星定位系統(tǒng)就是通過對脈沖星發(fā)出的微弱X射線進行探測分析，使航天器擺脫對人工信標(biāo)的依賴，實現(xiàn)無源定位，同時為航天器提供準(zhǔn)確的位姿和速度信息。

天體物理研究是宇宙研究的重要內(nèi)容，分析X射線等高能射線是研究天體物理的重要手段。但是，宇宙射線的空間來源廣，小視場的射線收集分析無法滿足對大范圍空間內(nèi)射線進行同時探測分析的要求，現(xiàn)有的X射線探測設(shè)備的空間視場很小(視場只有幾度)，因此研制具有視場角＞10°的大視場X射線探測分析能力的探測成像裝備對提高空間X射線研究水平具有重要意義。

基于龍蝦眼光學(xué)結(jié)構(gòu)的射線探測器是實現(xiàn)大視場射線探測的關(guān)鍵部件，其中一體式弧形框架采用的是球殼結(jié)構(gòu)，整個結(jié)構(gòu)高度對稱，所有的通道沒有特定的光軸，對各個方向的光線具有相同的聚焦能力，具有視場大、分辨率高、聚焦能力強的特點。現(xiàn)有龍蝦眼光學(xué)系統(tǒng)探測器采用的是在圓形硅晶片表面精密刻槽，在硅片表面鍍膜，之后將硅片正交拼接構(gòu)成三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)龍蝦眼光學(xué)系統(tǒng)探測器，詳細見美國物理光學(xué)公司公開號為CN 101287985 A以及湖北久之洋紅外系統(tǒng)有限公司公開號為CN 102288627 A的兩個專利。

但是這種組裝結(jié)構(gòu)存在著拼接困難、剛度不足的問題，對光線在其中的反射聚焦有較大影響。探測到的X射線會被閃爍材料轉(zhuǎn)換為可見光子，而這些光子群在進行傳遞時，現(xiàn)有的裝置是采用固體纖維光錐將光子耦合到CCD，因此存在著漏光的可能，造成傳遞損失，最終降低對射線的探測效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種龍蝦眼空間X射線探測器，解決現(xiàn)有基于龍蝦眼光學(xué)原理的X射線探測器因采用插片式探測結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)剛度不足問題以及光在傳導(dǎo)過程中的漏光問題，以提高探測器的結(jié)構(gòu)剛度，降低光在耦合傳導(dǎo)過程中的損失。

本發(fā)明所提供的一種龍蝦眼空間X射線探測器，包括弧形框架、閃爍晶體、光導(dǎo)材料和光傳感器陣列，其特征在于：

所述弧形框架為一體式的球殼體，包括上球面和下球面，所述上球面和下球面的球心相同，上球面半徑大于下球面半徑；

所述弧形框架上具有多個沿所述上球面呈圓形或矩形陣列均勻分布的徑向的錐形通孔，各錐形通孔形狀、尺寸完全相同，均為倒置的方棱臺，各錐形通孔之間的隔壁壁厚相等，各錐形通孔的上孔口位于所述上球面上，各錐形通孔的下孔口位于所述下球面上，且各錐形通孔中心軸線的延長線交于所述上球面和下球面的公共球心；

所述各錐形通孔內(nèi)均扦插有閃爍晶體，各閃爍晶體形狀、尺寸完全相同，均為倒置的方棱臺，所述閃爍晶體完全插入錐形通孔后，閃爍晶體的上底面與錐形通孔的上孔口平齊，閃爍晶體的下底面與錐形通孔的下孔口保持一定距離，其中填充有光導(dǎo)材料；

所述閃爍晶體應(yīng)經(jīng)過表面拋光處理；

所述光傳感器陣列由多個光電檢測器排布成陣列構(gòu)成，光傳感器陣列與閃爍晶體間經(jīng)光導(dǎo)材料耦合，光傳感器陣列尺寸大于且完全包絡(luò)各錐形通孔下孔口在下球面的邊緣。

所述的龍蝦眼空間X射線探測器，其特征在于：

當(dāng)所述弧形框架上具有多個沿所述上球面呈圓形陣列均勻分布的徑向的錐形通孔時，所述弧形框架的視場角θ₀為10°～120°；視場角θ₀為處于圓形陣列中距離最大的兩個錐形通孔最外側(cè)側(cè)壁之間夾角；

當(dāng)所述弧形框架上具有多個沿所述上球面呈矩形陣列均勻分布的徑向的錐形通孔時，所述弧形框架的行視場角θ₁為10°～120°；行視場角θ₁為處于矩形陣列中距離最大的兩列錐形通孔中位于同一行的兩個錐形通孔最外側(cè)側(cè)壁之間夾角；所述弧形框架的列視場角θ₂為10°～120°；列視場角θ₂為處于矩形陣列中距離最大的兩行錐形通孔中位于同一列的兩個錐形通孔最外側(cè)側(cè)壁之間夾角；

各錐形通孔的錐頂角α為0.1°～3°，錐頂角為錐形通孔的相對側(cè)面之間夾角；