[發明專利]用于大面積GEM探測器安裝制作的滑動式自張緊方法

有效

• 申請號: 201610309767.1
• 申請日: 2016-05-10
• 公開（公告）號: CN106024552B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 周意;尤文豪;唐逸敏
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01J9/00
• 分類號: H01J9/00;H01J47/00
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種制作大面積GEM探測器的方法，尤其涉及一種用于大面積GEM探測器安裝制作的滑動式自張緊方法。

本發明中縮略語和關鍵術語定義：

MPGD：Micro-Pattern Gaseous Detector，微結構氣體探測器；

GEM：Gas Electron Multiplier，氣體電子倍增器；

NS2：No-Stretch No-Spacer自張緊方法。

背景技術

在大型核與粒子物理實驗中，絲室和阻性板室等氣體探測器已經得到了廣泛的應用。但隨著核與粒子物理實驗的發展，對探測器的計數率能力以及位置分辨能力的要求越來越高，這些傳統的氣體探測器已經無法完全滿足實驗要求。借鑒于半導體探測器上的精細加工技術(微刻蝕技術，幾十微米尺度量級)，許多新型的微結構氣體探測器(MPGD)被研發出來以滿足新的實驗需求，這些探測器不僅位置分辨高，計數率能力高，工作穩定，抗輻射能力強，很容易加工成各種形狀，而且造價低廉，很適合大面積的徑跡探測與輻射成像應用。MPGD的代表之一是稱之為電子倍增器的GEM探測器，該探測器除了在核與粒子物理實驗中主要應用于高計數率環境下的徑跡測量和觸發之外，在其他很多領域也有廣闊的應用前景，例如正電子發射斷層掃描，同步輻射裝置上的衍射實驗，熱中子成像，X射線成像，μ子成像等。

現有技術中，制作大面積GEM探測器的方法主要有兩種：

第一種稱為粘膠法，是通過使用環氧樹脂膠將張緊的GEM薄膜粘合在框架上的方法,目前，美國杰弗遜實驗室(Jefferson Lab)的實驗組正在使用這種方法建造有效面積為面積40cm×50cm的GEM探測器用于帶電粒子的徑跡測量；

第二種方法稱為自張緊(NS2)方法，這種方法是把一個結實的外框先固定在漂移電極的基座板上，然后通過旋緊側向螺栓來對GEM膜施加張力，達到繃緊的目的。由于螺栓始終能對薄膜施加足夠的張力，薄膜內部不再需要框架支撐。目前，歐洲核子中心正在使用NS2技術批量生產有效面積為990mm×(220mm—455mm)的梯形GEM探測器用于μ子的觸發。

現有技術一：

粘膠法建造大面積GEM探測器的過程大致分為三個步驟：1)使用一個帶張力測量的夾具把GEM薄膜固定并通過夾具的移動對GEM薄膜施加預定的張力使之張緊，然后將框架粘到張緊的GEM薄膜上。2)重復以上過程直至把所有GEM薄膜都張緊粘牢在框架上。3)最后把探測器的漂移電極，帶框架GEM膜，以及讀出電極粘到一起組成完整的探測器。

現有技術一的缺點：

粘膠法很好的解決了大面積GEM薄膜如何張緊與支撐的問題，但是在將繃緊的GEM薄膜粘到框架上后，需要等待非常長的時間來使粘合劑徹底干燥，導致探測器的建造時間非常長。此外，一旦探測器建造完成，就成為一個不可拆分的整體，如果在使用過程中某個部件出現問題，無法置換出現問題的部件，整個探測器都只能報廢，造成很大的浪費。最后，由于支架的存在，不僅會造成探測器的工作區域內存在死區，而且在一定程度上影響工作氣體的流動，對高計數率環境下的應用有一定的影響。

現有技術二：

如圖1所示，自張緊方法制作大面積GEM探測器主要分為三個步驟：1)把三張膜用墊條固定起來，4個邊的墊條互不相連，可以移動，墊條內部內嵌有螺母。2)將一個結實的外框固定在探測器底板上，然后用穿過外框的螺栓與墊條中的螺母相連，旋轉螺栓將膜朝外框拉緊。3)裝上讀出電極，完成整個探測器的安裝。由于螺栓始終能對薄膜施加足夠的張力，薄膜內部不再需要支撐框架支撐。此外，自張緊方法制作的大面積GEM探測器可以反復快速拆卸，并且探測器的任何部分都可以置換，很好的避免了粘膠法的幾個缺點。

現有技術二的缺點：

自張緊方法在制作尺寸在米級以下的探測器時顯示出強大的優越性。但是當探測器尺寸超過1米以后，開始出現幾個明顯的問題：1)膜的受到的張力開始變得不均勻，膜的邊緣部分容易出現皺褶。2)邊框上用于讓螺栓通過的側孔的漏氣開始變得嚴重，探測器的氣密性變差。3)以上兩種問題都會隨著尺寸的進一步增大而變得越發明顯，當探測器增大到一定程度(視螺栓規格，邊框厚度以及探測器具體設計而定)時甚至會出現螺栓被邊框卡死而無法將膜張緊的情況。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于大面積GEM探測器安裝制作的滑動式自張緊方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：