[發明專利]中性原子成像單元、成像儀、成像方法及空間探測系統

有效

• 申請號: 201811548420.8
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109613594B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 宗秋剛;王玲華;鄒鴻;王永福;陳鴻飛;施偉紅;于向前;周率
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01T1/24
• 分類號: G01T1/24
• 代理公司: 北京漢之知識產權代理事務所(普通合伙) 11479
• 代理人: 陳敏

本發明提供一種中性原子成像單元、成像儀、成像方法及空間探測系統，中性原子成像單元包括至少一組探測單元，至少一組探測單元包括：至少一個半導體探測器線陣列；以及設置在至少一個所述半導體探測器線陣列的前方并且與至少一個所述半導體探測器線陣列一一對應設置的至少一個調制柵格，調制柵格對入射的中性原子進行傅里葉變換；半導體探測器線陣列的方向與所述調制柵格的狹縫方向一致。本發明首次將柵格成像技術應用于中性原子探測及成像領域，大大提高了中性原子的成像效率，縮短了成像所需的時間，提高了中性原子成像探測的計數率。本發明的中性原子成像方法，不會受到空間極紫外/紫外輻射的影響，獲得更好的成像效果。

技術領域

本申請涉及中性原子成像領域，具體涉及一種中性原子成像單元、成像儀、成像方法及空間探測系統。

背景技術

整體觀察和全球成像己成為有希望解決地球空間物理問題的重要的發展途徑之一。由于環電流離子與地冕熱粒子成分的電荷交換過程中會產生能量中性原子(ENA)，而ENA不受磁場束縛，可沿直線以最初的能量離子的速度離開源區。因此遙測ENA成像也為區分空間等離子體的時間和空間變化提供了新的機會。

但是空間中性原子探測技術發展的道路并不平坦。空間中存在的極強極紫外/紫外輻射(EUV/UV)背景是進行可靠的ENA測量的最大障礙。空間界在空間中性原子探測技術領域做了不懈的努力。

對空間ENA通量直接實地觀測的最初嘗試是1968年4月25日的火箭搭載試驗。第一個ENA探測儀器的技術基于SSD的薄膜剝離技術(foil-stripping)，使ENA重新成為帶正電粒子，然后對新產生的正電粒子進行分析。隨后的ENA探測技術發展是增加一個衍射過濾器，把極紫外/紫外輻射的背景過濾掉，以提高傳感器的ENA與EUV/UV光子的比率。然而，由于空間極紫外/紫外輻射極強，衍射過濾器把極紫外/紫外輻射衰減10萬倍的同時，中性成分的通量也會下降20倍。因此，這個問題依然沒有得到很好的解決。

由于現在低能的ENA探測器大多都是利用通道倍增器和微通道板加衍射過濾器做成的，而這些ENA探測器依然受到紫外輻射的嚴重影響，幾乎沒有得到有科學價值的近地空間低能ENA探測結果。

發明內容

為了解決現有技術中ENA成像的上述問題，本發明提供一種柵格成像單元、中性原子成像儀、成像系統及成像方法。由此使得ENA探測器不受極強極紫外/紫外輻射的影響，實現高時空高分辨率的中性原子成像技術。

根據本發明的第一方面，提供中性原子成像單元，包括至少一組探測單元，至少一組探測單元包括：

至少一個半導體探測器線陣列；以及

至少一個調制柵格，設置在至少一個所述半導體探測器線陣列的前方并且與至少一個所述半導體探測器線陣列一一對應設置，所述調制柵格對入射的中性原子進行傅里葉變換；

其中，所述半導體探測器線陣列的方向與所述調制柵格的狹縫方向一致所述調制柵格包括單層調制多重狹縫柵格，所述多重狹縫柵格包括周期性排列的非均勻柵格，在每個排列周期中，所述柵格之間的狹縫寬度非均勻地漸變。

可選地，在與所述調制柵格的狹縫方向垂直的方向上，所述調制柵格在45°范圍內對所述中性原子的入射方向進行傅里葉變化。

可選地，每個所述半導體探測器線陣列包括多個硅半導體探測器，所述半導體探測器線陣列的大小介于150mm×45mm～180mm×60mm，所述半導體探測器線陣列與所述調制柵格之間的距離介于10mm～15mm。

可選地，所述硅半導體探測器的靈敏區的表面附鍍有多晶硅層及附鍍在所述多晶硅層上的鋁層，所述多晶硅的厚度介于所述鋁層的厚度介于

可選地，