[發明專利]一種高性能繆子自旋探測器

在審

• 申請號: 202010454166.6
• 申請日: 2020-05-26
• 公開（公告）號: CN111505697A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 潘子文;董靖宇;倪曉杰;葉邦角
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01T1/203
• 分類號: G01T1/203;G01T1/208;G01T7/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 顧煒

本發明公開了一種高性能繆子自旋探測器，包括小尺寸方形塑料閃爍體(1)、長的彎曲形光導(2)、帶有方形孔的臺階形圓柱光導固定座(3)、管套(5)、光電倍增管(10)及光電倍增管偏壓電路(14)。本發明使用帶有方形孔的臺階形圓柱光導固定座耦合長的彎曲形光導和光電倍增管，相比傳統的將光導尾部加工成圓臺形結構的方法，極大降低了加工難度，而且降低了對信號輸出幅度的影響，以及進一步提高了蔽光性能；使用特殊的磁屏蔽設計，可以屏蔽至少60Gs的外加磁場，降低了外部磁場的影響，可以使繆子自旋探測器應用于需要外加磁場的場景；光電倍增管與管套之間使用支撐座和彈簧連接的方式，能使光電倍增管端面和長的彎曲形光導尾部耦合緊密，使光電倍增管在管套內固定良好，同時底蓋的螺紋鉚合設計能保證蔽光良好。

技術領域

本發明主要應用于繆子自旋譜學應用領域，也涉及使用塑料閃爍體的粒子探測或核探測領域，具體涉及一種高性能繆子自旋探測器。

背景技術

繆子自旋譜學(muon spin rotation/relaxation/resonance spectroscopy，簡稱μSR譜學)是研究超導、磁性材料、半導體材料、鋰電池、化學反應等領域與磁性和分子動力學相關的重要學科。該學科以高度自旋極化的繆子為磁探針與材料局域磁場相互作用，并通過探測器陣列探測繆子衰變產生正電子的非對稱分布以實現對材料局域磁性或者與之相關屬性的表征。

μSR譜學依賴于加速器繆子源，而繆子源需要使用質子束打靶產生，因而μSR實驗平臺一般建在具有高能質子束的散裂中子源上。國際上正式運營的繆子源共有四處，其中英國盧瑟福·阿普爾頓實驗室的ISIS中子與繆子源使用“塑料閃爍體+長光導+光電倍增管”的繆子自旋探測器結構搭建陣列化μSR譜儀。其相關發表文獻中只報道了不同類型繆子自旋探測器的尺寸，并未對探測器的封裝、蔽光處理和光電倍增管的磁屏蔽處理對輸出信號的信噪比影響進行報道。

目前，國內首個散裂中子源—中國散裂中子源(CSNS)初步建成，基于CSNS的中國首個實驗繆子源(EMuS)尚在概念設計階段，并將在CSNS II期升級工程中動工建設。因此，當前國內在μSR譜學和與之相關的繆子自旋探測器建設與運行方面尚處空白。

針對EMuS進行μSR譜學應用的現實需求，圍繞繆子自旋探測器的結構，研發最佳的閃爍體與光導封裝與蔽光以及光電倍增管磁屏蔽方案，盡可能增加探測器輸出信號的幅度，以提高信噪比和高低能正電子信號區分能力，從而保證μSR譜儀高性能運行。

發明內容

本發明旨在針對國內在μSR譜儀搭建方面的研究空白，提供了一種高輸出信號幅度、高信噪比、正電子高低能量區分能力良好和蔽光性好的高性能繆子自旋探測器。

本發明采用的技術方案為：一種高性能繆子自旋探測器，包括小尺寸方形塑料閃爍體1、長的彎曲形光導2、帶有方形孔的臺階形圓柱光導固定座3，其中長的彎曲形光導的尾部伸入帶有方形孔的臺階形圓柱光導固定座3內并用不透明膠水粘合以固定長的彎曲形光導和完全蔽光；同時，還包括管套5，光電倍增管10、光電倍增管偏壓電路14、坡莫合金圓筒16、臺階形絕緣圓筒15、光電倍增管偏壓電路支撐座11、接頭固定座12以及底蓋6；臺階形絕緣圓筒15套在光電倍增管10外并用螺絲固定，坡莫合金圓筒16套在臺階形絕緣圓筒15上，坡莫合金圓筒16伸出光電倍增管10長度外三分之一以盡可能屏蔽外磁場，而臺階形絕緣圓筒15起到在坡莫合金圓筒16和光電倍增管10之間支撐和絕緣的作用；光電倍增管偏壓電路支撐座11是杯形空心結構，既能支撐光電倍增管偏壓電路14，又能讓光電倍增管偏壓電路14上的導線從空心處伸出；SHV接頭8和BNC接頭7固定在接頭固定座12上，該接頭固定座12與光電倍增管偏壓電路支撐座11直接用長螺絲和彈簧13連接；管套5頭部車有內螺紋9，帶有方形孔的臺階形圓柱光導固定座3伸入管套5內使長的彎曲形光導2尾部和光電倍增管10端面即光陰極所在位置耦合時，通過帶有方形孔的臺階形圓柱光導固定座3的外螺紋4和管套5頭部的內螺紋9螺紋連接，既能連接緊密，又能完全蔽光。