[發(fā)明專利]基于疊層碲鋅鎘的高能質(zhì)子探測(cè)探頭的設(shè)計(jì)方法以及探測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211202167.7
• 申請(qǐng)日: 2022-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN115542373A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王濤;邢雨晗;殷子昂;趙清華;查剛強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01T1/24
• 分類號(hào): G01T1/24
• 代理公司: 西安匠星互智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61291
• 代理人: 華金

本發(fā)明公開了基于疊層碲鋅鎘的高能質(zhì)子探測(cè)探頭的設(shè)計(jì)方法以及探測(cè)方法，具體涉及能量為100Mev的質(zhì)子探測(cè)，屬于空間粒子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。所述方法步驟如下：(1)疊層碲鋅鎘探頭的靜電屏蔽材料的篩選；(2)通過蒙特卡洛算法的SRIM軟件包中的TRIM模塊進(jìn)行疊層碲鋅鎘半導(dǎo)體的層數(shù)以及尺寸計(jì)算；(3)通過有限元軟件ComsolMultiphysics中的AC/DC靜電模塊進(jìn)行疊層碲鋅鎘探測(cè)器的電極結(jié)構(gòu)與尺寸的模擬計(jì)算；(4)通過每一層碲鋅鎘探測(cè)器與一個(gè)前置放大器連接，再將信號(hào)輸入到相加電路中進(jìn)行信號(hào)的疊加，再通過主放大器、多道、計(jì)算機(jī)進(jìn)行能譜的采集。所述方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)高能質(zhì)子進(jìn)行探測(cè)，且能量分辨率高，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，方法切實(shí)可行，可為空間探測(cè)活動(dòng)服務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間粒子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于疊層碲鋅鎘的高能質(zhì)子探測(cè)探頭的設(shè)計(jì)方法及探測(cè)方法。

背景技術(shù)

空間粒子探測(cè)是人類開展航天活動(dòng)的保障，也是人類認(rèn)識(shí)和研究太空，向宇宙空間進(jìn)軍的首要條件。在輻射帶中，高能質(zhì)子的壽命長(zhǎng)達(dá)8000年，目前，對(duì)輻射帶是定性統(tǒng)計(jì)分析工作，而內(nèi)輻射帶高能粒子的損失機(jī)制和過程，特別是地磁暴期間內(nèi)輻射帶高能粒子通量的變化仍需進(jìn)一步的研究，通過對(duì)輻射帶內(nèi)粒子的通量、能量及分布的監(jiān)測(cè)，可以更清楚地了解輻射帶高能粒子的產(chǎn)生和損失過程，為定量計(jì)算各種狀態(tài)下輻射帶高能粒子通量的變化奠定基礎(chǔ)。

碲鋅鎘探測(cè)探頭具有體積小、室溫可應(yīng)用、不易損壞的優(yōu)點(diǎn)，但目前的碲鋅鎘探測(cè)探頭主要用于X射線、γ射線的探測(cè)，在帶電粒子的測(cè)量中應(yīng)用較少。帶電粒子的探測(cè)要求碲鋅鎘探測(cè)探頭具有高的能量分辨率，工作可靠性高，適用性強(qiáng)等要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決傳統(tǒng)的碲鋅鎘探測(cè)探頭僅可對(duì)X射線、γ射線的探測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高能質(zhì)子進(jìn)行探測(cè)，且能量分辨率高，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，方法切實(shí)可行，可為空間探測(cè)活動(dòng)服務(wù)，本發(fā)明提出基于疊層碲鋅鎘的高能質(zhì)子探測(cè)探頭的設(shè)計(jì)方法及探測(cè)方法，具體涉及的能量為100Mev的質(zhì)子的探測(cè)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于疊層碲鋅鎘的高能質(zhì)子探測(cè)探頭的設(shè)計(jì)方法，所述高能質(zhì)子探測(cè)探頭包括若干探測(cè)單元、靜電屏蔽層1、金屬外殼16、底座9、若干前置放大電路和相加電路；金屬外殼16兩端開口，上方連接靜電屏蔽層1，下方內(nèi)部設(shè)有底座9；金屬外殼16內(nèi)部平行放置若干探測(cè)單元,豎直放置若干前置放大電路；若干探測(cè)單元之間、若干前置放大電路單元之間均不接觸；相加電路位于金屬外殼16內(nèi)部且置于底座9上，底座9下方設(shè)有雷默接口，且雷默接口通過線纜與相加電路連接；前置放大電路與相加電路連接；

所述設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

步驟1：靜電屏蔽層的材料選擇：選擇材料表面電阻率小于1×10⁴Ω/m²或體積電阻率不超過1×10³Ω·cm的材料；

步驟2：探測(cè)單元的設(shè)計(jì)：所述探測(cè)單元為若干碲鋅鎘探測(cè)器，基體為碲鋅鎘半導(dǎo)體，外部設(shè)有電極，對(duì)碲鋅鎘半導(dǎo)體和電極分別進(jìn)行設(shè)計(jì)；其中碲鋅鎘探測(cè)器數(shù)量需保證入射質(zhì)子在結(jié)束時(shí)能夠剛好落于最后一層碲鋅鎘探測(cè)器中。

本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案為：所述步驟2中，對(duì)碲鋅鎘半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)為：半導(dǎo)體的密度為5.8g/cm³，且Cd：Zn：Te為0.9：0.1：1；厚度為1-5mm。

本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案為：步驟2中，碲鋅鎘探測(cè)器的半導(dǎo)體電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括以下步驟：

步驟2.1：在碲鋅鎘的電極處添加工作面，將工作面視為電極，對(duì)陽極和陰極分別施加電壓,網(wǎng)格劃分方式采用自動(dòng)劃分為特別細(xì)化；提取中截面的電場(chǎng)分布和電勢(shì)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出；

步驟2.2：根據(jù)步驟2.1得到的中截面的電場(chǎng)分布和電勢(shì)分布的數(shù)據(jù)，判斷合適的電極結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案為：所述步驟2.1中，陰極面接0V，陽極面加高壓。