一種空間高能電子探測器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種空間高能電子探測器。使用本發明能夠對空間3.0～30.0MeV的高能電子進行探測。本發明的空間高能電子探測器，包括探頭外殼、擋光片、半導體探測器I、半導體探測器II和半導體探測器III、一塊CsI(Tl)閃爍體和兩塊光電二極管，將金硅面壘探測器和CsI(Tl)探測器進行組合，并利用光電二極管來耦合CsI(Tl)探測器。一方面，由于CsI(Tl)探測器易加工，可以制作厚度很大的傳感器，能滿足對高能量電子的探測需求；另一方面，與光電倍增管相比，采用光電二極管耦合CsI(Tl)探測器，可大大減小探測器的體積和重量，這對星用載荷來說具有重要的工程意義。
【專利說明】一種空間高能電子探測器
【技術領域】
[0001]本發明涉及空間帶電粒子探測【技術領域】，具體涉及一種空間高能電子探測器，可探測空間3.0?30MeV電子的通量。
【背景技術】
[0002]高能電子是空間輻射環境的重要組成部分之一，其是造成航天器電子系統及電子元器件輻射損傷的重要因素之一。自空間探測活動開始，空間高能電子就成為空間探測的重要對象之一。50多年來，人們發射了許多個帶電粒子探測器對空間中的高能電子進行了探測和研究，獲得了一些關于空間高能電子的數據。
[0003]然而，由于空間環境的可變性，人們對空間高能電子的認識還比較有限，需要持續不斷地對空間高能電子進行探測和研究。通過對空間高能電子的探測，進一步了解和掌握其在空間環境中的能量分布、通量及變化規律，從而為航天器電子系統及電子元器件的設計和防護提供參考。因此，空間高能電子的探測具有重要的工程意義。
[0004]國內對空間高能電子也開展了一些探測，但是探測的能量范圍及探測的精細程度還比較有限，如實踐五號衛星上搭載的高能帶電粒子探測器，其所能探測的電子的能量范圍為0.15?5.7MeV。嫦娥飛船上搭載的高能帶電粒子探測器，其所能探測的電子的能量范圍為彡0.1MeV和彡2.0MeV，能道劃分比較粗。
[0005]此外，以往在空間高能電子探測器的設計中，多選用金硅面壘探測器和硅(鋰)漂移探測器組合或金硅面壘探測器和高純鍺探測器的組合。然而，這樣的設計存在一些不足。由于工藝的限制，硅(鋰)漂移探測器的厚度無法做的很大，只有幾個毫米左右，無法滿足高能量電子的探測需求。高純鍺探測器的厚度可以做得較大，但是其噪聲本底較大，應用時需要用液氮對探測器進行冷卻，限制了其應用的范圍。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明提供了一種間高能電子探測器，能夠滿足對高能量電子的探測需求，對空間3.0?30.0MeV的高能電子進行探測。
[0007]本發明的空間高能電子探測器，包括探頭外殼、擋光片、半導體探測器1、半導體探測器II和半導體探測器II1、一塊CsI (Tl)閃爍體和兩塊光電二極管；
[0008]其中，擋光片為圓形鍍鋁薄膜；半導體探測器II和半導體探測器I為全耗盡型金硅面壘探測器；CsI (Tl)閃爍體為圓柱體，CsI (Tl)閃爍體的外圓周面上加工出兩個平行的安裝平面分別固定安裝光電二極管；半導體探測器III為部分耗盡型金硅面壘探測器；
[0009]擋光片、半導體探測器1、半導體探測器I1、CsI(Tl)閃爍體和半導體探測器III按照上下次序同軸固定安裝在探頭殼體內部；
[0010]信號線纜一端與半導體探測器II1、半導體探測器I1、半導體探測器1、2個光電二極管連接，一端與信號輸出接口連接。
[0011]其中，擋光片厚1.2mm,面積為2.5?3.0cm2 ;半導體探測器II和半導體探測器I厚500?700 μ m,面積為2.0?2.5cm2 ；CsI (Tl)閃爍體高度為6.3cm,上、下表面積為3.0?4.0cm2 ;半導體探測器III厚300?500 μ m,面積為4.0?5.0cm2 ；
[0012]其中，擋光片距探頭外殼上端面0.5cm ;半導體探測器I與擋光片的距離為0.5?1.0cm ;半導體探測器I和半導體探測器II的間距為8.0?9.5cm ;半導體探測器II與CsI (Tl)閃爍體上表面間距1.0?1.5cm ；CsI (Tl)閃爍體下表面與半導體探測器III上表面間距1.0?1.5cm ;半導體探測器III與探頭外殼底部間距為0.5?1.0cm。
[0013]其中，2個光電二極管長為1.5?2.0cm，寬1.0?1.5cm ;CsI (Tl)閃爍體外圓周面上的安裝平面的長度為1.5?2.0cm，寬度為LO?L 5cm，距CsI (Tl)閃爍體上表面0cm，距CsI (Tl)閃爍體下表面4.3?4.8cm ;2個光電二極管通過環氧樹脂分別牢固粘結在CsI(Tl)閃爍體的安裝平面上。
[0014]半導體探測器III和其上方的兩塊L型支架通過螺釘固定安裝在探頭外殼的底板上；CsI (Tl)閃爍體固定安裝在半導體探測器III上方的兩塊L型支架上，CsI (Tl)閃爍體的上方安裝兩塊L型支架，4個L型支架通過螺釘與探頭外殼固定連接；半導體探測器11通過2個螺釘固定在CsI (Tl)閃爍體上方的2塊L型支架上，半導體探測器I通過螺釘固定在圓環形支架的上端面，然后整體安裝在半導體探測器II的上方；擋光片通過螺釘固定在探頭外殼的上端面，然后整體安裝在半導體探測器I的上方。
[0015]L型支架水平方向的長度為1.5?2.0cm,高為1.5?2.0cm,厚度0.5?0.8cm,材料為鋁。
[0016]進一步地，在圓環形支架和探頭外殼之間安裝兩塊環形的緊固彈片。
[0017]有益效果:
[0018]本發明將金硅面壘探測器和CsI (Tl)探測器進行組合，并利用光電二極管來耦合CsI(Tl)探測器。一方面，由于CsI (Tl)探測器易加工，可以制作厚度很大的傳感器，能滿足對高能量電子的探測需求；另一方面，與光電倍增管相比，采用光電二極管耦合CsI(Tl)探測器，可大大減小探測器的體積和重量，這對星用載荷來說具有重要的工程意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為空間高能電子探測器結構示意圖。
[0020]圖2為空間高能電子探測器電子學系統示意圖。
[0021]其中，1-螺孔，2-探頭外殼，3-擋光片，4-半導體探測器1，5_緊固彈片，6-圓環形支架，7-半導體探測器II，8-L型支架，9-CsI (Tl)閃爍體，10-光電二極管，11-半導體探測器III，12-探測器的信號輸出接口，13-線纜走線孔，14-探頭輸出信號接口，15-信號線纜；16-電荷靈敏前置放大器I，17-成形放大器I，18-閾值鑒別器I，19-計數器I，20-存貯器，21-電荷靈敏前置放大器II，22-成形放大器II，23-閾值鑒別器II，24-計數器II，25-電荷靈敏前置放大器III，26-求和放大器，27-成形放大器III，28-閾值鑒別器III，29-計數器III，30-電荷靈敏前置放大器IV，21-成形放大器IV，32-閾值鑒別器IV，33-計數器IV0
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0023]本發明提供了一種空間高能電子探測器，如圖1所示，包括探頭外殼2、擋光片3、三塊半導體探測器(從上到下依次為半導體探測器I 4、半導體探測器II 7和半導體探測器III 11)、一塊CsI (Tl)閃爍體9和兩塊光電二極管10，其中，探頭外殼2為中空的柱體，擋光片3、半導體探測器I 4、半導體探測器II 7、CsI (Tl)閃爍體9和半導體探測器III 11從上到下依次同軸安裝在探頭外殼2的內部。
[0024]其中，檔光片3為厚1.2mm的圓形鍍鋁薄膜，面積為2.5?3.0cm2，其能阻擋能量低于3.0MeV的電子。
[0025]半導體探測器II 7和半導體探測器I 4為全耗盡型金硅面壘探測器，厚500?700 μ m,面積為2.0?2.5cm2。半導體探測器I 4與擋光片3的距離可選擇為0.5?1.0cm。半導體探測器I 4和半導體探測器II 7的間距可選擇為8.0?9.5cm，這樣可使探測器的幾何因子維持在0.044cm2.sr左右，有效防止了大量粒子同時進入探測器而導致的探測器飽和。
[0026]CsI(Tl)閃爍體9是圓柱體，高度為6.3cm，上、下表面積為3.0?4.0cm2，用于高能電子沉積。在CsI (Tl)閃爍體9的外圓周面上加工出兩個平行的安裝平面，該安裝平面的長度可選為1.5?2.0cm,寬度為1.0?1.5cm,用于安裝光電二極管10。2個光電二極管完全一致，其長度為1.5?2.0cm,寬度為1.0?1.5cm。通過環氧樹脂分別將兩個光電二極管緊密粘結在CsI (Tl)閃爍體9的兩個安裝平面上。
[0027]半導體探測器III 11為部分耗盡型金硅面壘探測器，厚300?500 μ m，面積為
4.0?5.0cm2，用于探測能量大于30.0MeV的高能電子。30.0MeV以上的高能電子會穿透CsI(Tl)閃爍體9到達半導體探測器III 11。
[0028]其中，探頭外殼2材料為銅，壁厚0.5?0.6cm,底面直徑6.0?7.0cm,高12.0?14.0cm0
[0029]擋光片3、半導體探測器I 4、半導體探測器II 7、CsI (Tl)閃爍體9、半導體探測器III 11按照上下次序同軸安裝，并通過螺釘、緊固彈片、L型緊固件之間的相互連接，最終緊固在探測器外殼上。具體安裝過程如下:
[0030]半導體探測器III 11和其上方的兩塊L型支架8通過螺釘I固定安裝在探頭外殼2的底板上，半導體探測器III 11與探頭外殼2底部間距為0.5?1.0cm。L型支架8水平方向的長度為1.5?2.0cm,高為1.5?2.0cm,厚度0.5?0.8cm,材料為招。
[0031]CsI(Tl)閃爍體9固定安裝在半導體探測器III 11上方的兩塊L型支架8上，CsI(Tl)閃爍體9下表面與半導體探測器III 11上表面間距1.0?1.5cm;同時，CsI (Tl)閃爍體9的上方安裝兩塊L型支架8，用于固定CsI (Tl)閃爍體9，4個L型支架8通過螺釘I與探頭外殼2固定連接。在CsI (Tl)閃爍體9的外圓周面上，加工出兩個平行的安裝平面，每個安裝平面的長度可選為1.5?2.0cm,寬度為1.0?1.5cm,距CsI (Tl)閃爍體9上表面Ocm,距CsI (Tl)閃爍體9下表面4.3?4.8cm, 2個光電二極管10通過環氧樹脂分別牢固粘結在CsI (Tl)閃爍體9的兩塊安裝平面上，光電二極管10長為1.5?2.0cm，寬L O ?L 5cm。
[0032]半導體探測器II 7通過2個螺釘固定在CsI (Tl)閃爍體9上方的2塊L型支架8上，與CsI (Tl)閃爍體9上表面間距1.0?1.5cm。半導體探測器I 4通過螺釘固定在圓環形支架6的上端面,然后整體安裝在半導體探測器II 7的上方，圓環形支架6高7.5?9.0cm，壁厚0.5cm，材料為鋁合金。半導體探測器I 4與半導體探測器II 7間距8.0?9.5cm。為保證圓環形支架6的穩固性,在圓環形支架6的側面和探頭外殼2的側壁間安裝兩塊環形的緊固彈片5，環形固定彈片5與圓環形支架6和探頭外殼2的側壁緊密接觸。
[0033]擋光片3通過螺釘固定在探頭外殼2的上端面，然后整體安裝在半導體探測器I 4的上方。擋光片3距探頭外殼2上端面0.5cm，距半導體探測器I 40.5?1.0cm0
[0034]帶電粒子在半導體探測器III 11、半導體探測器II 7、半導體探測器I 5中產生的信號分別通過信號線纜15傳輸到探頭的信號輸出接口 14中；CsI (Tl)閃爍體9中產生的光信號通過光電二極管10耦合轉換為電荷信號后，通過信號線纜15傳輸到探頭的信號輸出接口 14中。半導體探測器I 4中產生的信號依次通過電荷靈敏前置放大器I 16、成形放大器I 17、閾值鑒別器I 18和計數器I 19，最后傳輸到存貯器20;半導體探測器II 7中產生的信號依次通過電荷靈敏前置放大器II 21，成形放大器II 22，閾值鑒別器II 23和計數器II 24，最后傳輸到存貯器20 ；CsI (Tl)閃爍體9中產生的光信號通過光電二極管10耦合轉換為電荷信號后，依次通過電荷靈敏前置放大器III 25，求和放大器26，成形放大器III 27，閾值鑒別器III 28和計數器III 29，最后傳輸到存貯器20 ;半導體探測器III11中產生的信號依次傳輸到電荷靈敏前置放大器IV 30，成形放大器IV 31，閾值鑒別器IV32和計數器IV 33，最后傳輸到存貯器20，如圖2所示。
[0035]綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種空間高能電子探測器，其特征在于，包括探頭外殼(2)、擋光片(3)、半導體探測器I (4)、半導體探測器II (7)和半導體探測器III (11)、一塊CsI (Tl)閃爍體(9)和兩塊光電二極管(10)； 其中，擋光片(3)為圓形鍍鋁薄膜；半導體探測器II (7)和半導體探測器1(4)為全耗盡型金硅面壘探測器；CsI (Tl)閃爍體(9)為圓柱體，CsI (Tl)閃爍體(9)的外圓周面上加工出兩個平行的安裝平面分別固定安裝光電二極管(10);半導體探測器III (11)為部分耗盡型金硅面壘探測器； 擋光片(3)、半導體探測器I (4)、半導體探測器II (7) XsI (Tl)閃爍體(9)和半導體探測器III (11)按照上下次序同軸固定安裝在探頭殼體(2)內部； 信號線纜(15) —端與半導體探測器111(11)、半導體探測器11(7)、半導體探測器I (5)、2個光電二極管(10)連接，一端與信號輸出接口(14)連接。
2.如權利要求1所述的空間高能電子探測器，其特征在于，擋光片(3)厚1.2mm，面積為2.5?3.0cm2 ;半導體探測器II (7)和半導體探測器I (4)厚500?700 μ m,面積為2.0?2.5cm2 ；CsI (Tl)閃爍體(9)高度為6.3cm,上、下表面積為3.0?4.0cm2 ;半導體探測器 III(Il)厚 300 ?500 μ m，面積為 4.0 ?5.0cm2 ； 其中，擋光片(3)距探頭外殼(2)上端面0.5cm;半導體探測器I (4)與擋光片(3)的距離為0.5?1.0cm ;半導體探測器I⑷和半導體探測器II (7)的間距為8.0?9.5cm ;半導體探測器II⑵與CsI (Tl)閃爍體(9)上表面間距1.0?1.5cm ；CsI (Tl)閃爍體(9)下表面與半導體探測器III (11)上表面間距1.0?1.5cm ;半導體探測器III (11)與探頭外殼⑵底部間距為0.5?1.0cm0
3.如權利要求2所述的空間高能電子探測器，其特征在于，2個光電二極管(10)長為1.5?2.0cm,寬1.0?1.5cm ；CsI (Tl)閃爍體(9)外圓周面上的安裝平面的長度為1.5?2.0cm,寬度為1.0?1.5cm，距CsI (Tl)閃爍體(9)上表面0cm，距CsI (Tl)閃爍體(9)下表面4.3?4.8cm ;2個光電二極管(10)通過環氧樹脂分別牢固粘結在CsI (Tl)閃爍體(9)的安裝平面上。
4.如權利要求2所述的空間高能電子探測器，其特征在于，半導體探測器III(Il)和其上方的兩塊L型支架(8)通過螺釘(I)固定安裝在探頭外殼(2)的底板上；CsI(Tl)閃爍體(9)固定安裝在半導體探測器III (11)上方的兩塊L型支架(8)上，CsI (Tl)閃爍體(9)的上方安裝兩塊L型支架(8)，4個L型支架(8)通過螺釘(I)與探頭外殼(2)固定連接；半導體探測器II (7)通過2個螺釘固定在CsI (Tl)閃爍體(9)上方的2塊L型支架(8)上，半導體探測器I (4)通過螺釘固定在圓環形支架(6)的上端面，然后整體安裝在半導體探測器II (7)的上方；擋光片(3)通過螺釘固定在探頭外殼(2)的上端面，然后整體安裝在半導體探測器I (4)的上方。
5.如權利要求4所述的空間高能電子探測器，其特征在于，L型支架(8)水平方向的長度為1.5?2.0cm,高為1.5?2.0cm,厚度0.5?0.8cm,材料為招。
6.如權利要求4所述的空間高能電子探測器，其特征在于，在圓環形支架(6)和探頭外殼(2)之間安裝兩塊環形的緊固彈片(5)。
【文檔編號】G01T1/16GK104280759SQ201410450252
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】把得東, 薛玉雄, 楊生勝, 安恒, 馮展祖 申請人:蘭州空間技術物理研究所
專業數控銑床產品供應商
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