Детектор ионизирующего излучения Советский патент 1983 года по МПК G01T1/28 

(5) ДЕТЕКТОР ИОНИЗИРУЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

1 Изобретение относится к технике эксперимента физики элементарных частиц и атомного ядра, в частности к устройствам детектирования и идентификации заряженных частиц и излучений. Известны времяпролетные детекторы принцип работы которых основан на ре гистрации вторичных продуктов, возникающих при прохождении через детектор детектируемых частиц. В качестве эмиттера вторичной эмиссии в них используется тонкая углеродная пленка нормальной плотности, а эмиссионные электроны, выбиваемые из нее детектируемыми частицами, транспортируются к микроканальной сборке плоским электростатическим полемt12Однако несмотря на высокое быстродействие известный детектор характеризуется низкой эффективностью регистрации (порядка kQ% ), что сказывается на сильном увеличении времени измерений, и делает детектор мало пригодным в экспериментах по иэучвнию редких событий, а также заметным количеством вещества на пути регистрируемой частицы, что ограничивает снизу диапазон энергий идентифицируемых частиц. Кроме того, применение плоского электростатического поля для транспортировки эмиссионных электронов огранР(чивает аппертуру прибора, которая при таком поле определяется диаметром. микроканальиыХ пластин, а заметное увеличение последнего связано с принципиальными технологическими трудностями. Цель изобретения - увеличение эффективности регистрации с аппертуры детектора и расширение диапазона измеряемых энергий в сторону меньших значений путем уменьшения количества вещества на пути детектируемой частицы.. Поставленная цель достигается тем что детектор ионизирующего излучения одержащий сборку микроканальных пластин, делитель напряжения и расположенный на пути детектируемого излучения эмиттер вторичной электронной эмиссии, дополнительно содержит акси ально-симметричную электрсгстатическую или магнитную электронофокуси-рующую систему, в предметном пространстве которой расположен эмиттер, а в фокальной плоскости пространства изображений - сборка микроканальных пластин, причем эмиттер выполнен в виде пористого диэлектрического слоя расположенного между двумя электродами с высоким коэффициентом прозрачности, подключенными к делителю напряжения, т.е. цель реализуется пу тем совместного применения тонких (silOO мкм), пористых (плотность 0,7 2% относительно нормальной плотности), помещенных в сильное электричес кое поле (), диэлектрических слоев (например, МдО), обладающих вы соким значением ( /-ЮООА ) коэффицие та вторичной электронной эмиссии с аксиально-симметричными электростатическими или магнитными электронофокусирующими системами, осуществля ющими эффективную транспортировку и фокусировку эмиссионных электронов от рыхлых диэлектрических слоев бол шей площади ( 50 см ) на микроканальную сборку малой площади (3 см При этом микроканальная сборка и рыхлый диэлектрический слой расположены друг относительно друга таки образом, что регистрируемая частица проходя через вещество слоя (толщина больше ничего на св ем пути в детекторе не встречает. На чертеже дано предлагаемое уст ройство, вертикальный разрез. Устройство представляет собой стеклянный баллон 1, состоящий из цилиндрической и конической частей и 3 соответственно, причем на внутренней боковой поверхности конической части 3 расположены электроды t и 5, образующие вместе с электродом 6 аксиально-симметричную электр статическую фокусирующую систему, в фокальной плоскости пространства изображений которой расположен дисковый электрод 6. Вплотную с нижним (по чертежу) торцом дискового элекрода 6 расположена микроканальная сборка 7. Электроды t и 5 выполнены в форме усеченных конических поверх ностей, обращенных своими большими снованиями кверху, причем электрод Ц имеет основание в виде плоской торцовой поверхности 8, а электрод 5 торцовых поверхностей не имеет. В электроде 6 имеется центральное отверстие 9, в которое собираются сфокусиров-анные эмиссионные электройы, В торцовой поверхности 8 электрода также имеется центральное отверстие, в которое ввинчивается эмиттер, представляющий собой кольцевую проводящую опрйвку 10 с натянутой на нее металлической мелкоструктурной тонкой сеткой 11 с высоким (,99%) коэффициентом прозрачности, причем кольцевая оправка 10, а следовательно, и мелкоструктурная сетка 11 электрически накоротко соединены с электродом 4 и находятся под его потенциалом. На верхней (по чертежу) поверхности сетки 11 расположен тонкий (толщиной 100 мкм) рыхлый (относительная плотность Ajl) диэлектрический слой 12 (например МдО)с тонким (««ЮОоД) проводящим покрытием 13, которое накоротко соединено с контактной шайбой 1А, насаженной на изоляционную (например тефлоновую ) шайбу 15. Последняя на тугой посадке крепится непосредственно к кольцевой оправке 10. Слезки 16 и 17, предназначенные для подачи фокусирующих потенциалов на электроды 4 и 5 соответственно, расположены на конической части 3 баллона 1. Входное окно 18 расположено на конической части 3 баллона 1 так, что его ось проходит через точку пересечения вертикальной оси устройства с плоскостью проводящего покрытия 13. Диаметр поверхности 8 равен 150 мм, диаметр слоя 12-55 мм, диаметр центрального отверстия 9 электрода 6 равен 20 мм, а расстояние от сетки 11 до микроканальной сборки 7-100 мм. Данная геометрия фокусирующей системы обеспечивает сбор и фокусировку эмиссионных электронов с площади слоя 12, равнЬй 20 см, на площадь микроканальной сборки 7, равной 3 см. Делитель напряжения 19 обеспечивает необходимое распределение потенциалов между проводящим покрытием 13 и фокусирующими электродами «,5 и 6. Сигнал детектора снимается с коаксиального коллектора 20 сборки 7 на сопротивление нагрузки 21 (RH). Работает устройство следующим образом. После подачи питающих напряжений при прохождении детектируемой частицы через слой 12 в последнем возникают локализованные в месте прохождения частицы лавины вторичных электронов, которые вытягиваются электрическим полем, приложенным к слою 12,и собираются фокусирующей системой на поверхность микроканальной сборки 7. После усиления в ней они попадают на коаксиальный коллектор 20 микроканальной сборки 7 Сформированный таким образом импульс снимается к ре гистрирующей электронике известным способом. Применение предлагаемого устройст ва по сравнению с известным, кроме уменьшения количества вещества (до 1()на пути регистрируемой частицы, позволяет сильно уменьшить пог лощение вторичных электронов в эмиттере и добиться увеличения их числа за счет размноженияв порах диэлектрического слоя, находящегося в элек Трическом поле, а это, в свою очеред поднимает эффективность регистрации детектора до 100. И наконец, примене ние электронофокусирующей 1 системы позволяет осуществить сбор эмиссион-; ных электронов с эмиттера большей площади на микроканальную сборку, т.е. увеличит аппертуру детектора. Все это приводит к уменьшению времени экспозиции в эксперименте и дает возможность использовать детектор при еще меньших значениях энергии де тектируемых частиц. g s Формула изобретения Детектор ионизирующего излучения, содержащий сборку микроканальных пластин, делитель напряжения и расположенный на пути |детектируемого) излучения эмиттер вторичной электронной эмиссии, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности регистрации, апертуры детектора и расширения диапазона измерявмых энергий в сторону меньших значений путем уменьшения количества вещества на пути детектируемой частицы, он дополнительно содержит аксиальносимметричйую электростатическую или магнитную электронофокусирующую систему, в предметном пространстве которой расположен эмиттер, а в фокальной плоскости пространства изображений - сборка микроканальных пластин, причем эмиттер выполнен в виде пористого диэлектрическога слоя, расположенного между двумя элект эодами с высоким коэффициентом прозрачности, подключенными к делителю напряжения. Источники информации;, ринятые во внимание при экспертизе 1.Люк К. Л. roaHj, By Изянь Сюн. ринципы и методы регистрации элеентарных частиц. М., ИЛ, 19бЗ .in,148. 2.J. Girard and М. Bolore..Heavy on timing with ckannel-plates. Nuclear llnstr. and Meth. lAO, 1977 .279-282 (прототип). ffi//n