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一種空間高能電子探測(cè)器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種空間高能電子探測(cè)器。使用本發(fā)明能夠?qū)臻g3.0～30.0MeV的高能電子進(jìn)行探測(cè)。本發(fā)明的空間高能電子探測(cè)器，包括探頭外殼、擋光片、半導(dǎo)體探測(cè)器I、半導(dǎo)體探測(cè)器II和半導(dǎo)體探測(cè)器III、一塊CsI(Tl)閃爍體和兩塊光電二極管，將金硅面壘探測(cè)器和CsI(Tl)探測(cè)器進(jìn)行組合，并利用光電二極管來(lái)耦合CsI(Tl)探測(cè)器。一方面，由于CsI(Tl)探測(cè)器易加工，可以制作厚度很大的傳感器，能滿足對(duì)高能量電子的探測(cè)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(cè)器，可大大減小探測(cè)器的體積和重量，這對(duì)星用載荷來(lái)說(shuō)具有重要的工程意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種空間高能電子探測(cè)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空間帶電粒子探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種空間高能電子探測(cè)器，可探測(cè)空間3.0?30MeV電子的通量。

【背景技術(shù)】
[0002]高能電子是空間輻射環(huán)境的重要組成部分之一，其是造成航天器電子系統(tǒng)及電子元器件輻射損傷的重要因素之一。自空間探測(cè)活動(dòng)開(kāi)始，空間高能電子就成為空間探測(cè)的重要對(duì)象之一。50多年來(lái)，人們發(fā)射了許多個(gè)帶電粒子探測(cè)器對(duì)空間中的高能電子進(jìn)行了探測(cè)和研究，獲得了一些關(guān)于空間高能電子的數(shù)據(jù)。
[0003]然而，由于空間環(huán)境的可變性，人們對(duì)空間高能電子的認(rèn)識(shí)還比較有限，需要持續(xù)不斷地對(duì)空間高能電子進(jìn)行探測(cè)和研究。通過(guò)對(duì)空間高能電子的探測(cè)，進(jìn)一步了解和掌握其在空間環(huán)境中的能量分布、通量及變化規(guī)律，從而為航天器電子系統(tǒng)及電子元器件的設(shè)計(jì)和防護(hù)提供參考。因此，空間高能電子的探測(cè)具有重要的工程意義。
[0004]國(guó)內(nèi)對(duì)空間高能電子也開(kāi)展了一些探測(cè)，但是探測(cè)的能量范圍及探測(cè)的精細(xì)程度還比較有限，如實(shí)踐五號(hào)衛(wèi)星上搭載的高能帶電粒子探測(cè)器，其所能探測(cè)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(cè)器，其所能探測(cè)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(cè)器的設(shè)計(jì)中，多選用金硅面壘探測(cè)器和硅(鋰)漂移探測(cè)器組合或金硅面壘探測(cè)器和高純鍺探測(cè)器的組合。然而，這樣的設(shè)計(jì)存在一些不足。由于工藝的限制，硅(鋰)漂移探測(cè)器的厚度無(wú)法做的很大，只有幾個(gè)毫米左右，無(wú)法滿足高能量電子的探測(cè)需求。高純鍺探測(cè)器的厚度可以做得較大，但是其噪聲本底較大，應(yīng)用時(shí)需要用液氮對(duì)探測(cè)器進(jìn)行冷卻，限制了其應(yīng)用的范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種間高能電子探測(cè)器，能夠滿足對(duì)高能量電子的探測(cè)需求，對(duì)空間3.0?30.0MeV的高能電子進(jìn)行探測(cè)。
[0007]本發(fā)明的空間高能電子探測(cè)器，包括探頭外殼、擋光片、半導(dǎo)體探測(cè)器1、半導(dǎo)體探測(cè)器II和半導(dǎo)體探測(cè)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(dǎo)體探測(cè)器II和半導(dǎo)體探測(cè)器I為全耗盡型金硅面壘探測(cè)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(gè)平行的安裝平面分別固定安裝光電二極管；半導(dǎo)體探測(cè)器III為部分耗盡型金硅面壘探測(cè)器；
[0009]擋光片、半導(dǎo)體探測(cè)器1、半導(dǎo)體探測(cè)器I1、CsI(Tl)閃爍體和半導(dǎo)體探測(cè)器III按照上下次序同軸固定安裝在探頭殼體內(nèi)部；
[0010]信號(hào)線纜一端與半導(dǎo)體探測(cè)器II1、半導(dǎo)體探測(cè)器I1、半導(dǎo)體探測(cè)器1、2個(gè)光電二極管連接，一端與信號(hào)輸出接口連接。
[0011]其中，擋光片厚1.2mm,面積為2.5?3.0cm2 ;半導(dǎo)體探測(cè)器II和半導(dǎo)體探測(cè)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(dǎo)體探測(cè)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(dǎo)體探測(cè)器I與擋光片的距離為0.5?1.0cm ;半導(dǎo)體探測(cè)器I和半導(dǎo)體探測(cè)器II的間距為8.0?9.5cm ;半導(dǎo)體探測(cè)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(dǎo)體探測(cè)器III上表面間距1.0?1.5cm ;半導(dǎo)體探測(cè)器III與探頭外殼底部間距為0.5?1.0cm。
[0013]其中，2個(gè)光電二極管長(zhǎng)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(zhǎng)度為1.5?2.0cm，寬度為L(zhǎng)O?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(gè)光電二極管通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂分別牢固粘結(jié)在CsI(Tl)閃爍體的安裝平面上。
[0014]半導(dǎo)體探測(cè)器III和其上方的兩塊L型支架通過(guò)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(dǎo)體探測(cè)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(gè)L型支架通過(guò)螺釘與探頭外殼固定連接；半導(dǎo)體探測(cè)器11通過(guò)2個(gè)螺釘固定在CsI (Tl)閃爍體上方的2塊L型支架上，半導(dǎo)體探測(cè)器I通過(guò)螺釘固定在圓環(huán)形支架的上端面，然后整體安裝在半導(dǎo)體探測(cè)器II的上方；擋光片通過(guò)螺釘固定在探頭外殼的上端面，然后整體安裝在半導(dǎo)體探測(cè)器I的上方。
[0015]L型支架水平方向的長(zhǎng)度為1.5?2.0cm,高為1.5?2.0cm,厚度0.5?0.8cm,材料為鋁。
[0016]進(jìn)一步地，在圓環(huán)形支架和探頭外殼之間安裝兩塊環(huán)形的緊固彈片。
[0017]有益效果:
[0018]本發(fā)明將金硅面壘探測(cè)器和CsI (Tl)探測(cè)器進(jìn)行組合，并利用光電二極管來(lái)耦合CsI(Tl)探測(cè)器。一方面，由于CsI (Tl)探測(cè)器易加工，可以制作厚度很大的傳感器，能滿足對(duì)高能量電子的探測(cè)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(cè)器，可大大減小探測(cè)器的體積和重量，這對(duì)星用載荷來(lái)說(shuō)具有重要的工程意義。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為空間高能電子探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為空間高能電子探測(cè)器電子學(xué)系統(tǒng)示意圖。
[0021]其中，1-螺孔，2-探頭外殼，3-擋光片，4-半導(dǎo)體探測(cè)器1，5_緊固彈片，6-圓環(huán)形支架，7-半導(dǎo)體探測(cè)器II，8-L型支架，9-CsI (Tl)閃爍體，10-光電二極管，11-半導(dǎo)體探測(cè)器III，12-探測(cè)器的信號(hào)輸出接口，13-線纜走線孔，14-探頭輸出信號(hào)接口，15-信號(hào)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(jì)數(shù)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(jì)數(shù)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(jì)數(shù)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(jì)數(shù)器IV0

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0023]本發(fā)明提供了一種空間高能電子探測(cè)器，如圖1所示，包括探頭外殼2、擋光片3、三塊半導(dǎo)體探測(cè)器(從上到下依次為半導(dǎo)體探測(cè)器I 4、半導(dǎo)體探測(cè)器II 7和半導(dǎo)體探測(cè)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(dǎo)體探測(cè)器I 4、半導(dǎo)體探測(cè)器II 7、CsI (Tl)閃爍體9和半導(dǎo)體探測(cè)器III 11從上到下依次同軸安裝在探頭外殼2的內(nèi)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(dǎo)體探測(cè)器II 7和半導(dǎo)體探測(cè)器I 4為全耗盡型金硅面壘探測(cè)器，厚500?700 μ m,面積為2.0?2.5cm2。半導(dǎo)體探測(cè)器I 4與擋光片3的距離可選擇為0.5?1.0cm。半導(dǎo)體探測(cè)器I 4和半導(dǎo)體探測(cè)器II 7的間距可選擇為8.0?9.5cm，這樣可使探測(cè)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(shí)進(jìn)入探測(cè)器而導(dǎo)致的探測(cè)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(gè)平行的安裝平面，該安裝平面的長(zhǎng)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(gè)光電二極管完全一致，其長(zhǎng)度為1.5?2.0cm,寬度為1.0?1.5cm。通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂分別將兩個(gè)光電二極管緊密粘結(jié)在CsI (Tl)閃爍體9的兩個(gè)安裝平面上。
[0027]半導(dǎo)體探測(cè)器III 11為部分耗盡型金硅面壘探測(cè)器，厚300?500 μ m，面積為
4.0?5.0cm2，用于探測(cè)能量大于30.0MeV的高能電子。30.0MeV以上的高能電子會(huì)穿透CsI(Tl)閃爍體9到達(dá)半導(dǎo)體探測(cè)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(dǎo)體探測(cè)器I 4、半導(dǎo)體探測(cè)器II 7、CsI (Tl)閃爍體9、半導(dǎo)體探測(cè)器III 11按照上下次序同軸安裝，并通過(guò)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(cè)器外殼上。具體安裝過(guò)程如下:
[0030]半導(dǎo)體探測(cè)器III 11和其上方的兩塊L型支架8通過(guò)螺釘I固定安裝在探頭外殼2的底板上，半導(dǎo)體探測(cè)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(zhǎng)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(dǎo)體探測(cè)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(dǎo)體探測(cè)器III 11上表面間距1.0?1.5cm;同時(shí)，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(gè)L型支架8通過(guò)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(gè)平行的安裝平面，每個(gè)安裝平面的長(zhǎng)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(gè)光電二極管10通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂分別牢固粘結(jié)在CsI (Tl)閃爍體9的兩塊安裝平面上，光電二極管10長(zhǎng)為1.5?2.0cm，寬L O ?L 5cm。
[0032]半導(dǎo)體探測(cè)器II 7通過(guò)2個(gè)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(dǎo)體探測(cè)器I 4通過(guò)螺釘固定在圓環(huán)形支架6的上端面,然后整體安裝在半導(dǎo)體探測(cè)器II 7的上方，圓環(huán)形支架6高7.5?9.0cm，壁厚0.5cm，材料為鋁合金。半導(dǎo)體探測(cè)器I 4與半導(dǎo)體探測(cè)器II 7間距8.0?9.5cm。為保證圓環(huán)形支架6的穩(wěn)固性,在圓環(huán)形支架6的側(cè)面和探頭外殼2的側(cè)壁間安裝兩塊環(huán)形的緊固彈片5，環(huán)形固定彈片5與圓環(huán)形支架6和探頭外殼2的側(cè)壁緊密接觸。
[0033]擋光片3通過(guò)螺釘固定在探頭外殼2的上端面，然后整體安裝在半導(dǎo)體探測(cè)器I 4的上方。擋光片3距探頭外殼2上端面0.5cm，距半導(dǎo)體探測(cè)器I 40.5?1.0cm0
[0034]帶電粒子在半導(dǎo)體探測(cè)器III 11、半導(dǎo)體探測(cè)器II 7、半導(dǎo)體探測(cè)器I 5中產(chǎn)生的信號(hào)分別通過(guò)信號(hào)線纜15傳輸?shù)教筋^的信號(hào)輸出接口 14中；CsI (Tl)閃爍體9中產(chǎn)生的光信號(hào)通過(guò)光電二極管10耦合轉(zhuǎn)換為電荷信號(hào)后，通過(guò)信號(hào)線纜15傳輸?shù)教筋^的信號(hào)輸出接口 14中。半導(dǎo)體探測(cè)器I 4中產(chǎn)生的信號(hào)依次通過(guò)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(jì)數(shù)器I 19，最后傳輸?shù)酱尜A器20;半導(dǎo)體探測(cè)器II 7中產(chǎn)生的信號(hào)依次通過(guò)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(jì)數(shù)器II 24，最后傳輸?shù)酱尜A器20 ；CsI (Tl)閃爍體9中產(chǎn)生的光信號(hào)通過(guò)光電二極管10耦合轉(zhuǎn)換為電荷信號(hào)后，依次通過(guò)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(jì)數(shù)器III 29，最后傳輸?shù)酱尜A器20 ;半導(dǎo)體探測(cè)器III11中產(chǎn)生的信號(hào)依次傳輸?shù)诫姾伸`敏前置放大器IV 30，成形放大器IV 31，閾值鑒別器IV32和計(jì)數(shù)器IV 33，最后傳輸?shù)酱尜A器20，如圖2所示。
[0035]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種空間高能電子探測(cè)器，其特征在于，包括探頭外殼(2)、擋光片(3)、半導(dǎo)體探測(cè)器I (4)、半導(dǎo)體探測(cè)器II (7)和半導(dǎo)體探測(cè)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(dǎo)體探測(cè)器II (7)和半導(dǎo)體探測(cè)器1(4)為全耗盡型金硅面壘探測(cè)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(gè)平行的安裝平面分別固定安裝光電二極管(10);半導(dǎo)體探測(cè)器III (11)為部分耗盡型金硅面壘探測(cè)器； 擋光片(3)、半導(dǎo)體探測(cè)器I (4)、半導(dǎo)體探測(cè)器II (7) XsI (Tl)閃爍體(9)和半導(dǎo)體探測(cè)器III (11)按照上下次序同軸固定安裝在探頭殼體(2)內(nèi)部； 信號(hào)線纜(15) —端與半導(dǎo)體探測(cè)器111(11)、半導(dǎo)體探測(cè)器11(7)、半導(dǎo)體探測(cè)器I (5)、2個(gè)光電二極管(10)連接，一端與信號(hào)輸出接口(14)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的空間高能電子探測(cè)器，其特征在于，擋光片(3)厚1.2mm，面積為2.5?3.0cm2 ;半導(dǎo)體探測(cè)器II (7)和半導(dǎo)體探測(cè)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(dǎo)體探測(cè)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(dǎo)體探測(cè)器I (4)與擋光片(3)的距離為0.5?1.0cm ;半導(dǎo)體探測(cè)器I⑷和半導(dǎo)體探測(cè)器II (7)的間距為8.0?9.5cm ;半導(dǎo)體探測(cè)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(dǎo)體探測(cè)器III (11)上表面間距1.0?1.5cm ;半導(dǎo)體探測(cè)器III (11)與探頭外殼⑵底部間距為0.5?1.0cm0
3.如權(quán)利要求2所述的空間高能電子探測(cè)器，其特征在于，2個(gè)光電二極管(10)長(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)光電二極管(10)通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂分別牢固粘結(jié)在CsI (Tl)閃爍體(9)的安裝平面上。
4.如權(quán)利要求2所述的空間高能電子探測(cè)器，其特征在于，半導(dǎo)體探測(cè)器III(Il)和其上方的兩塊L型支架(8)通過(guò)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(dǎo)體探測(cè)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(gè)L型支架(8)通過(guò)螺釘(I)與探頭外殼(2)固定連接；半導(dǎo)體探測(cè)器II (7)通過(guò)2個(gè)螺釘固定在CsI (Tl)閃爍體(9)上方的2塊L型支架(8)上，半導(dǎo)體探測(cè)器I (4)通過(guò)螺釘固定在圓環(huán)形支架(6)的上端面，然后整體安裝在半導(dǎo)體探測(cè)器II (7)的上方；擋光片(3)通過(guò)螺釘固定在探頭外殼(2)的上端面，然后整體安裝在半導(dǎo)體探測(cè)器I (4)的上方。
5.如權(quán)利要求4所述的空間高能電子探測(cè)器，其特征在于，L型支架(8)水平方向的長(zhǎng)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(quán)利要求4所述的空間高能電子探測(cè)器，其特征在于，在圓環(huán)形支架(6)和探頭外殼(2)之間安裝兩塊環(huán)形的緊固彈片(5)。
【文檔編號(hào)】G01T1/16GK104280759SQ201410450252
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】把得東, 薛玉雄, 楊生勝, 安恒, 馮展祖 申請(qǐng)人:蘭州空間技術(shù)物理研究所