阅读说明：本技术 多通道低压电离室气体探测器 (Multi-channel low-pressure ionization chamber gas detector ) 是由 张继宗 陈开云 胡立群 赵金龙 李超智 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多通道低压电离室气体探测器,包括探测器阵列和气体腔室。所述探测器阵列包括五个的探测器通道,其中所述五个探测器通道每一个包括三个金属电极,并且所述三个金属电极相互平行安装在绝缘陶瓷上,位于中间位置的金属电极作为探测器的阳极(收集极)；位于两侧位置的两个金属电极通过电连接共同作为探测器的阴极。所述气体腔室包括金属空腔、铍窗组件、电穿透组件和抽气管道与充气管道。探测器阵列安装在气体腔室内部。(The invention discloses a gas detector of a multi-channel low-pressure ionization chamber, which comprises a detector array and a gas chamber. The detector array comprises five detector channels, wherein each of the five detector channels comprises three metal electrodes, the three metal electrodes are arranged on the insulating ceramic in parallel, and the metal electrode at the middle position is used as an anode (collector) of the detector; the two metal electrodes at the two sides are electrically connected together to serve as the cathode of the detector. The gas chamber comprises a metal cavity, a beryllium window assembly, an electric penetration assembly, an air exhaust pipeline and an air inflation pipeline. The detector array is mounted inside the gas chamber.)

多通道低压电离室气体探测器

技术领域

本发明涉及X射线探测技术领域，特别是涉及核辐照条件下X射线探测。

背景技术

常见的软X射线探测器，如硅光电二极管探测器、闪烁体探测器等，在核辐照条件下不能正常使用，甚至会迅速损坏失效。普通的气体探测器虽然能够抗辐射，但是同时又有结构复杂、道数少、工作电压/气压高、灵敏面积小、没有气体维护接口等问题，不适应在聚变堆装置上结构简单可靠、高空间分辨率、低工作电压/气压、高信噪比、维护方便等要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种多通道低压电离室气体探测器，解决了普通X射线探测器不抗辐射和普通气体探测器不适应聚变堆装置X射线探测要求的问题，并且实现了结构简单可靠、高空间分辨率、低工作电压/气压、高信噪比、维护方便等诊断技术要求。

本发明所采用的技术方案是：

本发明的实施例提供一种多通道低压电离室气体探测器，包括探测器阵列，所述探测器阵列包括五个探测器通道，其中所述五个探测器通道每一个包括三个金属电极，并且所述三个金属电极相互平行且等距离安装在绝缘陶瓷上，位于中间位置的金属电极作为探测器的阳极(收集极)；位于两侧位置的两个金属电极通过电连接共同作为探测器的阴极。

在一个实施例中，所述的多通道低压电离室气体探测器，还包括气体腔室，所述气体腔室包括金属空腔、铍窗组件、电穿透组件和抽气管道与充气管道。

在一个实施例中，所述的多通道低压电离室气体探测器，其中所述探测器阵列安装在其中所述气体腔室内部，并且探测器阵列和气体腔室之间通过绝缘陶瓷来绝缘。

在一个实施例中，所述的多通道低压电离室气体探测器，其中所述五个探测器通道，相邻两个探测器通道共用一个作为阴极的金属电极，五个探测器通道形成共阴极结构。

在一个实施例中，所述的多通道低压电离室气体探测器，其中由所述五个探测器通道构成的探测器阵列具有五行一列的规则形状。

在一个实施例中，所述的多通道低压电离室气体探测器，其中所述铍窗组件包括一片铍膜和金属支撑结构。

在一个实施例中，所述的多通道低压电离室气体探测器，其中所述气体腔室是一个由金属材料构成的真空密封腔室。

在一个实施例中，所述的多通道低压电离室气体探测器，其中所述五个探测器通道能够在相同的电压、相同的气体、相同气压和相同的厚度的铍膜下工作。

在一个实施例中，多通道低压电离室气体探测器的偏压电源的引入和信号的输出通过一个转接电路来实现，该转接电路具有稳压作用，同时在探测器绝缘失效时保护放大器阵列不受偏压电源影响。

本发明的一种多通道低压电离室气体探测器，解决了普通X射线探测器不抗辐射和普通气体探测器不适应聚变堆装置X射线探测要求的问题，并且实现了结构简单可靠、高空间分辨率、低工作电压/气压、高信噪比、维护方便等诊断技术要求。

附图说明

图1为本发明实施例的多通道低压电离室气体探测器的3D模型结构图；

图2为本发明实施例的多通道低压电离室气体探测器的结构示意图；

图3为本发明实施例的多通道低压电离室气体探测器的系统框图。

附图标记说明：

100多通道低压电离室气体探测器，110探测器阵列，120气体腔室，130绝缘陶瓷，111探测器通道，111a第一金属电极；111b第二金属电极，111c第三金属电极，121金属空腔，122铍窗组件，123电穿透组件，124抽气管道，125充气管道，绝缘陶瓷130。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面根据附图说明根据本发明的一个实施例。

参见图2(a)-(c)，本发明的实施例提供一种多通道低压电离室气体探测器100，包括探测器阵列110。所述探测器阵列110包括五个探测器通道111，其中所述五个探测器通道111每一个包括第一金属电极111a、第二金属电极111b和第三金属电极111c，并且所述第一金属电极111a、第二金属电极111b和第三金属电极111c相互平行且等距离安装在绝缘陶瓷130上，位于中间位置的第二金属电极111b作为探测器的阳极(收集极)；位于两侧位置的第一金属电极111a和第三金属电极111c通过电连接共同作为探测器的阴极。相邻所述两个探测器通道111共用一个作为阴极的金属电极，五个探测器通道111形成共阴极结构。五个探测器通道111构成的探测器阵列110具有五行一列的规则形状。

所述多通道低压电离室气体探测器100，还包括气体腔室120。所述气体腔室120包括金属空腔121、铍窗组件122、电穿透组件123和抽气管道124与充气管道125。探测器阵列110固定安装在气体腔室120内部，并且探测器阵列110和气体腔室120之间通过绝缘陶瓷130来绝缘。

图1示出本发明实施例的多通道低压电离室气体探测器100的3D模型结构示意图。如图1所示，多通道低压电离室气体探测器包括探测器阵列110、绝缘陶瓷130、金属空腔121、铍窗组件122、电穿透组件123、抽气管道124和充气管道125。探测器阵列110包括五个探测器通道111，所述五个探测器通道111平行且等距安装在绝缘陶瓷130上形成探测器阵列110。金属空腔121一端安装铍窗组件122，另一端安装电穿透组件123，两侧设有抽气管道124和充气管道125。

在本发明实施例中，探测器阵列110上的相邻金属电极之间的距离为4mm，可在小于200V的较低电压下产生足够强的电场，实现了低工作电压的需求。探测器阵列110上每一个探测器通道111为长方体结构，有效敏感面积为8mm×40mm，深度为100mm。相邻的探测器通道111间距为10mm，可以满足高空间分辨率需求。

如图1所示的铍窗组件122包括铍膜和金属支撑结构，其中，在本发明实施例中，铍膜厚度为200μm，该厚度下的铍膜具有足够机械强度在其两侧的气压差小于5个大气压时保持完好，并且可以有效的过滤低能的X射线；有效铍膜面积为50mm×40mm，该面积下的铍膜可以完全覆盖整个探测器阵列110，构成探测器阵列110的五个探测器通道111能够在相同厚度的铍膜下工作。

如图1所示，金属空腔121、铍窗组件122、电穿透组件123、抽气管道124和充气管道125组成气体腔室120。由五个探测器通道111组成的探测器阵列110固定安装在气体腔120内部，每个探测器通道111可在相同的气体、相同气压下工作。探测器阵列110和气体腔室120两者之间通过绝缘陶瓷130来绝缘，实现了探测器结构简单可靠、维护方便的需求。

在本发明实施例中，气体腔室120符合真空密封要求(漏率小于6.5×10^-10Pa·m³·s^-1)，并且气体腔室120内工作气体为高纯氩气(纯度大于99.99％)。100mm厚、1个大气压的高纯氩气对X射线具有足够高探测效率，实现了低工作气压(小于5个大气压)的需求。同时气体腔室120整体结构为金属材料构成，可以屏蔽外部的电磁干扰，有利于实现探测器高信噪比的需求。

图2示出本发明实施例的多通道低压电离室气体探测器100示意图。如图2(b)所示，探测器阵列110包括五个探测器通道111，每一个探测器通道111是由第一金属电极111a、第二金属电极111b和第三金属电极111c构成，每一个金属电极平行且等距分布，位于中间位置的第二金属电极111b作为探测器的阳极(收集极)；位于两侧位置的第一金属电极111a和第三金属电极111c通过电连接共同作为探测器的阴极。如图2(c)所示，气体腔室120由金属空腔121、铍窗组件122、电穿透组件123、抽气管道124和充气管道125构成，气体腔室120是一个由金属材料构成的封闭空间。如图2(a)所示，由五个探测器通道111构成的探测器阵列110安装在绝缘陶瓷130上，探测器阵列110与绝缘陶瓷130一并安装在气体腔室120内。相邻两个探测器通道111共用一个作为阴极的第一金属电极111a或第三金属电极111c，五个探测器通道111形成共阴极结构。探测器阵列110的每个探测器通道111能够在相同的电压下工作。五个探测器通道111构成的探测器阵列110具有五行一列的规则形状。

如图2(a)所示，入射的X射线在穿过铍膜组件122的铍膜后，进入探测器通道111内，并且在探测器通道111内激发电子—离子对。电子—离子对在金属电极之间电场作用下，向金属电极漂移，从而形成电流信号。探测器的电流信号输出和电源输入通过电穿透组件123来完成。

图3示出本发明实施例的多通道低压电离室气体探测器100系统框图。多通道低压电离室气体探测器的偏压电源引入和信号输出通过一个转接电路来实施。该转接电路具有稳压作用，同时可在探测器绝缘失效时保护放大器阵列不受偏压电源影响。

在本发明实施例中，多通道低压电离室气体探测器100在测量X射线前，先将抽气管道124和充气管道125分别与抽气装置(真空泵)和充气装置(高压气源)连接。然后通过真空泵将气体腔室120抽气至真空状态(小于1×10^-1Pa)后，再充入高纯氩气到一个大气压。最后通过转接电路将多通道低压电离室气体探测器100与其他设备(放大器、偏压电源、信号采集系统)之间电路连通后，便可用于测量X射线。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。