[实用新型]用于pA量级质子束流测量的法拉第探测器

说明书

本实用新型涉及一种质子束流测量装置，具体说是一种用于测量pA量级质子束流的法拉第探测器。

在现有技术中，法拉第探测器是常用的带电粒子束流强度测量仪器，其结构一般是一个筒状的接收电极，是法拉第首先设计和使用的，因而常被称为法拉第筒。当带电粒子被法拉第筒接收，流经电流计，构成回路，就可测得带电粒子的流强。理论上，有一个带电粒子被接收，就会产生相应的电流。但是，由于带电粒子在空气中电离产生的电子空穴对和在接收极上产生的二次电子的影响，以及电流计测量下限的限制，一般的法拉第筒可测的最小电流在nA量级，不能满足对更低能量级别的测量。

本实用新型的目的在于提供一种能够用于测量pA量级的质子束流，且本底噪声低的法拉第探测器。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于pA量级质子束流测量的法拉第探测器，由法拉第筒3、静电计构成，法拉第筒与静电计构成回路，其特殊之处在于：所述法拉第筒3上设置真空接口1，真空接口1与真空泵连通；法拉第筒3内设置高压电极2。

上述法拉第筒内的高压电极2采用直径为10μm～29μm的钨丝制成的15～25目/cm²的钨网5。

上述法拉第筒3采用金属密封。

上述法拉第筒3与静电计之间采用三同轴低噪声电缆连接。

上述法拉第筒3上设置真空计探头4。

上述静电计与计算机通过IEEE488卡相连，可实现远距离控制、测量和数据处理。

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明：

图1为现有技术中法拉第探测器的结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型沿A-A的剖面图；

图4为本实用新型的连接方框图；

图5为本实用新型在实验中测到的质子束流；

本实用新型的附图标号说明如下：

1—真空接口，  2—高压接头，  3—法拉第筒，4—真空计探头，

5—钨网，6—接收极，  7—光阑，

参见图1、法拉第探测器是常用的带电粒子束流强度测量仪器。在现有技术中，其结构一般就是一个筒状的接收电极，是法拉第首先设计和使用的，因而常被称为法拉第筒。带电粒子被法拉第筒接收，流经电流计，构成回路，就可测得带电粒子的流强。理论上，有一个带电粒子被接收，就会产生相应的电流。但是，由于带电粒子在空气中电离产生的电子空穴对和在接收极上产生的二次电子的影响，以及电流计测量下限的限制，一般的法拉第筒可测的最小电流在nA量级。

参见图2，探测器的法拉第筒3上设置真空接口1，和真空计探头4。真空接口1与真空泵连通。而法拉第筒3采用金属密封，以利于快速抽成真空，从而大大降低质子在空气中电离产生的电子空穴对。例如：30MeV的质子在空气中的阻止本领为2.046eV/μm，而空气的电离能为33.75eV。一个30MeV的质子在空气中飞行1mm，产生的电子空穴对大约60个。若入射质子数为10⁷/s，那么在接收极前1mm的距离上产生大量的电子空穴对，淹没了要测量的质子。因此，必须抽真空，以减少质子在空气中电离产生的电子空穴对。如真空度从1个大气压(atm)变为1Pa，产生的电子空穴对将降低5个量级，所以通过改进法拉第探测器的设计，降低其本底噪声，并采取屏蔽措施，降低测量装置的噪声，提高整个系统的信噪比，使其能够测量10^-13A～mA强度的质子束流。

参见图3，探测器的法拉第筒内的高压电极2采用直径为10μm～29μm的钨丝制成的15～25目/cm²的钨网5。例如：当法拉第筒3的高压电极采用直径为29μm的钨丝做成的20目/cm²的钨网，对5MeV质子的透过率大于95％。通过加负高压来抑制质子打到接收极上产生的二次电子的发射。测量结果如下：当100个31.9MeV质子打在接收极(AL)上产生的二次电子约为8.6个；100个28.1MeV质子打在接收极(AL)上产生的二次电子约为9.5个；100个23.7MeV质子打在接收极(AL)上产生的二次电子约为10.9个。从而表明：质子能量越低，产生的二次电子越多，导致的误差越大。本实用新型通过加负高压抑制二次电子的发射，可以减小测量误差。接收极的厚度大于35MeV质子的射程，入射质子可全部通过被接收极接收。当质子束流较强时，减小光阑7直径，防止电流超量程；当质子束流较弱时，增大光阑7直径，保证足够的质子被接受，电流满足静电计的测量范围。