[实用新型]一种低成本多丝正比计数器电极阵列

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种低成本多丝正比计数器电极阵列。

背景技术

研究基本粒子间的反应，可以提供粒子性质和粒子间作用力的知识。这些反应通常非常复杂。有时在一个反应中会产生几百个粒子。为了解释这些反应，科学家往往需要记录每个粒子的轨迹。这类记录常用的方法是各种照相法，工作过程缓慢而又劳累。

后来实用新型了正比计数管以解决上述技术问题。正比计数管是由一根阳极丝和一个构成阴极的管子所组成。丝置于管子中心，工作在正比区。其原理是：通过加较高电压而获得较大电场强度，粒子在管内电离产生的电子将在二次碰撞间受电场加速获得足够能量，从而再电离其他气体分子，最后收集到的电离数（输出脉冲）将比初始电离大许多，但又正比于初始电离。经典的正比计数器如盖革-缪勒管，是由一根细丝装在直径约为1cm的管子中央构成的。在细丝和管壁间加几千伏的高压。带电粒子穿过充气的管子，会使气体电离。在这个过程中，气体的中性原子会释放带负电的电子，而变成带正电的离子。在电场的作用下，电子向管心的细丝（即阳极）运动。接近细丝的地方电场非常强，电子大大加速，于是就有足够的能量使气体游离，因而有更多的电子被释放，这些电子又被加速，这样就形成了电子和正离子的雪崩。正是由于电子和离子的运动，引起了阳极丝产生一电信号，给出带电粒子通过的信息。正比计数管确定粒子位置的精度大约是1cm，即计数管本身的尺码。然而该正比计数器精度不高，难以满足实际需要。

再后来夏帕克对其作了重大改革。夏帕克实用新型的多丝正比计数器（又称多丝正比室）技术起源于正比计数管，其工作原理是：由两块作负电极的平行金属网中间夹有作正电极的平行金属丝平面构成一个单元，室中充以惰性混合气体。电极间加直流高压，电压处在正比区。当高能带电粒子穿过多丝正比室，使路径上的气体原子电离，电离产生的电子在附近某一金属丝的电场中形成雪崩式的电离增殖，其放电的总电量正比于初始电离中的电子数目，放电形成的负脉冲正比于该粒子的电离损失。利用专门的电子线路可确定入射粒子穿过室的位置，进一步由多个单元定出粒子的径迹。在电场和一定气体条件下，入射粒子在阳极丝附近由电离而引起气体放大，产生“雪崩”式的电离增殖，在该丝上建立一个负脉冲，而相邻之阳极丝及阴极丝平面感应出相反极性的正脉冲，至于电容耦合的同极性脉冲通常小于1/10，且可改变电容使之更小。因此，使用只对负极性脉冲灵敏的放大器，就可使每根阳极丝像一个正比计数器一样独立地对入射粒子计数和定位，其定位区域以二根阳极丝距离之半为界，即某丝上有脉冲输出，就表明有一粒子入射在该丝的1/2丝距区域内。

多丝正比室小的面积仅几十平方毫米，大的达十几平方米。阳极丝常用20μm、40μm直径的镀金钨丝，阴极丝通常用100μm左右的铍铜丝、镀金钨丝或不锈钢丝。气体常用流通式，最有名的是体积之比为75.0％氩＋24.5％异丁烷＋0.5％氟里昂13B1构成的“魔异气体”。各丝均接有放大器，并连接计算机进行精确的定位测量和在线分析。

目前多丝正比室已广泛应用于粒子物理实验，成为高能物理实验的主要探测器之一，许多实验已达到使用几千甚至几万根阳极丝的规模。此外，它还广泛应用于核物理、天文学及宇宙线物理中，并正在逐步应用于医学、生物学等领域。

由此可见，多丝正比室有着广阔的应用，但其也有不足之处：多丝正比计数器（多丝正比室）电极阵列是多丝辐射探测器的核心部件。为达到一定强度的增益，既电子雪崩的强度，阳极和阴极间需加很高的电压。为增加探测到高能辐射的几率，需要增加探测器的面积或体积。

现有技术中，采用微电子同微机械结合在硅片上的MEMS技术可以在硅片上深刻蚀出硅柱阵列作为电极。各硅柱电极的大小可小于20微米，间距可以非常精确的控制。但由于深刻蚀深度的限制，电极的高度一般小于500微米。采用MEMS技术此需要使用昂贵的微加工设备，器件的制作成本较高，限制了其推广使用。同时采用MEMS技术的探测器，如需要增加探测器的体积，还需要逐片叠加硅片，进一步提高了生产成本。而实际使用在一些对精度要求较低的领域时，如可集成到手机或其它手持设备上的辐射探测器，采用MEMS技术的探测器成本高，不能满足对精度要求较低的领域辐射探测器的实际要求。为此，如何降低正比计数器制作成本，为本领域继续解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种结构简单、生产成本低、探测面积大的一种多丝正比计数器电极阵列。

为了解决上述存在的问题，本实用新型采用了下列技术方案：