[发明专利]一种基于飞行时间法的空间中能离子谱仪

说明书

本发明提供了一种基于飞行时间法的空间中能离子谱仪，包括二次电子发射薄膜、电极系统、微通道板探测器、固体探测器和电子学设备。所述二次电子发射薄膜用于当离子穿过时生成二次电子；所述电极系统用于将所述二次电子施加电压引导到微通道探测器上；所述微通道探测器接收所述二次电子并输出start信号和stop信号；所述固体探测器用于接收离子，将离子总能量转化为电荷信号；所述电子学设备用于处理start信号、stop信号和电荷信号，获得入射离子的信息。本发明针对国内目前在几十keV～几MeV能量范围的空间重离子成分和能谱测量技术的空缺，实现了对空间带电粒子的全要素和全能谱覆盖能力。

技术领域

本发明属于空间带电粒子探测技术领域，具体涉及一种基于飞行时间法的空间中能离子谱仪。

背景技术

在空间环境中，一般将能量介于几十KeV到几MeV的重离子(1≤Z≤26)称为中能离子。目前，能进行离子成分分析和能量测量的空间带电粒子探测器一般采用“静电分析器+飞行时间法”和基于半导体探测器的“ΔE-E望远镜法”两种原理。

其中“静电分析器+飞行时间”法受静电分析器所施加电压的限制，最高只能实现不超过40keV/e的重离子成分分辨，更高能量的重离子难以覆盖。能量测量需要利用静电分析器的扫描电压来分级实现，无法同时测量连续能谱的入射离子，探测效率较低。“ΔE-E望远镜法”可同时实现连续能谱的离子成分分辨和能量测量，但该方法受限于第一片薄半导体探测器的厚度，以目前的技术水平，该方法可进行离子成分分辨的能量下限≥400KeV，在40～400KeV之间的能量空隙，两种原理的探测器都难以覆盖。

发明内容

本发明的目的在于克服现有设备无法对能量在40～400KeV之间的离子进行成分分析和能量测量的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于飞行时间法的空间中能离子谱仪，包括二次电子发射薄膜、电极系统、微通道板探测器、固体探测器和电子学设备；

所述二次电子发射薄膜用于当离子穿过时生成二次电子，包括start薄膜和stop薄膜；

所述电极系统用于将所述二次电子施加电压引导到微通道探测器上，所述电极系统包括加速电极和偏转电极；所述加速电极包括start加速电极和stop加速电极；

所述微通道探测器接收所述二次电子并输出start信号和stop信号，包括上表面、下表面、start阳极和stop阳极；

所述固体探测器用于接收离子，将离子总能量转化为电荷信号；

所述电子学设备用于处理start信号、stop信号和电荷信号，获得入射离子的信息，包括种类和离子能谱；

延离子进入方向，依次设置start薄膜、start加速电极、偏转电极、stop加速电极、stop薄膜和固体探测器；

偏转电极的下方设置微通道板探测器。

作为上述系统的一种改进，所述电子学设备包括：

快前放，用于接收start阳极发送的start信号和stop阳极发送的stop信号，对信号进行放大，再发送至恒比定时甄别器；

恒比定时甄别器，用于对start信号和stop信号进行定时信号拾取，将定时信号发送至时间数字转换器；

时间数字转换器，用于将start信号和stop信号的定时信号转化为一个可供分析的数字量τ输出至可编程阵列逻辑；

电荷灵敏前置放大器，用于接收所述固体探测器发送的电荷信号，进行预防大，再发送至主放大器；

主放大器，用于对电荷信号进行放大和成型，发送至峰值保持电路；

峰值保持电路，用于对电荷信号进行脉冲幅度拾取，再把经过宽展的信号发送至模拟数字转换器；