[发明专利]一种空间高能电子和质子的探测方法

摘要

本发明公开了一种空间高能电子和质子的探测方法，属于空间带电粒子探测领域。所述方法包括探测器和信号处理系统；所述探测器由探头、铜质外壳和底座组成，其中探头主要由挡光片S1、传感器D1、闪烁体D2、反符合闪烁体S2、光电倍增管和前置处理电路板组成；所述信号处理系统包括第一成形电路、第一主放大器、第二主放大器、第二成形电路、相加电路、对数相加电路、第一峰值保持电路、第一脉冲幅度分析器、第一计数电路、第二计数电路、第二脉冲幅度分析器、第二峰值保持电路、第三主放大器和第三成形电路。所述方法能探测电子和质子的能量，准确鉴别质子和电子；用该方法研制的探测器体积和功耗小、计数率高，可应用于空间带电粒子的探测。

主权项

一种空间高能电子和质子的探测方法，其特征在于：所述方法包括探测器和信号处理系统（1‑10）；所述探测器由探头、铜质外壳（1‑18）和底座（1‑15）组成，其中探头主要由挡光片S1（1‑2）、传感器D1（1‑4）、闪烁体D2（1‑7）、反符合闪烁体S2（1‑6）、光电倍增管（1‑9）和前置处理电路板（1‑13）组成，其中，反符合闪烁体S2（1‑6）包裹在传感器D1（1‑4）和闪烁体D2（1‑7）周围；挡光片S1（1‑2）为厚400μm的铝箔；传感器D1（1‑4）是厚100μm的金硅面垒型探测器，带电粒子在其中沉积的能量为ΔE1；闪烁体D2（1‑7）是高10㎝的圆柱形闪烁体，带电粒子在其中沉积的能量为ΔE2；反符合闪烁体S2（1‑6）由两块完全一样的剖面为L型的塑料闪烁体左右对称紧密对接在一起，形成上端开口的圆筒结构，其内径与闪烁体D2（1‑7）直径相配合；反符合闪烁体S2（1‑6）顶部内侧开有环形凹槽，内壁开有凹槽；将具有凹槽的底座（1‑15）固定在航天器或卫星的指定位置上，支撑弹片（1‑14）放置在底座（1‑15）凹槽内最底部，前置处理电路板（1‑13）置于支撑弹片（1‑14）上方，光电倍增管（1‑9）置于前置处理电路板（1‑13）上方，支撑弹片（1‑14）、前置处理电路板（1‑13）和光电倍增管（1‑9）的直径都与底座（1‑15）凹槽直径吻合，保证支撑弹片（1‑14）、前置处理电路板（1‑13）和光电倍增管（1‑9）抵触连接，光电倍增管（1‑9）上端与底座（1‑15）凹槽上端处于同一高度；反符合闪烁体S2（1‑6）置于光电倍增管（1‑9）上方，并通过光耦合剂与光电倍增管（1‑9）紧密接触；圆形光屏蔽层（1‑8）置于反符合闪烁体S2（1‑6）内的底部，其直径与反符合闪烁体S2（1‑6）内径相配合，厚度根据实际需要，使闪烁体D2（1‑7）产生的信号不能进入反符合闪烁体S2（1‑6）；闪烁体D2（1‑7）置于光屏蔽层（1‑8）上方，其直径与反符合闪烁体S2（1‑6）内径相配合；闪烁体D2（1‑7）侧面安装光电二极管（1‑19），光电二极管（1‑19）位于反符合闪烁体S2（1‑6）内壁凹槽中，所述凹槽的尺寸与光电二极管（1‑19）相配合；传感器D1（1‑4）上方与环状的传感器D1上电极（1‑3）固连，下方与环状的传感器D1下电极（1‑21）固连；传感器D1上电极（1‑3）与顶部凹槽上端水平，传感器D1下电极（1‑21）与顶部凹槽下端抵触；绝缘片（1‑22）放置在传感器D1上电极（1‑3）上方，挡光片S1（1‑2）置于绝缘片（1‑22）上方；将上端开口的圆筒形铜质外壳（1‑18）安装在探头外部，与底座（1‑15）固连，挡光片S1（1‑2）通过紧固弹片（1‑23）与铜质外壳（1‑18）上端保持紧密固定；铜质外壳（1‑18）内径与底座（1‑15）凹槽外径相吻合，以能够紧密安装为准；铜质外壳（1‑18）上端开口尺寸与望远镜张角有关，开口处截面为斜面；反符合闪烁体S2（1‑6）通过一对或一对以上的紧固环（1‑5）与铜质外壳（1‑18）固定；所述反符合闪烁体S2（1‑6）在与传感器D1（1‑4）、光电二极管（1‑19）相应的位置分别开有通孔用来穿过信号电缆（1‑20），底座（1‑15）凹槽的壁面上也开有通孔用来穿过信号电缆（1‑20），使传感器D1（1‑4）、光电二极管（1‑19）与前置处理电路板输入端（1‑16）相连；前置处理电路板输出端（1‑12）引出电缆穿过底座（1‑15）凹槽的壁面、铜质外壳（1‑18）后与信号处理系统（1‑10）相连；前置处理电路板（1‑13）包括第一前置放大器（2‑1）、第二前置放大器（2‑7）和第三前置放大器（2‑17）；工作方式步骤如下：步骤一，入射粒子进入探测器内部，在传感器D1（1‑4）上产生脉冲电荷信号，在闪烁体D2（1‑7）和反符合闪烁体S2（1‑6）中产生光信号，传感器D1（1‑4）产生的脉冲电荷信号通过信号电缆（1‑20）送入前置处理电路板输入端（1‑16），并进入第一前置放大器（2‑1）；闪烁体D2（1‑7）中产生的光信号由安装在闪烁体D2（1‑7）侧面的光电二极管（1‑19）读取，光电二极管（1‑19）将光信号转变为电信号后通过信号电缆（1‑20）送入前置处理电路板输入端（1‑16），并进入第二前置放大器（2‑7）；反符合闪烁体S2（1‑6）中产生的光信号由其下方的光电倍增管（1‑9）读取，光电倍增管（1‑9）将光信号转变成电信号后，由光电倍增管信号输出端（1‑17）送入前置处理电路板输入端（1‑16），并进入第三前置放大器（2‑17）；步骤二，第一前置放大器（2‑1）将来自传感器D1（1‑4）的脉冲电荷信号进行初次放大，并输出给第一成形电路（2‑2）和相加电路（2‑6）；步骤三，第一成形电路（2‑2）接收来自第一前置放大器（2‑1）的脉冲电荷信号，使脉冲电荷信号形成矩形，并输出给第一主放大器（2‑3）；步骤四，第一主放大器（2‑3）接收来自第一成形电路（2‑2）的脉冲电荷信 号，对脉冲电荷信号进行二次放大，并输出给对数相加电路（2‑8）；步骤五，接步骤一，第二前置放大器（2‑7）将来自闪烁体D2（1‑7）的脉冲电荷信号进行初次放大，并输出给相加电路（2‑6）；步骤六，接步骤二和步骤五，相加电路（2‑6）将来自第一前置放大器（2‑1）和第二前置放大器（2‑7）的脉冲电荷信号叠加后输出给第二成形电路（2‑5）；步骤七，第二成形电路（2‑5）接收来自相加电路（2‑6）的脉冲电荷信号，使脉冲电荷信号形成矩形，并输出给第二主放大器（2‑4）；步骤八，第二主放大器（2‑4）接收来自第二成形电路（2‑5）的脉冲电荷信号，对脉冲电荷信号进行二次放大，并输出给对数相加电路（2‑8）；步骤九，接步骤四和步骤八，对数相加电路（2‑8）将来自第一主放大器（2‑3）和第二主放大器（2‑4）的脉冲电荷信号取对数后相加，并输出给第一峰值保持电路（2‑9）；步骤十，接步骤一，第三前置放大器（2‑17）将来自光电倍增管（1‑9）的脉冲电荷信号进行初次放大，并输出给第三成形电路（2‑16）；步骤十一，第三成形电路（2‑16）接收来自第三前置放大器（2‑17）的脉冲电荷信号，使脉冲电荷信号形成矩形，并输出给第三主放大器（2‑15）；步骤十二，第三主放大器（2‑15）接收来自第三成形电路（2‑16）的脉冲电荷信号，对脉冲电荷信号进行二次放大，并输出给第二峰值保持电路（2‑14）；步骤十三，第二峰值保持电路（2‑14）接收来自第三主放大器（2‑15）的脉冲电荷信号，将脉冲电荷信号的峰值进行保持、记录后输出给第二脉冲幅度分析器（2‑13）；步骤十四，第二脉冲幅度分析器（2‑13）接收来自第二峰值保持电路（2‑14）的脉冲电荷信号，去除脉冲电荷信号的噪声信号，并输出给第一峰值保持电路（2‑9）；步骤十五，接步骤九和步骤十四，第一峰值保持电路（2‑9）接收来自对数相加电路（2‑8）和第二脉冲幅度分析器（2‑13）的脉冲电荷信号，将脉冲电荷信号的峰值进行保持、记录后输出给第一脉冲幅度分析器（2‑10）；步骤十六，第一脉冲幅度分析器（2‑10）将脉冲电荷信号与第一脉冲幅度分析器（2‑10）内部各个比较器设置的阈值进行比较，并根据比较的结果将各个脉冲电荷信号进行分类，区分出电子和质子，实现粒子鉴别，并分别获得0.3～ 6MeV电子和8～200MeV质子的信号，其中电子的信号输入第一计数电路（2‑11），质子的信号输入第二计数电路（2‑12）；步骤十七，第一计数电路（2‑11）对0.3～6MeV电子的脉冲信号个数进行统计，从而获得0.3～6MeV电子的通量；第二计数电路（2‑12）对8～200MeV质子的脉冲信号个数进行统计，从而获得8～200MeV质子的通量。