基于读出条读出的二维位置灵敏气体电子倍增器的研制

为研发能够满足北京同步辐射(BSRF)实验要求的二维探测器,研制了基于读出条读出的二维位置灵敏X射线气体电子倍增器(GEM).实验过程中通过改进读出条的周期,并基于中科院高能所实验物理中心电子学组研制的多路电荷放大器系统与VME存储-ADC系统,对软X射线源的位置分辨率进行了精密测量且得到了优异的二维位置分辨:X方向约为84μm,Y方向约为75μm.研究了三级GEM压差之和对位置分辨的影响,并测试了探测器的位置准确度与线性.对基于阳极读出的GEM用于模拟读出测试系统得到了一定的理论认识,侧重研究了GEM探测器基于模拟读出的系统特性,给出了相关的分析与讨论.     

二维位置灵敏探测器输出图像畸变的修正

高分辨(e,2e)谱仪采用二维位置灵敏探测器同时对能量和角度进行多道测量.二维位置灵敏探测器由级联使用的微通道板和电阻阳极板组成,由于电阻阳极板的边缘效应和制造工艺的缺陷,测量得到的位置图像与实际图像总会有一定的形变,存在一定的非线性.本文针对高分辨(e,2e)谱仪二维位置灵敏探测器输出图像的“桶形”畸变及位置非线性,采用一种简易的冷刻法(用脉冲信号来模拟真实电子束团),检验了二维位置灵敏探测器的Gear型电阻阳极板的线性好坏,并用分割成小三角形的方法找出测量得到的畸变图像与原始真实图像的映射关系,再用此关系对其它测量得到的畸变图像进行修正,并对修正的结果进行了评估.通过修正,由“桶形”畸变所造成的图像扭曲得到明显改善.修正后的x方向非线性由修正前的2.1%变为0.59%.这种检验和修正方法对其它领域类似探测器输出图像的修正也有一定的指导意义.     

光子计数位置灵敏探测器畸变多项式校正

采用多项式校正方法对光子计数位置灵敏探测器成像畸变进行校正。介绍光子计数位置灵敏探测器工作原理并分析其畸变产生原因;介绍多项式校正原理,并给出光子计数位置灵敏探测器畸变多项式校正流程;采用该方法对两种不同畸变程度的基于楔条形阳极该类探测器进行了畸变校正,校正后残余误差分别为2.5pixel和1.2pixel。实验结果表明,多项式校正法能够有效校正光子计数位置灵敏探测器成像畸变。     

极紫外位置灵敏阳极光子计数成像探测器研究

研制出了应用于月基极紫外成像仪的二维极紫外位置灵敏阳极光子计数成像探测器原形样机,该探测器主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板堆、楔条形位置灵敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。设计和制备了周期为1 mm,直径为30 mm的三电极楔条形位置灵敏阳极,研制了最高计数率为200 kHz的前端模拟和数字电路。测量了探测器的暗计数率、脉冲高度分布及空间分辨率等工作特性。测量结果表明,该探测器的空间分辨率为028 mm,满足月基极紫外成像仪对空间分辨率的要求。     

基于阻性阳极读出方法的气体电子倍增器二维成像性能

新型微结构气体探测器,如气体电子倍增器(gas electron multiplier,GEM)等,具有非常好的位置分辨率潜力(σ100μm),但是需要匹配大规模高密度的读出电子学,给探测器的建设、造价、功耗、空间利用等带来极大压力.阻性阳极读出方法可以在保持较高位置分辨率的前提下,大幅节省电子学.基于厚膜电阻工艺,一种新的阻性单元阵列结构被成功开发和应用于三级级联GEM探测器的读出阳极.该阻性阳极包括6×6个6 mm×6 mm的基本阻性单元,仅需匹配49路读出电子学.~(55)Fe放射源(5.9 keV)和X光机(8 keV)实验的结果显示探测器的位置分辨率(σ)可好于80μm,位置非线性好于1.5%.同时,探测器还获得了很好的实物成像效果.探测器的优良性能表明这种阻性阳极读出方法适用于大面积二维成像气体探测器的读出,并可用于其他探测器的读出.     

空间光通信APT探测技术中位置敏感器件（PSD）的研究

鉴于空间光通信系统中分辨率在很大程度上影响着整个通信系统的性能，而PSD(position sensitive detector)作为APT(acquisition, pointing and tracking)子系统常用的探测器件，具有分辨率高，无盲区，响应速度较快的优点，分析了PSD的基本结构和定位原理，研究了使用PSD作为空间光通信APT子系统粗跟踪技术的位置分辨率，并指出了提高PSD分辨率的着手点。用实验方案对PSD的分辨率进行了具体的实验分析。通过对实验数据分析可知，PSD的平均位置分辨率达到12.6μm，该值与理论分辨率吻合得较好。这说明PSD作为APT子系统精跟踪探测器的可行性。     

楔条形阳极探测器的性能测试与分析

对研制出的楔条形阳极探测器进行了性能分析与实验测试,分析了引起成像畸变的三个重要因素：到达阳极的电子云半径大小、阳极的电容耦合效应和电子读出电路的性能.电子云半径的过大或过小会相应引起成像的 “S”畸变或调制畸变,电容耦合效应和电路噪音也均会引起成像的畸变.此外,测试了探测器的暗计数率、线性度以及空间分辨率等性能,同时分析了微通道板在光照情况下的增益特性和暗计数的一般特性及其产生原因.测试结果表明探测器的成像畸变很小、线性关系较好,空间分辨率优于150 μm,微通道板的暗计数率低于0.4 count/s*cm2.     

基于微通道板的二维成像探测器

本文介绍了基于微通道板的二维成像探测器的基本原理、结构,制作了有效面积直径达70毫米的微通道板延迟线探测器,并利用辐射源对研制的探测器位置分辨等性能进行了测试,得到的最好位置分辨为0.1毫米;讨论了进一步优化探测器性能的方法.     

激光微角偏移测试系统研究

针对火炮出厂前的校瞄工作存在自动化程度不高、测试结果分辨率和精度低的缺点,设计了一种新型激光微角偏移测试校瞄系统。该系统由位置灵敏探测器(PSD)、准直平行激光管与二维精密旋转控制器构成。采用光电转换和信号处理技术,可实时获取火炮身管轴线的微角偏移量;利用相对简单的方法完成了高精度的测试,有效地改善了传统校瞄方法的不足。实验测试结果表明,该系统可在炮管仰角0°~70°范围内全程测试微角偏移量,其分辨率可达到0.001°,可广泛应用于不同口径火炮身管轴线的校瞄工作中。     

自动机运动规律测试系统的研制

介绍了一种枪械自动机运动规律光电检测系统,该系统由光电位置探测器(PSD)、激光器、原向反射片、数据采集装置及专用测试软件等组成.随自动机同步运动的原向反射片反射激光光束,光束经光学系统聚焦于PSD的光敏面上,产生随光斑中心变化的电信号.信号经过调理、采集、处理后得出自动机运动规律.分析及实验结果表明:该系统响应速度满足自动机测试要求,位置分辨率可达0.044 mm.能在恶劣环境下,对10～150 mm范围内的枪械自动机进行速度和位移测试.测试方法具有非接触、高精度、操作简便等特点.     

A position resolution MRPC for muon tomography

Muon tomography is a promising method in the detection and imaging of high Z material. In general, considering the quality of track reconstruction in imaging, a detector of good position resolution, high efficiency and large area is required. This paper presents the design and study of a prototype of position sensitive MRPC with 0.15 mm narrow gas gap and 2.54 mm strip readout. Through a cosmic-ray experiment, the performance of MRPC module is carefully observed and each channel is calibrated. Through an X ray experiment with a narrow slit, the position resolution is studied. The results show that the time resolution of the module can reach 61ps and the spatial resolution can reach 0.36 mm.     

Effect of the integrated time of the induced current signal on the position resolution of the RPC detector

A prototype RPC with position resolution less than 1 mm has been produced and studied. Based on this RPC detector, the effect of the width of the integrated FADC time window on the position resolution of a RPC has been studied experimentally and theoretically. The results of theoretical calculation and experimental measurement have shown good agreement.     

Effect of the integrated time of the induced current signal on the position resolution of the RPC detector

A prototype RPC with position resolution less than 1 mm has been produced and studied. Based on this RPC detector, the effect of the width of the integrated FADC time window on the position resolution of a RPC has been studied experimentally and theoretically. The results of theoretical calculation and experimental measurement have shown good agreement.     

Signal processing scheme for central position identification in a white-light interferometric system with a dual wavelength source

A signal processing scheme using a curve fitting algorithm to determine the central position of the digitized fringe pattern output of a white light interferometric (WLI) system is discussed. An analytic result for the resolution obtained in the central fringe position measurement using a specific curve fitting scheme has been given and a simulation of the measurement of the central position of a computer generated fringe pattern has been carried out. The results from the simulation show good agreement with those from the theoretical analysis. A supporting experiment to investigate this effect has also been carried out and the short term repeatability of the central position measurement using the curve fitting scheme gives close agreement with the theoretical results.     

基于LC延迟电路的双层多丝正比室的研制

描述了为兰州放射性粒子束流线（RIBLL Ⅱ）上测量束流径迹而研制的一种基于LC延迟电路的双层多丝正比室（MWPC）。该探测器的探测灵敏面积为100 mm×80 mm,位置信号由阴极丝引出并通过LC延迟电路读出。探测器由两套完整的多丝正比室组成,每套的阳极丝夹在两层平行的阴极丝之间,阳极丝和阴极丝相互垂直。两套阴极丝相互垂直给出入射粒子的二维位置信息。为了增大感应信号以提高探测效率,将每套位置对应的阴极丝合并成一路接入LC延迟电路。用55Fe-5.9 keV X射线源均匀照射探测器的灵敏区域,测试表明其具有良好的位置灵敏一致性。用X射线源通过准直狭缝扫描整个探测器的灵敏区域,得到X,Y层的位置线性度均好于0.999;其位置分辨（σ）分别为199.9 μm和154.0 μm,目前,该探测器已成功用于RIBLL Ⅱ的实验中。A double-layer Multi-Wire Proportional Chamber (MWPC) with 100 mm×80 mm active area has been developed for Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou(RIBLL Ⅱ). The position information has been obtained by a LC delay circuit readout method. Being called of double-layer MWPC, it is composed of two full MWPCs, each consists of an anode plane sandwiched between two parallel cathode planes, anode wires and cathode wires are perpendicular to each other. In order to improve the detection efficiency, the cathode wires of corresponding position are combined to enhance inductive signal. The cathode wires of two full MWPCs are orthogonally placed to give two coordinates of the incident particles. The sensitivity uniformity is also found to be relatively good and the position resolution of X, Y direction are measured to be 199.9 and 154.0 μm using a 55Fe-5.9 keV X ray, respectively. The position linearity of X, Y direction are as good as 0.999 for whole sensitive area of the detector. The detector has been used successfully on the experiment at RIBLL Ⅱ.     

低气压多丝正比室及其在放射性束流实验中的应用

介绍了为在放射性束流线上开展精确的散射和反应实验中,对入射束流的角度和有效数目等进行在线监测而设计制造的低气压多丝正比室.它透射性好,不干扰束流,并方便在真空环境中工作.测量表明,它的位置分辨率约0.5mm.对20—30MeV/u的低Z的放射性束流有着大于90%的位置探测效率,适用于中能次级束实验靶前的束流定位及在线监测,也可用在靶后测量出射带电粒子的角度.     

用于中国散裂中子源多功能反射谱仪的高气压多丝正比室探测器的研制

中国散裂中子源需要建设一台多功能反射谱仪中子探测器,满足在10年运行期间内,50%(@2A)以上的探测效率、好于2 mm的二维位置分辨、200 mm×200 mm的灵敏面积、3倍的n/γ分辨能力及良好的二维成像性能.基于此要求,探测器因此采用基于高气压~3He气体的多丝正比室,并以满足反射谱仪的探测效率、位置分辨、长期稳定工作和n/y分辨能力为目标进行探测器的设计.本文经过模拟和实验计算得出:以9 mm厚的铝合金入射窗、铝丝密封的高气压腔体和6 bar~3He+2.5 bar C_3H_8的工作气体的设计,可满足探测器对2 A中子10年运行期间内54%以上的探测效率要求;探测器对中子的位置分辨可达到1.4 mm左右;设计的气体净化系统,拥有2 L/min的气流速度可有效去除探测器内的负电性杂质气体,气体循环净化后可提高探测器约27%的气体增益,保证探测器长期稳定的运行;通过对~(252)Cf中子源的能谱测量和成像测量,得出探测器的n/γ分辨能力在5倍以上和均匀的成像结果.研制的探测器满足反射谱仪需求,并已在中国散裂中子源反射谱仪靶站就位联调.     

Measurement of avalanche size and position resolution of RPCs with different surface resistivities of the high voltage provider

The effects of surface resistivity of the high voltage provider on the space dispersion of the induced charge of a prototype Resistive Plate Chamber (RPC) have been studied experimentally and theoretically. The results of both experiment and theory agree and confirm that a two-Gaussian function can be used to fit the dispersion of the induced charge of the RPC. It is shown that the Gaussian function with the narrower width is mainly due to the expansion of the avalanche charge in the gas gap of the RPC, and the Gaussian function with the larger width is due to the charge dispersion when it passes through the resistive carbon film. This will be useful in the RPC design when one wants to make an RPC with high position resolution.     

用于重离子治癌的大面积平行板雪崩计数器

简单介绍了重离子治癌的原理, 叙述了一种用于重离子治癌的大面积平行板雪崩计数器, 它主要由入射窗、 x位置栅极、 中心阳极、 y位置栅极和出射窗组成. 使用C3F8气体, 气压700 Pa, 阳极电压为700 V, 两阴极接地, 电子学成形时间常数为2 μs, 测试得到的位置分辨修正后为0.54 mm(FWHM). 通过与国内外同类装置比较, 认为这一分辨已经满足了重离子治癌装置的要求. he principle of the heavy ion therapy is introduced in this article. In order to precisely determine the irradiation profiles and positions of scanned heavy ion beams, we developed a large area parallel plate avalanche counter(PPAC). The detector consists of one anode, two cathodes and two windows with 250 mm×250 mm active area . It was measured at an anode voltage of 700 V and with flowing C3F8 gas at the pressure of 700 Pa. A position resolution of 0.54 mm by correction was obtained with an α source. As compared with the similar devices, we consider the position resolution of the PPAC can satisfy the requirement of the facility of heavy ion therapy.     

高能量分辨率的平面晶体位置灵敏谱仪

平面晶体波长色散位置灵敏谱仪是一新型高能量分辨率的X射线分析装置,可用于高能量分辨的元素分析、化学态及原子物理等研究中.这里简要介绍所研制的位置灵敏谱仪装置及其性能,以及位置灵敏谱仪与其核心部件──位置灵敏正比计数器的基本原理.所研制位置灵敏谱仪对55Fe,Ti和Si所达到的能量分辨率(FWHM)分别为25eV,15eV及7eV.因此,它将可以用作高分辨的元素分析.