一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置及方法。本發(fā)明提出一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置及方法，利用單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)電場(chǎng)將單粒子在氣體閃爍體中產(chǎn)生的熒光倍增，再通過(guò)高靈敏高量子效率的成像裝置對(duì)倍增強(qiáng)度的徑跡熒光成像，就能得到單粒子的徑跡發(fā)光圖像，從圖像提取徑跡特征信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單粒子能量的測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置 及方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ] 帶電粒子包括重帶電粒子(α粒子、質(zhì)子P及其他重帶電粒子)和輕帶電粒子(β粒子 等），在此我們主要針對(duì)單個(gè)重帶電粒子，簡(jiǎn)稱(chēng)單粒子。
[0003] 文獻(xiàn)1"用于脈沖中子能譜測(cè)量的質(zhì)子束光學(xué)成像方法研究[D].北京:清華大學(xué)工 程物理系，2013"公開(kāi)了一種粒子束能譜的光學(xué)成像測(cè)量裝置和方法。利用粒子束在氣體閃 爍體中沿入射方向的徑跡位置上激發(fā)氣體發(fā)出熒光，熒光的位置指示粒子束的徑跡點(diǎn)，熒 光的強(qiáng)度分布表征粒子束能量沉積的空間分布特征，用成像裝置將徑跡熒光記錄得到徑跡 圖像。論文中公開(kāi)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置已成功獲得質(zhì)子束的徑跡發(fā)光圖像，但要求入射的質(zhì)子 束強(qiáng)度至1〇 5,而對(duì)于單粒子，在氣體閃爍體中產(chǎn)生的熒光極其微弱，成像裝置的靈敏度和 量子效率都有限，直接成像很困難，因此很難利用現(xiàn)有裝置系統(tǒng)通過(guò)光學(xué)成像方法來(lái)測(cè)量 單粒子的能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置及 方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)光學(xué)方法不能測(cè)量單粒子能量的缺陷。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 提供一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置，其特殊之處在于:包括單絲氣體 閃爍正比結(jié)構(gòu)、氣體密封腔室及成像裝置三部分；
[0007] 所述單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)包括一根陽(yáng)極絲、若干根陰極絲、兩塊絕緣板和高壓 模塊;所述陽(yáng)極絲處于單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)中心，兩端分別與兩塊絕緣板的中心連接，所 述若干陰極絲與陽(yáng)極絲平行等距離均勻分布，呈圓柱形包絡(luò)，陰極絲兩端分別與兩塊絕緣 板連接，所述兩塊絕緣板的相對(duì)位置分別設(shè)置一個(gè)粒子入射小孔；
[0008] 所述氣體密封腔室包括腔體以及布置在所述腔體上的真空抽試閥門(mén)、充氣閥門(mén)和 光學(xué)窗口；所述單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)位于腔體內(nèi)部，高壓模塊位于腔體外部并與腔體內(nèi) 的陽(yáng)極絲連接，所述腔體上設(shè)置有一個(gè)與所述其中之一粒子入射小孔正對(duì)的粒子入射窗 口，所述腔體內(nèi)部充滿(mǎn)工作氣體;所述陰極絲和腔體接地。
[0009] 所述成像裝置的鏡頭與腔體上的光學(xué)窗口正對(duì)。
[0010] 所述兩塊絕緣板相對(duì)應(yīng)的四個(gè)角之間設(shè)置有支撐柱，所述陽(yáng)極絲、陰極絲及支撐 柱之間相互平行。
[0011] 所述陽(yáng)極絲直徑小于50μπι，陰極絲直徑小于1mm，所述陽(yáng)極絲與陰極絲都為導(dǎo)電材 料。
[0012]所述絕緣板的材料是陶瓷或聚四氟乙烯。
[0013] 所述粒子入射小孔位于絕緣板中心正下方5mm處。
[0014]所述粒子入射窗口采用鈦膜密封。
[0015] 所述光學(xué)窗口為圓柱形石英玻璃，透光率大于90%。
[0016] 所述工作氣體主要包括稀有氣體和四氟化碳?xì)怏w。
[0017] 本發(fā)明還提供一種基于上述裝置的單粒子能量測(cè)量方法，其特殊之處在于:包括 以下步驟：
[0018] (1)將單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)置于氣體密封腔室中，貼緊光學(xué)窗口，同時(shí)保證陽(yáng)極 絲平行于光學(xué)窗口的平面，絕緣板端面平行于粒子入射窗口，粒子入射小孔與粒子入射窗 口的中心處于同一軸線(xiàn)上;腔體密封后抽真空、充入工作氣體;高壓模塊給陽(yáng)極絲提供穩(wěn)定 高壓，陰極絲與腔體接地，這樣陽(yáng)極絲和陰極絲之間就會(huì)產(chǎn)生均勻分布的電場(chǎng)，在陽(yáng)極絲附 近區(qū)域電場(chǎng)最強(qiáng);待測(cè)單粒子平行于陽(yáng)極絲從粒子入射小孔入射到電場(chǎng)中的氣體中，在陽(yáng) 極絲附近強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域發(fā)生雪崩，使單粒子徑跡熒光強(qiáng)度倍增；
[0019] (2)對(duì)成像裝置調(diào)好焦距、景深和位置，對(duì)步驟(1)倍增的徑跡熒光進(jìn)行成像，得到 單粒子的徑跡發(fā)光圖像；
[0020] (3)對(duì)步驟(2)得到的單粒子徑跡圖像進(jìn)行處理，并提取徑跡特征信息：先對(duì)圖像 降噪、濾波，然后對(duì)徑跡徑向積分得到徑跡熒光強(qiáng)度沿粒子入射方向的分布，即Bragg曲線(xiàn)， 從中可以直觀地讀出Bragg峰位X P;通過(guò)對(duì)圖像灰度和梯度的分析或者對(duì)徑跡圖像的直接 讀取，獲得單粒子徑跡的末端位置Xr ;
[0021] (4)由步驟(3)得到的單粒子徑跡特征信息獲得單粒子的能量。
[0022] 所述步驟(4)包括以下步驟：
[0023] 4.1)建立單粒子能量與其徑跡特征信息的具體對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)ΧΡ(Ε)或Xr(E);
[0024] 徑跡焚光強(qiáng)度沿粒子入射方向的分布表征粒子沿入射方向的能量沉積分布；
[0025] 粒子沿入射方向的能量沉積分布為：
[0029] ε〇為真空中介電常數(shù)；
[0030] mo為電子的靜止質(zhì)量，e為電子電荷量；
[0031] v為入射粒子速度，z為入射粒子電荷數(shù)；
[0032] Z為靶物質(zhì)原子的序數(shù)，I為靶物質(zhì)平均等效電離電位，N為靶物質(zhì)單位體積的原子 數(shù)；
[0033]故入射粒子的初始能量為：
[0035]式中：R為入射粒子的射程，可以從所述步驟(3)得到的單粒子徑跡末端位置XR與 粒子初始位置X〇的差值直接獲得，即R=Xr_X〇 ;
[0036]實(shí)驗(yàn)條件保持一致時(shí)，即公式（1)中除了v，其他變量都一定時(shí)，因粒子能量E = l/ 2mv2，其中m為粒子質(zhì)量，粒子沿入射方向的能量沉積分布只隨其能量E變化，故徑跡特征信 息，包括Bragg峰位XP和徑跡末端位置Xr都與待測(cè)單粒子的能量E呈--對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0037]利用一系列已知能量的單粒子，通過(guò)所述步驟（1)至(3)對(duì)所述基于光學(xué)成像的單 粒子能量測(cè)量裝置進(jìn)行標(biāo)定，建立單粒子能量E與其徑跡特征信息中Bragg峰位XjP徑跡末 端位置Xr的具體對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到以能量E為橫坐標(biāo)，Bragg峰位知或徑跡末端位置X R為縱坐標(biāo) 的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)Xp(E)或Xr(E);
[0038] 4.2)從曲線(xiàn)Xp (E)或XR (E)直接獲得待測(cè)單粒子的能量；
[0039]由所述步驟（3)得到待測(cè)單粒子徑跡的Bragg峰位XP和末端位置Xr，帶入從步驟 4.2)得到的曲線(xiàn)Xp (E)或Xr (E)的縱坐標(biāo)，直接從曲線(xiàn)中讀出對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)，即直接獲得待測(cè)單 粒子對(duì)應(yīng)的能量E。
[0040]本發(fā)明的有益效果是：
[0041] (1)本發(fā)明利用單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)將單粒子熒光強(qiáng)度倍增，解決了單粒子徑 跡熒光微弱的不足。
[0042] (2)本發(fā)明裝置對(duì)單粒子熒光強(qiáng)度的放大倍數(shù)Μ可通過(guò)陽(yáng)極絲和陰極絲之間的距 離b來(lái)調(diào)節(jié)。由于在本發(fā)明裝置中，真空抽試閥門(mén)7、充氣閥門(mén)8及光學(xué)窗口 9都可以加工在氣 體密封腔室的腔體10上，腔室內(nèi)部單絲閃爍正比結(jié)構(gòu)中陽(yáng)極絲1和陰極絲2之間的距離b可 以做到小于lcm。距離b越小，陽(yáng)極絲1附近電場(chǎng)越強(qiáng)，熒光雪崩放大倍數(shù)Μ就越大。此外，距離 b越小，陽(yáng)極絲1離光學(xué)窗口7和成像裝置的距離越近，成像鏡頭12收集到的光子數(shù)越多。這 兩方面的原因都會(huì)使得到的單粒子徑跡圖像隨著b的減小而更加清晰。
[0044] (3)本發(fā)明測(cè)量單粒子能量的光學(xué)成像方法很直觀、很簡(jiǎn)便，且方法靈活，能實(shí)時(shí) 給出測(cè)量結(jié)果。單粒子徑跡圖像反映其能量沉積分布，與粒子能量呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)單 粒子徑跡發(fā)光強(qiáng)度沿入射方向的分布曲線(xiàn)(Bragg曲線(xiàn))峰位或單粒子徑跡的末端位置等徑 跡特征信息都可以獲得入射單粒子的能量。
[0045] (4)本發(fā)明能夠測(cè)量多種帶電粒子的能量，且可測(cè)量的能量范圍較大，具體根據(jù)發(fā) 明裝置的大小及工作氣體的種類(lèi)和壓強(qiáng)等來(lái)選擇。
[0046] (5)本發(fā)明可以進(jìn)行粒子種類(lèi)的辨別。相同能量的不同粒子在同樣的介質(zhì)中能量 沉積分布會(huì)不同，進(jìn)而徑跡發(fā)光圖像會(huì)有差別，根據(jù)該特征進(jìn)行粒子種類(lèi)的辨別。
【附圖說(shuō)明】
[0047] 圖1是一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置和方法示意圖。
[0048]圖2是一種單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)兩端絕緣板的側(cè)視圖。
[0049] 圖中，1-陽(yáng)極絲，2-陰極絲，3-絕緣板，4-支撐柱，5-粒子入射小孔，6-粒子入射窗 口，7-真空抽試閥門(mén)，8-充氣閥門(mén)，9-光學(xué)窗口，10-腔體，11-工作氣體，12-鏡頭，13-相機(jī)， 14-高壓模塊，15-粒子準(zhǔn)直器，16-入射單粒子。
[0050] 圖3是基于本發(fā)明獲取得到的單個(gè)5.485MeVa粒子的徑跡發(fā)光圖像。
[0051]圖4是對(duì)應(yīng)于圖3單粒子徑跡圖像經(jīng)過(guò)降噪濾波處理后的Bragg曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0052]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0053] 一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置，參照?qǐng)D1，包括單絲氣體閃爍正比結(jié) 構(gòu)、氣體密封腔室及成像裝置三部分。其中單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)包括陽(yáng)極絲1、陰極絲2、 絕緣板3、支撐柱4、粒子入射小孔5、工作氣體11及高壓模塊14;氣體密封腔室包括腔體10、 粒子入射窗口 6、真空抽試閥門(mén)7、充氣閥門(mén)8及光學(xué)窗口 9;成像裝置包括鏡頭12及相機(jī)13。 [0054] 單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中相對(duì)比較靈活，參照?qǐng)D1和圖2,兩端絕緣板3 最好用耐高壓且放氣少的陶瓷材料，可以做成長(zhǎng)寬相等的長(zhǎng)方體，厚度lcm左右，支撐體4固 定在絕緣板3周邊，支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)，整體輪廓呈長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)；陽(yáng)極絲1、陰極絲2及支撐住4之 間相互平行，陽(yáng)極絲1和陰極絲2兩頭都分別穿過(guò)兩端的絕緣體3焊接固定，并處于拉直狀 態(tài)，陽(yáng)極絲1兩頭分別固定在兩端絕緣板3的中心位置，陰極絲2可選用6根、12根或18根，也 可以更多，都與陽(yáng)極絲1距離相等，陰極絲2之間距離也相等，陰極絲2和陽(yáng)極絲1的包絡(luò)呈圓 柱形;絕緣板3還開(kāi)有一個(gè)粒子入射小孔5,位于一個(gè)陰極絲焊點(diǎn)和陽(yáng)極絲焊點(diǎn)之間，并靠近 陽(yáng)極絲焊點(diǎn)，直徑在比較合適，用于粒子入射到電場(chǎng)中；陽(yáng)極絲1可以選用直徑為20 μπι的鍍金鎢絲，陰極絲2可以選用直徑為0.5mm的銅絲，絕緣板3必須為耐高壓的絕緣體(最 好用耐高壓且放氣少的陶瓷材料，也可以選常用的聚四氟乙烯），支撐柱4為硬度較大的材 料，可選用直徑為5_的銅棒或鋁棒;工作氣體11為一種或多種混合的閃爍性氣體，包括稀 有氣體、四氟化碳?xì)怏w或其他閃爍性氣體，常用純四氟化碳?xì)怏w或四氟化碳?xì)怏w與稀有氣 體的混合氣體;在這種尺寸下，高壓模塊14給陽(yáng)極絲1提供2500V-5000V高壓，在陽(yáng)極絲1和 陰極絲2之間的圓柱形區(qū)域產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿徑向，在靠近陽(yáng)極絲區(qū)域迅速增強(qiáng)。
[0055] 氣體密封腔室形狀也較靈活，但長(zhǎng)方體最合適，參照?qǐng)D1，腔體10為不銹鋼材料;粒 子入射窗口 6采用鈦膜密封，鈦膜厚度根據(jù)粒子穿透能力和氣體壓強(qiáng)來(lái)選定，若測(cè)量低能粒 子，選用百納米到十微米，若測(cè)量高能粒子，厚度可以為幾個(gè)微米;光學(xué)窗口 9為圓柱形石英 玻璃，厚度lcm左右。
[0056] 成像裝置置于光學(xué)窗口 9外側(cè)，鏡頭12為透鏡組，相機(jī)13最好采用高靈敏高量子效 率的I(XD。
[0057] 基于本發(fā)明的單粒子能量測(cè)量裝置，其測(cè)量方法包括以下步驟：
[0058] (1)將單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)置于氣體密封腔室中，貼緊光學(xué)窗口9,同時(shí)保證陽(yáng) 極絲1平行于光學(xué)窗口 9的平面，絕緣板3端面平行于粒子入射窗口 6。
[0059] (2)待測(cè)粒子可以從腔體10外側(cè)經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器穿過(guò)粒子入射窗口 6入射到單絲氣體 閃爍正比結(jié)構(gòu)中，此時(shí)需要保證粒子入射小孔5、粒子入射窗口 6以及準(zhǔn)直器的中心都處在 同一條軸線(xiàn)上，便于粒子入射到陽(yáng)極絲和陰極絲之間的電場(chǎng)區(qū)域;待測(cè)粒子也可以直接置 于陽(yáng)極絲1和陰極絲2之間的電場(chǎng)區(qū)域，通過(guò)絕緣材料固定和準(zhǔn)直后平行于陽(yáng)極絲出射到工 作氣體11中。
[0060] (3)待測(cè)粒子的入射方式和位置固定好后，密封腔體10,抽真空、充入工作氣體11; 高壓模塊14給陽(yáng)極絲1提供高壓，陰極絲2與腔體10接地，這樣陽(yáng)極絲1和陰極絲2之間就會(huì) 產(chǎn)生均勻分布的電場(chǎng)，在陽(yáng)極絲1附近區(qū)域電場(chǎng)最強(qiáng)，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓大小保證陽(yáng)極絲1附近 區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到熒光倍增的閾值l〇6V/m;待測(cè)單粒子平行于陽(yáng)極絲1入射到陽(yáng)極絲1和 陰極絲2之間的氣體中，在陽(yáng)極絲附近強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域發(fā)生雪崩，使徑跡熒光強(qiáng)度倍增。
[0061] (4)將成像裝置調(diào)好焦距、景深和位置，對(duì)步驟(3)倍增的徑跡熒光進(jìn)行成像，得到 單粒子的徑跡發(fā)光圖像。參照?qǐng)D3,基于本發(fā)明獲取得到的單個(gè)5.485MeVa粒子的徑跡發(fā)光 圖像。
[0062] (5)對(duì)步驟(4)得到的圖像進(jìn)行處理，并提取單粒子的徑跡特征信息，先對(duì)圖像降 噪、濾波，然后對(duì)徑跡徑向積分得到徑跡熒光強(qiáng)度沿粒子入射方向的分布，即Bragg曲線(xiàn)，參 照?qǐng)D4，對(duì)應(yīng)于圖3單粒子徑跡的Bragg曲線(xiàn)，從圖中可以直觀地讀出Bragg峰位X P;通過(guò)對(duì)圖 像灰度和梯度的分析或者對(duì)徑跡圖像的直接讀取，獲得單粒子徑跡的末端位置Xr。
[0063] (6)由步驟(5)得到的單粒子徑跡特征信息獲得單粒子的能量。
[0064] 6.1)建立單粒子能量與其徑跡特征信息的具體對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)ΧΡ(Ε)或Xr(E);
[0065] 徑跡焚光強(qiáng)度沿粒子入射方向的分布表征粒子沿入射方向的能量沉積分布；
[0066] 粒子沿入射方向的能量沉積分布為：
[0070] ε〇為真空中介電常數(shù)；
[0071] mo為電子的靜止質(zhì)量，e為電子電荷量；
[0072] v為入射粒子速度，z為入射粒子電荷數(shù)；
[0073] Z為靶物質(zhì)原子的序數(shù)，I為靶物質(zhì)平均等效電離電位，N為靶物質(zhì)單位體積的原子 數(shù)；
[0074]故入射粒子的初始能量為：
[0076]式中：R為入射粒子的射程，可以從所述步驟(5)得到的單粒子徑跡末端位置XR與 粒子初始位置X〇的差值直接獲得，即R=Xr_X〇 ;
[0077]實(shí)驗(yàn)條件保持一致時(shí)，即公式（1)中除了V，其他變量都一定時(shí)，因粒子能量E = l/ 2mv2，其中m為粒子質(zhì)量，粒子沿入射方向的能量沉積分布只隨其能量E變化，故徑跡特征信 息，包括Bragg峰位XP和徑跡末端位置Xr都與待測(cè)單粒子的能量E呈--對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0078]利用一系列已知能量的單粒子，通過(guò)所述步驟（1)至(5)對(duì)所述基于光學(xué)成像的單 粒子能量測(cè)量裝置進(jìn)行標(biāo)定，建立單粒子能量E與其徑跡特征信息中Bragg峰位XjP徑跡末 端位置Xr的具體對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到以能量E為橫坐標(biāo)，Bragg峰位知或徑跡末端位置Xr為縱坐標(biāo) 的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)Xp(E)或Xr(E);
[0079] 6.2)從曲線(xiàn)Xp (E)或Xr (E)直接獲得待測(cè)單粒子的能量；
[0080]由所述步驟（5)得到待測(cè)單粒子徑跡的Bragg峰位Xp和末端位置Xr，帶入從步驟 6.2)得到的曲線(xiàn)Xp (E)或Xr (E)的縱坐標(biāo)，直接從曲線(xiàn)中讀出對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)，即直接獲得待測(cè)單 粒子對(duì)應(yīng)的能量E。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置，其特征在于:包括單絲氣體閃爍正比結(jié) 構(gòu)、氣體密封腔室及成像裝置三部分； 所述單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)包括一根陽(yáng)極絲、若干根陰極絲、兩塊絕緣板和高壓模塊； 所述陽(yáng)極絲處于單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)中心，兩端分別與兩塊絕緣板的中心連接，所述若 干陰極絲與陽(yáng)極絲平行等距離均勻分布，呈圓柱形包絡(luò)，陰極絲兩端分別與兩塊絕緣板連 接，所述兩塊絕緣板的相對(duì)位置分別設(shè)置一個(gè)粒子入射小孔； 所述氣體密封腔室包括腔體以及布置在所述腔體上的真空抽試閥門(mén)、充氣閥門(mén)和光學(xué) 窗口；所述單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)位于腔體內(nèi)部，高壓模塊位于腔體外部并與腔體內(nèi)的陽(yáng) 極絲連接，所述腔體上設(shè)置有一個(gè)與所述其中之一粒子入射小孔正對(duì)的粒子入射窗口，所 述腔體內(nèi)部充滿(mǎn)工作氣體;所述陰極絲和腔體接地； 所述成像裝置的鏡頭與腔體上的光學(xué)窗口正對(duì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置，其特征在于:所述 兩塊絕緣板相對(duì)應(yīng)的四個(gè)角之間設(shè)置有支撐柱，所述陽(yáng)極絲、陰極絲及支撐柱之間相互平 行。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置，其特征在于:所述 陽(yáng)極絲直徑小于50μπι，陰極絲直徑小于1mm，所述陽(yáng)極絲與陰極絲都為導(dǎo)電材料。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置，其特征在于:所述 絕緣板的材料是陶瓷或聚四氟乙烯。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置，其特征在于:所述 粒子入射小孔位于絕緣板中心正下方5mm處。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置，其特征在于:所述 粒子入射窗口采用鈦膜密封。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置，其特征在于:所述 光學(xué)窗口為圓柱形石英玻璃，透光率大于90%。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)成像的單粒子能量測(cè)量裝置，其特征在于:所述 工作氣體主要包括稀有氣體和四氟化碳?xì)怏w。9. 基于權(quán)利要求1所述裝置的單粒子能量測(cè)量方法，其特征在于:包括以下步驟： (1) 將單絲氣體閃爍正比結(jié)構(gòu)置于氣體密封腔室中，貼緊光學(xué)窗口，同時(shí)保證陽(yáng)極絲平 行于光學(xué)窗口的平面，絕緣板端面平行于粒子入射窗口，粒子入射小孔與粒子入射窗口的 中心處于同一軸線(xiàn)上;腔體密封后抽真空、充入工作氣體;高壓模塊給陽(yáng)極絲提供穩(wěn)定高 壓，陰極絲與腔體接地，這樣陽(yáng)極絲和陰極絲之間就會(huì)產(chǎn)生均勻分布的電場(chǎng)，在陽(yáng)極絲附近 區(qū)域電場(chǎng)最強(qiáng);待測(cè)單粒子平行于陽(yáng)極絲從粒子入射小孔入射到電場(chǎng)中的氣體中，在陽(yáng)極 絲附近強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域發(fā)生雪崩，使單粒子徑跡熒光強(qiáng)度倍增； (2) 對(duì)成像裝置調(diào)好焦距、景深和位置，對(duì)步驟（1)倍增的徑跡熒光進(jìn)行成像，得到單粒 子的徑跡發(fā)光圖像； (3) 對(duì)步驟(2)得到的單粒子徑跡圖像進(jìn)行處理，并提取徑跡特征信息:先對(duì)圖像降噪、 濾波，然后對(duì)徑跡徑向積分得到徑跡熒光強(qiáng)度沿粒子入射方向的分布，即Bragg曲線(xiàn)，從中 可以直觀地讀出Bragg峰位X P;通過(guò)對(duì)圖像灰度和梯度的分析或者對(duì)徑跡圖像的直接讀取， 獲得單粒子徑跡的初始位置X〇和末端位置Xr; (4)由步驟(3)得到的單粒子徑跡特征信息獲得單粒子的能量。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述單粒子能量測(cè)量方法，其特征在于：所述步驟(4)包括以下步 驟： 4.1) 建立單粒子能量與其徑跡特征信息的具體對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)XKE)或Xr(E); 4.2) 從曲線(xiàn)Xp (E)或Xr( E)直接獲得待測(cè)單粒子的能量。
【文檔編號(hào)】G01T1/205GK106094004SQ201610624040
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月2日 公開(kāi)號(hào)201610624040.2, CN 106094004 A, CN 106094004A, CN 201610624040, CN-A-106094004, CN106094004 A, CN106094004A, CN201610624040, CN201610624040.2
【發(fā)明人】胡靜, 歐陽(yáng)曉平, 劉金良, 阮金陸, 張忠兵, 陳亮, 姚志明
【申請(qǐng)人】西北核技術(shù)研究所