一种新型的椭球面聚焦型镜像塑料闪烁体飞行时间探测器的制作方法

本发明属于原子核物理领域，涉及一种物理实验装置，具体涉及一种飞行时间探测器。

背景技术：

在原子核物理实验研究中，时间信号是一个极其重要的参数，在粒子鉴别、探测、能量测量等方面有其他信号不可替代的作用，其测量的准确度能够对相关实验的精度和探测效率产生重要的影响。

常用的测量时间信号的探测器包括：半导体薄片探测器，平行板雪崩探测器，次级电子发射膜与微道板组成时间探测器以及塑料闪烁体薄膜探测器。半导体薄片的局限在于不适宜做起始时间探测器，平行板雪崩探测器的局限在于时间分辨率提高不易，微道板探测器的缺点在于价格昂贵，探测效率较低。塑料闪烁体本身具有时间响应快，探测效率高，允许计数率高，可塑性好的特点，将其薄膜与光电倍增管配合使用后，其时间分辨已接近并达到微道板的结果。随着原子核物理实验研究更加深入，所需时间信号要求更加精确，普通塑料闪烁体薄膜探测器的时间分辨仍有局限。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种新型的椭球面聚焦型镜像塑料闪烁体飞行时间探测器，具有结构简单，改善时间分辨的特点。

本发明所述的一种飞行时间探测器，其特征在于：包括内表面为椭球面的铝制光反射器，所述光反射器内垂直固定有透明塑料片，所述塑料片在椭球面的一个焦点处挖有一个洞，所述洞上覆盖有厚度为几十微米量级的塑料闪烁体薄膜bc-422，所述光反射器内表面的另一个焦点上设置有光电倍增管r2083的光阴极中心。

其中优选方案如下：

所述透明塑料片的边缘被涂黑，吸收掉在透明胶片上多次反射的光，改善时间分辨。

所述闪烁体的边缘被涂黑，吸收掉在闪烁体内多次反射的光，改善时间分辨。

本发明所述的飞行时间探测器，其特征在于按照以下步骤进行：

(1)粒子束流射入闪烁体薄膜，入射粒子在闪烁体中损失能量后会产生荧光，荧光在闪烁体内部的出射具有各向同性。

(2)荧光在闪烁体内传播，经过反射、折射和吸收后，有一部分光子从闪烁体薄膜所在的椭球面焦点出射；

(3)从椭球面焦点出射的光子射到光反射器内表面，被椭球面反射，椭球面方程为：光子必定经过另一焦点；

(4)另一焦点处设置的光电倍增管光阴极对光子进行收集，根据费马原理，光线从椭球面一个焦点经过反射到另一焦点，所有路径的传播路程都相等。

本发明具有的优点如下：(1)椭球面把光聚集到光阴极的一个小斑点，光电子从光阴极到阳极传播的时间岐离减小，使光电倍增管输出脉冲宽度变窄，时间分辨变好，最高计数率增加；(2)可以选择光阴极面积较小的光电倍增管，使暗电流减小，降低探测阈；(3)光经过一次反射即可到达光阴极，而且是等光程的，被收集的光脉冲和闪烁过程中产生的原始光脉冲很相似，最大限度地改善了时间分辨；(4)结构简单，制作容易，工作稳定，成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，1、rib2、内椭球面光反射镜3、透明塑料片4、磁屏蔽5、bc-422闪烁薄膜6、聚四氟乙烯垫7、光电倍增管r2083

图2为本发明性能测试中得到的放射性束分布图。

图中，由本发明测得的飞行时间结合粒子能损得到δe-tof谱，鉴别出次级束中产生的¹²n、¹¹c核束。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种飞行时间探测器，包括内表面为椭球面的铝制光反射器2，所述光反射器内垂直固定有透明塑料片3，所述塑料片在椭球面的一个焦点处挖有一个洞，所述洞上覆盖有厚度为几十微米量级的塑料闪烁体薄膜5，所述光反射器内表面的另一个焦点上设置有光电倍增管r2083的光阴极中心7。

所述透明塑料片3的边缘被涂黑，吸收掉在透明胶片3上多次反射的光，改善时间分辨。

所述闪烁体5的边缘被涂黑，吸收掉在闪烁体5内多次反射的光，改善时间分辨。

实施例2：

采用实施例1所述的装置测量飞行时间，按照以下步骤进行：

(1)粒子束流射入闪烁体薄膜5上，入射粒子在闪烁体5中损失能量后会产生荧光，荧光在闪烁体5内部的出射具有各向同性。

(2)荧光在闪烁体5内传播，经过反射、折射和吸收后，有一部分光子从闪烁体薄膜5所在的椭球面焦点5出射；

(3)从椭球面焦点出射的光子射到光反射器内表面2，被椭球面反射，椭球面方程为：光子必定经过另一焦点；

(4)另一焦点处设置的光电倍增管光阴极7对光子进行收集，根据费马原理，光线从椭球面一个焦点经过反射到另一焦点，所有路径的传播路程都相等。

实施例3：

采用实施例1的装置和实施例2的方法，测试飞行时间探测器的性能，具体过程如下：用80mev/u的¹⁴n轰击初级be靶，经磁钢度bρ和降能器结合分离放射性束。放射性束流最终的分离结果如图2所示，其中bρ的设置为放射性束¹²n。从图中可以看出，使用飞行时间探测器后，可以清晰的分辨出产生放射性核束。由此，可得出探测器的时间分辨大概为130ps，而现有的半球镜探测器时间分辨大概为225ps。从实验中可知：飞行时间探测器在分离放射性束流的过程中，起到了重要的作用，并且时间分辨大幅度改善。

技术特征：

技术总结
本发明属于原子核物理领域，涉及一种飞行时间探测器，包括内表面为椭球面的铝制光反射器，光反射器内垂直固定有透明塑料片，塑料片在椭球面的一个焦点处挖有一个洞，洞上覆盖厚度为几十微米量级的塑料闪烁体薄膜BC‑422；光反射器内表面的另一个焦点上设置有光电倍增管R2083的光阴极中心。本发明结构简单，制作容易，工作稳定，成本低；闪烁体内出射的光子被椭球面反射，经过相等的光程被光电倍增管光阴极收集，最大限度地改善了时间分辨。

技术研发人员：周霞;魏源;马丹阳;李加兴
受保护的技术使用者：西南大学
技术研发日：2018.05.29
技术公布日：2019.01.01