专利名称：一种空间高能电子和质子的探测方法
技术领域：
本发明涉及一种空间高能电子和质子的探测方法，具体涉及一种基于ΛΕ-Ε原理的利用半导体传感器和闪烁体组成的粒子望远镜对空间高能电子(O. 3 6MeV)和质子(8 200MeV)进行探测的方法，属于空间带电粒子探测领域。
背景技术：
高能电子和质子是空间环境的重要组成部分。空间中能量高于250KeV的电子容易穿透航天器外壳而进入航天器内部，引起航天器的内带电效应；能量高于8MeV的质子，很容易导致使航天器材料或器件发生位移损伤效应；能量更高的质子，容易导致航天器上的器件发生单粒子效应。这些效应容易使航天器上的材料或器件性能退化，功能衰退，加速 了材料和器件的老化，影响了其功能的正常发挥，进而导致航天器系统产生各种各样的故障，严重的甚至可导致整个航天器失效，为航天器的安全可靠运行带来了极大的威胁。随着我国航天活动的发展，越来越多的卫星(航天器)将应用于国民经济的各个方面，这使得高能电子和质子对卫星(航天器)的影响问题更加凸显。因此，需要对空间中的高能电子和质子进行探测，了解航天器活动所造成的危害程度，从而从工程应用的角度为卫星(航天器)材料或器件的选择、设计及防护提供参考，在一定程度上保证航天器的安全可靠运行。这具有很重要的工程意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间高能电子和质子的探测方法，具体可探测能量为
O.3 6MeV的电子和8 200MeV的质子，所述方法不仅能探测电子和质子的能量，还能准确鉴别质子和电子。此外，用该方法研制的探测器具有较小的体积和功耗以及高计数率，可应用于空间带电粒子的探测，为空间环境探测积累数据，从而为航天器的设计及防护提供依据。本发明的目的由以下技术方案实现一种空间高能电子和质子的探测方法，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SI、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，其中，反符合闪烁体S2包裹在传感器Dl和闪烁体D2周围；挡光片SI为厚400 μ m的圆形招箔；传感器Dl是厚100 μ m的圆形金娃面鱼型探测器，带电粒子在其中沉积的能量为ΛΕ1 ;闪烁体D2是高10 cm的圆柱形闪烁体，带电粒子在其中沉积的能量为ΛΕ2，所述闪烁体D2材料为CsI ;反符合闪烁体S2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直径相配合；反符合闪烁体S2顶部内侧开有环形凹槽，内壁开有凹槽；所述挡光片直径优选为3. O Cm ;所述传感器Dl有效直径优选为2. Ocm ；
闪烁体D2直径优选为2. O cm ;反符合闪烁体S2优选内径为2. 0cm，外径为2. 5 Cm，外部高度为11 Cm，底面厚度 O.5cm ；传感器Dl与挡光片SI的间距优选为O. 5 cm ;传感器Dl与闪烁体D2的间距优选为5mm，二者构成望远镜半张角优选为8。；将具有凹槽的底座固定在航天器或卫星的指定位置上，支撑弹片放置在底座凹槽内最底部，前置处理电路板置于支撑弹片上方，光电倍增管置于前置处理电路板上方，支撑弹片、前置处理电路板和光电倍增管的直径都与底座凹槽直径吻合，保证支撑弹片、前置处理电路板和光电倍增管抵触连接，光电倍增管上端与底座凹槽上端处于同一高度；反符合闪烁体S2置于光电倍增管上方，并通过光耦合剂与光电倍增管紧密接触；圆形光屏蔽层置于反符合闪烁体S2内的底部，其直径与反符合闪烁体S2内径相配合，厚度根据实际需要，使闪烁体D2产生的信号不能进入反符合闪烁体S2 ;闪烁体D2置于光屏蔽层上方，其直径与反符合闪烁体S2内径相配合；闪烁体D2侧面安装光电二极管，光电二极管位于反符合闪烁体S2内壁凹槽中，所述凹槽的尺寸与光电二极管相配合；传感器Dl上方与环状的传感器Dl上电极固连，下方与环状的传感器Dl下电极固连；传感器Dl上电极与顶部凹槽上端水平，传感器Dl下电极与顶部凹槽下端抵触；绝缘片放置在传感器Dl上电极上方，挡光片SI置于绝缘片上方；将上端开口的圆筒形铜质外壳安装在探头外部，与底座固连，挡光片SI通过紧固弹片与铜质外壳上端保持紧密固定；铜质外壳内径与底座凹槽外径相吻合，以能够紧密安装为准；铜质外壳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通过一对或一对以上的紧固环与铜质外壳固定；绝缘片、紧固弹片及铜质外壳上端开口尺寸均以不影响粒子入射为准；所述反符合闪烁体S2在与传感器D1、光电二极管相应的位置分别开有通孔用来穿过信号电缆，底座凹槽的壁面上也开有通孔用来穿过信号电缆，使传感器D1、光电二极管与前置处理电路板输入端相连；前置处理电路板输出端引出电缆穿过底座凹槽的壁面、铜质外壳后与信号处理系统相连；前置处理电路板包括第一前置放大器、第二前置放大器和第三前置放大器；传感器Dl产生的电信号通过信号电缆送入前置处理电路板输入端，并进入第一前置放大器；闪烁体D2中产生的光信号由安装在闪烁体D2侧面的光电二极管读取，光电二极管将光信号转变为电信号后通过信号电缆送入前置处理电路板输入端，并进入第二前置放大器；反符合闪烁体S2中产生的光信号由其下方的光电倍增管读取，光电倍增管将光信号转变成电信号后，由光电倍增管信号输出端送入前置处理电路板输入端，并进入第三前置放大器；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；第一前置放大器、第一成形电路、第一主放大器和对数相加电路依次连接；第二前置放大器、相加电路、第二成形电路、第二主放大器和对数相加电路依次连接；对数相加电路、第一峰值保持电路和第一脉冲幅度分析器依次连接；第三前置放大器、第三成形电路、第三主放大器、第二峰值保持电路、第二脉冲幅度分析器和第一峰值保持电路依次连接；第一脉冲高度分析器分别和第一计数电路、第二计数电路连接；此外，第一前置放大器的输出还与相加电路连接；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Dl上产生脉冲电荷信号，在闪烁体D2和反符合闪烁体S2中产生光信号，传感器Dl产生的脉冲电荷信号通过信号电缆送入前置处理电路板输入端，并进入第一前置放大器；闪烁体D2中产生的光信号由安装在闪烁体D2侧面的光电二极管读取，光电二极管将光信号转变为电信号后通过信号电缆送入前置处理电路板输入端，并进入第二前置放大器；反符合闪烁体S2中产生的光信号由其下方的光电倍增管读取，光电倍增管将光信号转变成电信号后，由光电倍增管信号输出端送入前置处理电路板输入端，并进入第三前置放大器；步骤二，第一前置放大器将来自传感器Dl的脉冲电荷信号进行初次放大，并输出给第一成形电路和相加电路； 步骤三，第一成形电路接收来自第一前置放大器的脉冲电荷信号，使脉冲电荷信号形成矩形，并输出给第一主放大器；步骤四，第一主放大器接收来自第一成形电路的脉冲电荷信号，对脉冲电荷信号进行二次放大，并输出给对数相加电路；步骤五，接步骤一，第二前置放大器将来自闪烁体D2的脉冲电荷信号进行初次放大，并输出给相加电路；步骤六，接步骤二和步骤五，相加电路将来自第一前置放大器和第二前置放大器的脉冲电荷信号叠加后输出给第二成形电路； 步骤七，第二成形电路接收来自相加电路的脉冲电荷信号，使脉冲电荷信号形成矩形，并输出给第二主放大器；步骤八，第二主放大器接收来自第二成形电路的脉冲电荷信号，对脉冲电荷信号进行二次放大，并输出给对数相加电路；步骤九，接步骤四和步骤八，对数相加电路将来自第一主放大器和第二主放大器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；步骤十，接步骤一，第三前置放大器将来自光电倍增管的脉冲电荷信号进行初次放大，并输出给第三成形电路；步骤十一，第三成形电路接收来自第三前置放大器的脉冲电荷信号，使脉冲电荷信号形成矩形，并输出给第三主放大器；步骤十二，第三主放大器接收来自第三成形电路的脉冲电荷信号，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；步骤十三，第二峰值保持电路接收来自第三主放大器的脉冲电荷信号，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；步骤十四，第二脉冲幅度分析器接收来自第二峰值保持电路的脉冲电荷信号，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；步骤十五，接步骤九和步骤十四，第一峰值保持电路接收来自对数相加电路和第二脉冲幅度分析器的脉冲电荷信号，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；步骤十六，第一脉冲幅度分析器将脉冲电荷信号与第一脉冲幅度分析器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O. 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，质子的信号输入第二计数电路；步骤十七，第一计数电路对O. 3 6MeV电子的脉冲信号个数进行统计，从而获得
O.3 6MeV电子的通量；第二计数电路对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。有益效果本发明所述的空间高能电子和质子的探测方法，利用一块薄半导体探测器和一块 厚闪烁体探测器组成的望远镜可对空间O. 3 6MeV的电子和8 200MeV的质子进行探测，不仅能获得电子和质子的能量、通量，还能对电子和质子进行鉴别。此外，利用该方法研制的探测器，可以获得较高的计数率，且探测器具有较小的体积、重量和功耗。
图I为本发明所述的空间高能电子和质子的探测方法的探测器剖面图；图2为本发明所述的空间高能电子和质子的探测方法信号处理系统示意图；其中，1-1 :望远镜半张角，1-2 :挡光片Sl，l_3 :传感器Dl上电极，1_4 :传感器Dl, 1-5 :紧固环，1-6 :反符合闪烁体S2，1-7 :闪烁体D2，l_8 :光屏蔽层；1_9 :光电倍增管，1-10 :信号处理系统，1-11 :螺栓，1-12 :前置处理电路板输出端，1-13 :前置处理电路板，1-14 :支撑弹片，1-15 :底座，1-16 :前置处理电路板输入端，1-17 :光电倍增管信号输出端，
1-18:铜质外壳，1-19 :光电二极管，1-20 :信号电缆，1-21 :传感器Dl下电极，1_22 :绝缘片，1-23:紧固弹片；2-1 :第一前置放大器,2-2 第一成形电路,2-3 :第一主放大器，2_4 :第二主放大器，2-5 :第二成形电路，2-6 :相加电路，2-7 :第二前置放大器，2-8 :对数相加电路，2_9 第一峰值保持电路，2-10 :第一脉冲幅度分析器，2-11 :第一计数电路，2-12 :第二计数电路，
2-13:第二脉冲幅度分析器，2-14 :第二峰值保持电路，2-15 :第三主放大器，2_16 :第三成形电路，2-17 :第三前置放大器。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。实施例I一种空间高能电子和质子的探测方法，所述方法包括探测器和信号处理系统1-10 ；如图I所示，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SI 1-2、传感器Dl 1-4、闪烁体D21-7、反符合闪烁体S21-6、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S21-6包裹在传感器D11-4和闪烁体D21-7周围；挡光片SI 1-2为厚400 μ m的圆形铝箔，直径为3. O Cm ;
传感器Dl 1-4是厚100 μ m的圆形金硅面垒型探测器，有效直径为2. Ocm,其与挡光片S11-2的间距为O. 5 Cm，带电粒子在其中沉积的能量为Λ El ；闪烁体D21-7是高10 Cm的圆柱形闪烁体，直径为2. O Cm，其与传感器D11-4的间距为I. O Cm，带电粒子在其中沉积的能量为Λ Ε2，所述闪烁体D21-7材料为CsI ；反符合闪烁体S21-6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，其内径为2. 0cm，外径为2. 5 Cm，反符合闪烁体S21-6外部高度为11 Cm，底面厚度5mm ;反符合闪烁体S21-6顶部内侧开有环形凹槽，内壁开有凹槽；传感器D11-4与闪烁体D21-7的间距5mm，所构成望远镜半张角1_1为8。；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S21-6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S21-6内的底部，其直径与反符合闪烁体S21-6内径相配合，厚度根据实际需要，使闪烁体D21-7产生的信号不能进入反符合闪烁体S21-6 ;闪烁体D21-7置于光屏蔽层1-8上方,其直径与反符合闪烁体S21-6内径相配合；闪烁体D21-7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S21-6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D11-4上方与环状的传感器Dl上电极1_3固连，下方与环状的传感器Dl下电极1-21固连；传感器Dl上电极1-3与顶部凹槽上端水平，传感器Dl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Dl上电极1-3上方，挡光片SI 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通过螺栓1-11连接，挡光片S11-2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S21-6通过一对或一对以上的紧固环1-5与铜质外壳1-18固定；绝缘片1-22、紧固弹片1-23及铜质外壳1_18上端开口尺寸均以不影响粒子入射为准；所述反符合闪烁体S21-6在与传感器D11-4、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D11-4、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 ；传感器D11-4产生的电信号通过信号电缆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D21-7中产生的光信号由安装在闪烁体D21-7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S21-6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 ；如图2所示，所述信号处理系统1-10包括第一成形电路2-2、第一主放大器2_3、第二主放大器2-4、第二成形电路2-5、相加电路2-6、对数相加电路2-8、第一峰值保持电路
2-9、第一脉冲幅度分析器2-10、第一计数电路2-11、第二计数电路2-12、第二脉冲幅度分析器2-13、第二峰值保持电路2-14、第三主放大器2-15和第三成形电路2_16 ；第一前置放大器2-1、第一成形电路2-2、第一主放大器2-3和对数相加电路2_8依次连接；第二前置放大器2-7、相加电路2-6、第二成形电路2-5、第二主放大器2-4和对
数相加电路2-8依次连接；对数相加电路2-8、第一峰值保持电路2-9和第一脉冲幅度分析器2-10依次连接；第三前置放大器2-17、第三成形电路2-16、第三主放大器2_15、第二峰值保持电路2-14、第二脉冲幅度分析器2-13和第一峰值保持电路2-9依次连接；第一脉冲高度分析器分别和第一计数电路2-11、第二计数电路2-12连接；此外，第一前置放大器2-1的输出还与相加电路2-6连接；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D11-4上产生脉冲电荷信号，在闪烁体D21-7和反符合闪烁体S21-6中产生光信号,传感器D11-4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D21-7中产生的光信号由安装在闪烁体D21-7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S21-6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Dl 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D21-7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O. 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O. 3 6MeV电子的脉冲信号个数进行统计，从而获得O. 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。本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一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SI(1-2)、传感器Dl (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Dl (1-4)和闪烁体D2 (1-7)周围； 挡光片SI (1-2)为厚400 μ m的铝箔；传感器Dl (1_4)是厚100 μ m的金硅面垒型探测器，带电粒子在其中沉积的能量为ΛΕ1;闪烁体D2 (1-7)是高10 cm的圆柱形闪烁体，带电粒子在其中沉积的能量为ΛΕ2 ;反符合闪烁体S2(l-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Dl (1-4)上方与环状的传感器Dl上电极(1-3)固连，下方与环状的传感器Dl下电极(1-21)固连；传感器Dl上电极(1-3)与顶部凹槽上端水平，传感器Dl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Dl上电极(1-3)上方，挡光片SI (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SI(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Dl (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Dl (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Dl (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Dl (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Dl (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O. 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O. 3 6MeV电子的脉冲信号个数进行统计，从而获得O. 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。
2.根据权利要求I所述的一种空间高能电子和质子的探测方法，其特征在于所述挡光片直径为3.0 cm。
3.根据权利要求I所述的一种空间高能电子和质子的探测方法，其特征在于所述传感器Dl (1-4)有效直径为2.0cm。
4.根据权利要求I所述的一种空间高能电子和质子的探测方法，其特征在于所述闪烁体D2 (1-7)材料为CsI，直径为2. 0 cm。
5.根据权利要求I所述的一种空间高能电子和质子的探测方法，其特征在于所述反符合闪烁体S2 (1-6)内径为2. 0cm，外径为2. 5 Cm，外部高度为11 Cm，底面厚度O. 5cm。
6.根据权利要求I所述的一种空间高能电子和质子的探测方法，其特征在于所述传感器Dl (1-4)与挡光片SI (1-2)的间距为O. 5 Cm。
7.根据权利要求I所述的一种空间高能电子和质子的探测方法，其特征在于所述传感器Dl (1-4)与闪烁体D2 (1-7)的间距为5mm，二者构成的望远镜半张角(1-1)为8°。
8.根据权利要求I所述的一种空间高能电子和质子的探测方法，其特征在于所述铜质外壳(1-18)上端开口处截面为斜面。
9.根据权利要求I所述的一种空间高能电子和质子的探测方法，其特征在于所述绝缘片(1-22)、紧固弹片(1-23)及铜质外壳(1-18)上端开口尺寸均以不影响粒子入射为准。
10.根据权利要求I所述的一种空间高能电子和质子的探测方法，其特征在于所述信号处理系统(1-10)包括第一成形电路(2-2)、第一主放大器(2-3)、第二主放大器(2-4)、第二成形电路(2-5)、相加电路(2-6)、对数相加电路(2-8)、第一峰值保持电路(2-9)、第一脉冲幅度分析器(2-10)、第一计数电路(2-11)、第二计数电路(2-12)、第二脉冲幅度分析器(2-13)、第二峰值保持电路(2-14)、第三主放大器(2-15)和第三成形电路(2-16)； 第一前置放大器(2-1)、第一成形电路(2-2)、第一主放大器(2-3)和对数相加电路(2-8)依次连接；第二前置放大器(2-7)、相加电路(2-6)、第二成形电路(2-5)、第二主放大器(2-4)和对数相加电路(2-8)依次连接；对数相加电路(2-8)、第一峰值保持电路(2-9)和第一脉冲幅度分析器(2-10)依次连接；第三前置放大器(2-17)、第三成形电路(2-16)、第三主放大器(2-15)、第二峰值保持电路(2-14)、第二脉冲幅度分析器(2-13)和第一峰值保持电路(2-9)依次连接；第一脉冲高度分析器分别和第一计数电路(2-11)、第二计数电路(2-12)连接；此外，第一前置放大器(2-1)的输出还与相加电路(2-6)连接。
全文摘要
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。
文档编号G01R29/00GK102944753SQ201210451438
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者把得东, 杨生胜, 薛玉雄, 安恒, 石红, 杨青 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所