新型x射线探测设备的探索性研究原子与分子物理专业论文.docx

摘要高电荷态离子是宇宙中物质存在的重要形式，光谱学研究手段是对高电荷态离子性质诊断的重要方法。X射线作为电磁波谱中能量覆盖范围很大的一个波段携带了大量信息，对它的观测是研究高电荷态离子内部结构以及它们与其它物质相互作用过程的重要手段。以往由于受到技术的限制，在X 射线光谱范围内的能谱观测条件有限。最近几十年，随着半导体技术的发展以及一大批新材料新技术的应用，出现了许多新的探测手段。本论文涉及到电荷藕合器件(CCD )和微卡计这两种探测器，其中CCD 探测器因其优异的位置灵敏特性己被广泛应用于光谱分析和成像领域，微卡计则以其高能量分辨率、宽能谱测量范围、高探测效率成为最具潜力的X 射线探测设备之一。然而这类探测器涉及真空机械、低温工程、光学、材料、电子线路、控制逻辑、软件等众多学科领域的高尖端技术，目前国内只能通过进口渠道获得CCD 探测器，微卡计制造技术更为美国所垄断而难于获得。本课题分为CCD探测器系统研制和微卡计探索性研制两个部分。在第一部分工作中，首先研制并测试了一个可见光线阵C C D 系统，为面阵CCD探测器的系统构架、控制信号生成、数据读出和处理等各项功能进行了验证。又在此基础上继续为科研级X射线面阵CCD探测器的研制在真空结构、制冷控制、信号处理等方面进行了一系列预研工作。第二部分是国内首台高能量分辨且高探测效率的微卡计系统的探索性研制工作。完成了整个系统规划设计、真空机械结构设计及一个16通道微卡计输出脉冲信号处理系统设计、组装和相关测试工作。本课题针对高电荷态离子物理研究的需求，希望通过一系列设计和测试工作，为自行研制科研级X射线面阵CCD探测器和微卡计系统进行了一些探索J性研究和尝试。关键词:X 射线探测，CCD 探测器，微卡计中图分类号:04一33，0434.1，0433.1，0514AbstraetMostofthematterinouruniversee劝stsinPlasmaform and highlyehargedions(HCIs)pl盯an importantroleinthepropertiesofthehotterobjeetssuehas suPern ovas .X ray sP eetroseo Py15 by far the m ostim Portantteehnique forinvestigating the atom ie strueture and ProPerties ofH C Is.In turn，m ostofthediagnosties ofhotastrophysiealplasm as 15 done through X r即speetroseopy ofHCIs.H CIsalsoe劝stin the eentralPlasm a region ofTokam akfusion devisesandagainX raysPeetroseoPy 15ofParam ountim Portanee inPlasm a tem Peratureanddensitydiagnosties.In th e Pastfew deeadesm any new teehniques forthe deteetion and energyresolution ofX r盯5 have been d eveloPed.M any ofthese new teehniques haveb een du e to develoPm entsofnew devieesand m aterialsfrom the sem ieonduetorind ustry.Two ofthesedeveloP m entsform the b asisofthisthesis.O ne 15the de-veloPm entofehargeeouPled deviee，CC D ，b ased deteetors，w hieh arew idelyusedin m any fieldsofPhoton sPeetro seo Py and im aging.Theseeond develoPm ent15them iero一ealorim eter.M iero--ealorim etersean m easureth eenergy ofan X ray Photonw ith around th e sam e energy resolu tion as a erystalsPeetrom eterbutw ith m uehhighereffieieney.These de