用于大面積gem探測(cè)器安裝制作的滑動(dòng)式自張緊方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于大面積GEM探測(cè)器安裝制作的滑動(dòng)式自張緊方法，包括GEM薄膜固定的方法和給GEM薄膜施加張力的方法；采用兩類墊條將漂移電極和GEM薄膜的四個(gè)邊緣分別固定住，其中第一類墊條位于所述漂移電極和GEM薄膜邊緣的中間部位，第二類墊條位于所述漂移電極和GEM薄膜邊緣的兩端靠近角部的位置；兩類墊條外側(cè)固定有滑塊，滑塊的外側(cè)設(shè)有螺孔，主框架上設(shè)有卡槽，滑塊的外側(cè)設(shè)有螺孔的部位卡入卡槽中定位，卡槽的壁上設(shè)有通孔，用螺栓穿過(guò)通孔旋入螺孔中進(jìn)行拉緊。完全繼承了自張緊方法所有優(yōu)點(diǎn)，并克服自張緊方法在制作米級(jí)以上的GEM探測(cè)器時(shí)存在的問(wèn)題，具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)靈活性，可以應(yīng)用各種形狀，各種尺寸的大面積GEM探測(cè)器制作。
【專利說(shuō)明】
用于大面積GEM探測(cè)器安裝制作的滑動(dòng)式自張緊方法
技術(shù)領(lǐng)域
[〇〇〇1]本發(fā)明涉及一種制作大面積GEM探測(cè)器的方法，尤其涉及一種用于大面積GEM探測(cè)器安裝制作的滑動(dòng)式自張緊方法。
[0002]本發(fā)明中縮略語(yǔ)和關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)定義:
[0003]MPGD:Micro_Pattern Gaseous Detector，微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器；
[0004]GEM:Gas Electron Multiplier，氣體電子倍增器；
[0005]NS2:No_Stretch No-Spacer 自張緊方法。【背景技術(shù)】
[0006]在大型核與粒子物理實(shí)驗(yàn)中，絲室和阻性板室等氣體探測(cè)器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但隨著核與粒子物理實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，對(duì)探測(cè)器的計(jì)數(shù)率能力以及位置分辨能力的要求越來(lái)越高，這些傳統(tǒng)的氣體探測(cè)器已經(jīng)無(wú)法完全滿足實(shí)驗(yàn)要求。借鑒于半導(dǎo)體探測(cè)器上的精細(xì)加工技術(shù)(微刻蝕技術(shù)，幾十微米尺度量級(jí))，許多新型的微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器(MPGD)被研發(fā)出來(lái)以滿足新的實(shí)驗(yàn)需求，這些探測(cè)器不僅位置分辨高，計(jì)數(shù)率能力高，工作穩(wěn)定，抗輻射能力強(qiáng)，很容易加工成各種形狀，而且造價(jià)低廉，很適合大面積的徑跡探測(cè)與輻射成像應(yīng)用。MPGD的代表之一是稱之為電子倍增器的GEM探測(cè)器，該探測(cè)器除了在核與粒子物理實(shí)驗(yàn)中主要應(yīng)用于高計(jì)數(shù)率環(huán)境下的徑跡測(cè)量和觸發(fā)之外，在其他很多領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景，例如正電子發(fā)射斷層掃描，同步輻射裝置上的衍射實(shí)驗(yàn)，熱中子成像，X射線成像，y子成像等。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中，制作大面積GEM探測(cè)器的方法主要有兩種:
[0008]第一種稱為粘膠法，是通過(guò)使用環(huán)氧樹脂膠將張緊的GEM薄膜粘合在框架上的方法，目前，美國(guó)杰弗遜實(shí)驗(yàn)室(Jefferson Lab)的實(shí)驗(yàn)組正在使用這種方法建造有效面積為面積40cmX50cm的GEM探測(cè)器用于帶電粒子的徑跡測(cè)量；
[0009]第二種方法稱為自張緊(NS2)方法，這種方法是把一個(gè)結(jié)實(shí)的外框先固定在漂移電極的基座板上，然后通過(guò)旋緊側(cè)向螺栓來(lái)對(duì)GEM膜施加張力，達(dá)到繃緊的目的。由于螺栓始終能對(duì)薄膜施加足夠的張力，薄膜內(nèi)部不再需要框架支撐。目前，歐洲核子中心正在使用 NS2技術(shù)批量生產(chǎn)有效面積為990mm X( 220mm—455mm)的梯形GEM探測(cè)器用于y子的觸發(fā)。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)一:[〇〇11]粘膠法建造大面積GEM探測(cè)器的過(guò)程大致分為三個(gè)步驟:1)使用一個(gè)帶張力測(cè)量的夾具把GEM薄膜固定并通過(guò)夾具的移動(dòng)對(duì)GEM薄膜施加預(yù)定的張力使之張緊，然后將框架粘到張緊的GEM薄膜上。2)重復(fù)以上過(guò)程直至把所有GEM薄膜都張緊粘牢在框架上。3)最后把探測(cè)器的漂移電極，帶框架GEM膜，以及讀出電極粘到一起組成完整的探測(cè)器。[0〇12]現(xiàn)有技術(shù)一的缺點(diǎn):
[0013]粘膠法很好的解決了大面積GEM薄膜如何張緊與支撐的問(wèn)題，但是在將繃緊的GEM 薄膜粘到框架上后，需要等待非常長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)使粘合劑徹底干燥，導(dǎo)致探測(cè)器的建造時(shí)間非常長(zhǎng)。此外，一旦探測(cè)器建造完成，就成為一個(gè)不可拆分的整體，如果在使用過(guò)程中某個(gè)部件出現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法置換出現(xiàn)問(wèn)題的部件，整個(gè)探測(cè)器都只能報(bào)廢，造成很大的浪費(fèi)。最后， 由于支架的存在，不僅會(huì)造成探測(cè)器的工作區(qū)域內(nèi)存在死區(qū)，而且在一定程度上影響工作氣體的流動(dòng)，對(duì)高計(jì)數(shù)率環(huán)境下的應(yīng)用有一定的影響。
[0014] 現(xiàn)有技術(shù)二:[〇〇15]如圖1所示，自張緊方法制作大面積GEM探測(cè)器主要分為三個(gè)步驟:1)把三張膜用墊條固定起來(lái)，4個(gè)邊的墊條互不相連，可以移動(dòng)，墊條內(nèi)部?jī)?nèi)嵌有螺母。2)將一個(gè)結(jié)實(shí)的外框固定在探測(cè)器底板上，然后用穿過(guò)外框的螺栓與墊條中的螺母相連，旋轉(zhuǎn)螺栓將膜朝外框拉緊。3)裝上讀出電極，完成整個(gè)探測(cè)器的安裝。由于螺栓始終能對(duì)薄膜施加足夠的張力，薄膜內(nèi)部不再需要支撐框架支撐。此外，自張緊方法制作的大面積GEM探測(cè)器可以反復(fù)快速拆卸，并且探測(cè)器的任何部分都可以置換，很好的避免了粘膠法的幾個(gè)缺點(diǎn)。
[0016]現(xiàn)有技術(shù)二的缺點(diǎn):
[0017]自張緊方法在制作尺寸在米級(jí)以下的探測(cè)器時(shí)顯示出強(qiáng)大的優(yōu)越性。但是當(dāng)探測(cè)器尺寸超過(guò)1米以后，開始出現(xiàn)幾個(gè)明顯的問(wèn)題:1)膜的受到的張力開始變得不均勻，膜的邊緣部分容易出現(xiàn)皺褶。2)邊框上用于讓螺栓通過(guò)的側(cè)孔的漏氣開始變得嚴(yán)重，探測(cè)器的氣密性變差。3)以上兩種問(wèn)題都會(huì)隨著尺寸的進(jìn)一步增大而變得越發(fā)明顯，當(dāng)探測(cè)器增大到一定程度(視螺栓規(guī)格，邊框厚度以及探測(cè)器具體設(shè)計(jì)而定)時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)螺栓被邊框卡死而無(wú)法將膜張緊的情況。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的目的是提供一種用于大面積GEM探測(cè)器安裝制作的滑動(dòng)式自張緊方法。
[0019]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0020]本發(fā)明的用于大面積GEM探測(cè)器安裝制作的滑動(dòng)式自張緊方法，包括GEM薄膜固定的方法和給GEM薄膜施加張力的方法；[〇〇21]所述GEM薄膜固定的方法包括:
[0022]采用兩類墊條將漂移電極和GEM薄膜的四個(gè)邊緣分別固定住，其中第一類墊條位于所述漂移電極和GEM薄膜邊緣的中間部位，第二類墊條位于所述漂移電極和GEM薄膜邊緣的兩端靠近角部的位置；[〇〇23]所述給GEM薄膜施加張力的方法包括:
[0024]固定于兩類墊條外側(cè)的滑塊和帶卡槽的主框架，所述滑塊的外側(cè)設(shè)有螺孔，所述主框架上設(shè)有卡槽，所述滑塊的外側(cè)設(shè)有螺孔的部位卡入所述卡槽中定位，所述卡槽的壁上設(shè)有通孔，用螺栓穿過(guò)通孔旋入螺孔中進(jìn)行拉緊。[〇〇25]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的用于大面積GEM探測(cè)器安裝制作的滑動(dòng)式自張緊方法，完全繼承了自張緊方法所有優(yōu)點(diǎn)，并克服自張緊方法在制作米級(jí)以上的GEM探測(cè)器時(shí)存在的問(wèn)題，具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)靈活性，可以應(yīng)用各種形狀， 各種尺寸的大面積GEM探測(cè)器制作?！靖綀D說(shuō)明】[〇〇26]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中自張緊技術(shù)建造大面積GEM探測(cè)器的原理示意圖；[〇〇27]圖2a、圖2b分別為本發(fā)明實(shí)施例中氣窗區(qū)第一類墊條正面和背面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中漂移區(qū)第一類墊條的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中傳輸區(qū)第一類墊條的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5a、圖5b分別為本發(fā)明實(shí)施例中引導(dǎo)區(qū)第一類墊條正面和背面的結(jié)構(gòu)示意圖； [〇〇31]圖6a、圖6b、圖6c、圖6d分別為本發(fā)明實(shí)施例中氣窗區(qū)第二類墊條、漂移區(qū)第二類墊條、傳輸區(qū)第二類墊條、引導(dǎo)區(qū)第二類墊條的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖7a、圖7b分別為本發(fā)明實(shí)施例中第一類墊條和第二類墊條安裝分解示意圖； [〇〇33]圖7c為本發(fā)明實(shí)施例中GEM薄膜在內(nèi)部可移動(dòng)墊條上的安裝完成示意圖；[〇〇34]圖8a、8b分別為本發(fā)明實(shí)施例中主框架的外形和結(jié)構(gòu)；[〇〇35]圖9a、9b分別為本發(fā)明實(shí)施例中GEM探測(cè)器的安裝示意圖；
[0036]圖10本發(fā)明實(shí)施例的另外一種相對(duì)內(nèi)部墊條滑動(dòng)的滑塊示意圖。[〇〇37]圖中:1、滑塊，2、墊條，3、主框架，4、卡槽?！揪唧w實(shí)施方式】
[0038]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0039]本發(fā)明的用于大面積GEM探測(cè)器安裝制作的滑動(dòng)式自張緊方法，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0040]包括GEM薄膜固定的方法和給GEM薄膜施加張力的方法；[〇〇411所述GEM薄膜固定的方法包括:[〇〇42]采用兩類墊條將漂移電極和GEM薄膜的四個(gè)邊緣分別固定住，其中第一類墊條位于所述漂移電極和GEM薄膜邊緣的中間部位，第二類墊條位于所述漂移電極和GEM薄膜邊緣的兩端靠近角部的位置；[〇〇43]所述給GEM薄膜施加張力的方法包括:
[0044]固定于兩類墊條外側(cè)的滑塊和帶卡槽的主框架，所述滑塊的外側(cè)設(shè)有螺孔，所述主框架上設(shè)有卡槽，所述滑塊的外側(cè)設(shè)有螺孔的部位卡入所述卡槽中定位，所述卡槽的壁上設(shè)有通孔，用螺栓穿過(guò)通孔旋入螺孔中進(jìn)行拉緊。
[0045]所述兩類墊條分別包括一層氣窗區(qū)墊條、一層漂移區(qū)墊條、兩層傳輸區(qū)墊條和一層引導(dǎo)區(qū)墊條，所述氣窗區(qū)墊條和引導(dǎo)區(qū)墊條的外側(cè)設(shè)有突出部位；
[0046]所述漂移電極夾在所述氣窗區(qū)墊條和漂移區(qū)墊條之間，三層GEM薄膜分別夾在漂移區(qū)墊條、兩層傳輸區(qū)墊條和引導(dǎo)區(qū)墊條之間，所述滑塊固定在氣窗區(qū)墊條和引導(dǎo)區(qū)墊條外側(cè)的突出部位之間。
[0047]本發(fā)明的用于大面積GEM探測(cè)器安裝制作的滑動(dòng)式自張緊方法，完全繼承了自張緊方法所有優(yōu)點(diǎn)，并克服自張緊方法在制作米級(jí)以上的GEM探測(cè)器時(shí)存在的問(wèn)題，具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)靈活性，可以應(yīng)用各種形狀，各種尺寸的大面積GEM探測(cè)器制作。[〇〇48]本發(fā)明包括GEM薄膜在內(nèi)部可移動(dòng)墊條上的安裝方法，GEM薄膜的供電方法以及 GEM薄膜的張力施加方法。GEM薄膜的內(nèi)部可移動(dòng)墊條的安裝包括薄膜在墊條上面固定以及在墊條上安裝用于連接外框螺栓的滑塊。將GEM薄膜在內(nèi)部墊條上固定好以后，即可安裝用于對(duì)薄膜提供工作電壓并且可以隨內(nèi)部墊條同步移動(dòng)的彈簧頂針。彈簧頂針安裝完畢后， 將外框與內(nèi)部墊條相連，并通過(guò)螺栓對(duì)GEM薄膜施加張力，完成最后安裝。本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)是使用能相對(duì)內(nèi)部墊條移動(dòng)的滑塊來(lái)連接外部施加張力的螺栓與內(nèi)部墊條，使GEM薄膜受到拉力時(shí)，薄膜能夠自由均勻的伸展，把外部施加的拉力均勻的傳遞到薄膜內(nèi)部各處，從而提高探測(cè)器各個(gè)性能在整個(gè)有效面積上的均勻性。同時(shí)，主框架上通過(guò)使用卡槽來(lái)固定滑塊，使得實(shí)際發(fā)生運(yùn)動(dòng)的只有GEM薄膜和內(nèi)部墊條，與滑塊相連的外部螺栓能夠始終保持與外框側(cè)面垂直，這就不僅保證螺栓能完美地壓住用于密封的橡皮墊圈，使探測(cè)器具有非常好的氣密性，而且完全避免了螺栓被外框卡住而導(dǎo)致GEM薄膜無(wú)法施加足夠的張力的情況。
[0049]具體實(shí)施例:
[0050]以漂移電極與三層GEM薄膜同時(shí)進(jìn)行拉伸的有效面積為100cm X 50cm的GEM探測(cè)器為例，其氣隙結(jié)構(gòu)為“3-3-2-2-2”，即漂移電極與氣窗之間的氣隙為3_，探測(cè)器的漂移區(qū)氣隙為3mm，第一，第二傳輸區(qū)以及引導(dǎo)區(qū)氣隙均為2mm。
[0051]—、內(nèi)部可移動(dòng)墊條的設(shè)計(jì)方案:[〇〇52]內(nèi)部墊條用來(lái)在垂直方向上固定GEM薄膜，受到外部螺栓的拉力時(shí)負(fù)責(zé)帶動(dòng)GEM薄膜朝受力方向移動(dòng)直到GEM薄膜的內(nèi)部張力與外部施加的拉力平衡為止。墊條按照長(zhǎng)度大小可以分為兩類，第一類放置在GEM薄膜邊緣的非拐角區(qū)域，長(zhǎng)度較大(44_左右)；第二類用于放置在GEM薄膜的邊緣最接近拐角的地方，長(zhǎng)度較小(25_左右)。每類墊條按照垂直方向上所放置的位置不同，又可以分為5種，分別為氣窗區(qū)墊條、漂移區(qū)墊條、第一傳輸區(qū)墊條、第二傳輸區(qū)墊條、引導(dǎo)區(qū)墊條。在本實(shí)施例中，由于第一傳輸區(qū)和第二傳輸區(qū)氣隙相同， 因此第一傳輸區(qū)墊條與第二傳輸區(qū)墊條完全相同。此外，位于GEM薄膜工作電壓輸入?yún)^(qū)域的墊條相比其他區(qū)域的墊條會(huì)多出兩個(gè)用于電壓傳輸?shù)倪^(guò)孔。[〇〇53]如圖2a、圖2b所示，為第一類的墊條中的氣窗區(qū)墊條的結(jié)構(gòu)，圖2a為墊條正面，圖 2b為墊條背面。墊條中部有一個(gè)朝前伸出部分，這部分的厚度比墊條其他部分稍大，用來(lái)給滑塊提供支撐。墊條上一共有標(biāo)號(hào)為A，B，C，D的四種類型的孔。其中A為階梯孔，用來(lái)固定帶螺紋的鋁套筒;B為定位用沉孔，用來(lái)和GEM薄膜上面的定位孔配合做定位使用;C為沉孔，用來(lái)放置充當(dāng)滑動(dòng)軸用的不銹鋼圓柱;D為通孔，用來(lái)供傳輸工作電壓的彈簧頂針穿過(guò)。其中D 類孔只有覆蓋GEM薄膜工作電壓輸入?yún)^(qū)的部分墊條有，其余墊條沒(méi)有D類孔。墊條上A類孔所在的矩形部分厚度為3mm，與漂移電極和氣窗之間的距離相同。[〇〇54]圖3所示為第一類的墊條中的漂移區(qū)墊條的結(jié)構(gòu)。墊條上一共有A，B，D三種類型的孔。其中A為通孔，用來(lái)供帶螺紋的鋁套筒通過(guò);B為定位用通孔，用來(lái)和GEM薄膜上面的定位孔配合做定位使用;D為通孔，用來(lái)供傳輸工作電壓的彈簧頂針穿過(guò)。其中D類孔只有覆蓋 GEM薄膜工作電壓輸入?yún)^(qū)的部分墊條有，其余墊條沒(méi)有D類孔。墊條厚度為3mm，與漂移區(qū)氣隙相同。
[0055]圖4所示為第一類的墊條中的傳輸區(qū)墊條的結(jié)構(gòu)。墊條上一共有A，B，D三種類型的孔。其中A為通孔，用來(lái)供帶螺紋的鋁套筒通過(guò);B為定位用通孔，用來(lái)和GEM薄膜上面的定位孔配合做定位使用;D為通孔，用來(lái)供傳輸工作電壓的彈簧頂針穿過(guò)。其中D類孔只有覆蓋 GEM薄膜工作電壓輸入?yún)^(qū)的部分墊條有，其余墊條沒(méi)有D類孔。由于第一傳輸區(qū)跟第二傳輸區(qū)的氣隙厚度都為2mm，因此兩個(gè)傳輸區(qū)的墊條設(shè)計(jì)完全相同，厚度都為2mm。[〇〇56]圖5a、圖5b所示為第一類的墊條中的引導(dǎo)區(qū)墊條的結(jié)構(gòu)，圖5a為墊條正面，圖5b為墊條背面。墊條上一共有A，B，C三種類型的孔。其中A為階梯孔，用來(lái)供固定墊條用的螺栓通過(guò);B為定位用通孔，用來(lái)和GEM薄膜上面的定位孔配合做定位使用;C為沉孔，用來(lái)放置充當(dāng)滑動(dòng)軸用的不銹鋼圓柱。墊條厚度為2mm，與引導(dǎo)區(qū)氣隙相同。[〇〇57]如圖6&、613、6(:、6(1所示，第二類墊條的功能與第一類墊條完全相同，但是外形尺寸與第一類墊條相差較大。[〇〇58]二、GEM薄膜在內(nèi)部可移動(dòng)墊條上的安裝方法:[〇〇59]由于GEM薄膜在使用墊條固定之后，被墊條壓住的部分是不可移動(dòng)的，因此GEM薄膜一側(cè)邊緣受到與其相鄰的邊緣上面外部拉力而被拉伸時(shí)，這些被墊條壓住的部分會(huì)使得薄膜的拉伸變得不均勻，被壓住的部分越多，膜拉伸的均勻性就越差。因此，本發(fā)明中使用的墊條長(zhǎng)度很短，并且相鄰墊條之間的間距比較大，盡最大可能減小膜被墊條壓住的面積。 除了能提升GEM薄膜拉伸時(shí)的均勻性外，采用“減小條長(zhǎng)度，增加條個(gè)數(shù)”的方式還能有效增加探測(cè)器有效區(qū)內(nèi)工作氣體與有效區(qū)外氣體的交換通道，更加有利于有效區(qū)內(nèi)氣體的流動(dòng)和更新，有利于探測(cè)器在高計(jì)數(shù)率環(huán)境下的應(yīng)用。
[0060]如圖7a、圖7b、圖7c所示，內(nèi)部可移動(dòng)墊條的安裝步驟如下:
[0061]1)將帶內(nèi)螺紋的鋁套筒卡入最底層的墊條上，將定位針插入定位孔。2)將漂移電極薄膜上對(duì)應(yīng)的4個(gè)孔對(duì)準(zhǔn)4個(gè)鋁套筒，定位孔對(duì)準(zhǔn)定位針套入，并平整的放置在最底層墊條上。3)將第二層墊條上對(duì)應(yīng)的4個(gè)孔對(duì)準(zhǔn)4個(gè)鋁套筒，定位孔對(duì)準(zhǔn)定位針套入，并放置在漂移電極薄膜上。4)重復(fù)以上過(guò)程，直至第三張GEM薄膜放置好。5)將充當(dāng)滑動(dòng)軸的兩根不銹鋼柱插入最下層墊條上對(duì)應(yīng)的沉孔中。6)把滑塊放入不銹鋼柱與墊條之間的空間，滑塊上伸出來(lái)用來(lái)連接外部螺栓的部分置于兩個(gè)不銹鋼柱之間。7)把最上層墊條上的沉孔對(duì)準(zhǔn)不銹鋼柱，定位孔對(duì)準(zhǔn)定位針套入，并用螺栓上緊。8)把定位針拔出。[〇〇62]三、探測(cè)器外框設(shè)計(jì)方案:[〇〇63]外框用來(lái)為GEM薄膜提供張力，同時(shí)與漂移電極，讀出電極，支撐框架一起組成一個(gè)密閉的整體以保證探測(cè)器的氣密性。外框的厚度與安裝好的“墊條+GEM薄膜”厚度相同。 外框的外形與GEM薄膜的形狀相似，由于本例中采用的是矩形的GEM薄膜，因此外框外形整體呈矩形。[〇〇64]如圖8a、8b所示，顯示了外框的具體結(jié)構(gòu)，包含各種形狀的孔，槽，臺(tái)階等。其中A為固定用階梯孔，用來(lái)內(nèi)嵌圓柱形螺母，螺栓通過(guò)底部支撐板上(底部支撐板未在本圖中顯示)的通孔與內(nèi)嵌的圓柱形螺母相連，將外框固定在支撐板上。B為固定用通孔，用定位銷和底部支撐板相連接，用來(lái)增加外框的剛性，防止外框受到GEM薄膜的反作用力時(shí)沿受力方向移動(dòng)。C為階梯孔，半徑較小的通孔部分用來(lái)供施加張力用的螺栓通過(guò)，半徑較大的沉孔部分用來(lái)放置密封用橡膠〇型圈。D為螺紋通孔，用來(lái)安裝氣嘴，用做探測(cè)器的“進(jìn)氣/出氣”口， 外框上一共有兩個(gè)。E為用于放置橡膠0型圈的密封槽，外框的上下表面各一個(gè)，用來(lái)保持外框與下方支撐板以及上方蓋板的接觸位置的氣密性。F為通孔，用來(lái)放置彈簧，通過(guò)彈簧連接漂移電極和讀出電極的地平面。G為卡槽，具體結(jié)構(gòu)如圖8b所示，用來(lái)卡住滑塊，保證施加張力的螺栓軸線與外框側(cè)面垂直。同時(shí)，卡槽的底部有臺(tái)階，臺(tái)階高度略低于滑塊下表面與外框下表面的垂直距離，用來(lái)加強(qiáng)外框的剛性。槽口有倒角，當(dāng)滑塊受到螺栓拉力朝著邊框方向移動(dòng)的時(shí)候，倒角起到一個(gè)導(dǎo)向的作用，能避免滑塊沒(méi)有和槽口完全對(duì)齊而無(wú)法順利進(jìn)入槽口的情況。[〇〇65]四、GEM探測(cè)器的安裝:[〇〇66]將GEM薄膜固定在內(nèi)部墊條上之后，就可以開始進(jìn)行GEM探測(cè)器最后的安裝。探測(cè)器的安裝主要分為兩個(gè)步驟:1)將外框底面的密封槽內(nèi)放入橡膠0-型圈，然后把外框固定在底部支撐框架紙上，然后將用內(nèi)部墊條固定好的“漂移電極+三層GEM薄膜”放入框中，然后用側(cè)面的螺栓張緊薄膜，直至墊條與卡槽內(nèi)部貼緊，如圖9a所示。2)將外框頂面的密封槽放入橡膠0-型圈，然后把漂移電極板固定在外框上，最后再安裝上工作電壓輸入接頭等組件，如圖9b所示。[〇〇67]本發(fā)明的有益效果:
[0068]本發(fā)明通過(guò)使用可相對(duì)內(nèi)部墊條滑動(dòng)的滑塊來(lái)實(shí)現(xiàn)大面積GEM探測(cè)器的制作與安裝，實(shí)現(xiàn)米級(jí)以上GEM探測(cè)器的安裝，為核與粒子物理的基礎(chǔ)研究和各種應(yīng)用研究領(lǐng)域，尤其是高計(jì)數(shù)率環(huán)境下的粒子空間位置測(cè)量和徑跡重建提供一種靈活、快速、低成本的GEM探測(cè)器制作與安裝方法。本發(fā)明的有益效果詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0069]使用靈活，易加工。用滑動(dòng)式自張緊方法來(lái)制作與安裝大面積GEM探測(cè)器的最大特點(diǎn)就是靈活。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)GEM探測(cè)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外形尺寸都有不同的要求。使用粘膠法制作探測(cè)器時(shí)，針對(duì)不同形狀的GEM探測(cè)器，都需要用絕緣材料制作多個(gè)厚度為 0.2mm左右的網(wǎng)格狀支撐框架(框架高度跟其對(duì)應(yīng)的氣隙厚度相同)，并且支撐框架的外形必須跟GEM薄膜近似相同，這給機(jī)械加工帶來(lái)的難度相當(dāng)大。因此對(duì)于而使用本發(fā)明中的方法，由于內(nèi)部墊條長(zhǎng)度很短，因此只需要針對(duì)不同形狀的GEM探測(cè)器的尺寸稍微調(diào)整墊條的邊長(zhǎng)與上面的孔間距，即可完美匹配不同探測(cè)器的外形，因此機(jī)械加工方式統(tǒng)一，難度較小，具有很好地可擴(kuò)展性。此外，探測(cè)器的外框形狀雖然也需要和GEM薄膜的形狀近乎相同， 但是外框的厚度不小于l〇mm，高度為探測(cè)器所有氣隙厚度的總和(本例中為12mm)，因此機(jī)械加工相當(dāng)容易。
[0070]探測(cè)器制作與維護(hù)成本低。使用滑動(dòng)式自張緊方法制作的探測(cè)器，完全繼承了自張緊方法的所有優(yōu)點(diǎn)，所有部件都可拆卸。探測(cè)器如果在制作或者運(yùn)行過(guò)程中受到損壞，可以拆開將受損部件用新的部件替換掉。而如果使用粘膠法制作GEM探測(cè)器，探測(cè)器制作完成后會(huì)成為一個(gè)不能分割的整體，而探測(cè)器一旦有部件受損，只能整體報(bào)廢。
[0071]探測(cè)器各性能均勻性好，并且適用于超大面積的GEM探測(cè)器制作。與自張緊方法相比，本發(fā)明使用的方法能夠使GEM薄膜的受力更加均勻，因而探測(cè)器工作時(shí)各GEM薄膜的平整度更好，因此探測(cè)器各性能在整個(gè)有效面積上的均勻性更加好。除此之外，由于本發(fā)明中采用的是可以相對(duì)內(nèi)部墊條滑動(dòng)的滑塊，因此不會(huì)出現(xiàn)自張緊方法中會(huì)因?yàn)槟さ睦炀嚯x過(guò)大而導(dǎo)致施力螺栓被外框卡主的情況與漏氣的情況，因此可以擴(kuò)展應(yīng)用到數(shù)米級(jí)別尺寸的探測(cè)器制作上。
[0072]在實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明所述的能相對(duì)內(nèi)部墊條滑動(dòng)的滑塊的功能時(shí)，使用如圖10所示的另外一種形勢(shì)的滑塊可以達(dá)到相同的目的。但是圖10所示的滑塊在受到主框上的螺栓的拉力時(shí)會(huì)因?yàn)樯舷率芰Σ痪鶆蚨鴮?dǎo)致內(nèi)部墊條向上翹起，從而影響GEM的平整度。
[0073]在實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明所述的維持探測(cè)器氣密性良好的功能時(shí)，也可以使用一種將“固定功能”和“氣密性功能”相分離的復(fù)合式的框架來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是這種方法會(huì)在探測(cè)器的邊緣增加很多死區(qū)，不利于探測(cè)器的應(yīng)用。[〇〇74]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于大面積GEM探測(cè)器安裝制作的滑動(dòng)式自張緊方法，其特征在于，包括GEM薄 膜固定的方法和給GEM薄膜施加張力的方法；所述GEM薄膜固定的方法包括:采用兩類墊條將漂移電極和GEM薄膜的四個(gè)邊緣分別固定住，其中第一類墊條位于所 述漂移電極和GEM薄膜邊緣的中間部位，第二類墊條位于所述漂移電極和GEM薄膜邊緣的兩 端靠近角部的位置；所述給GEM薄膜施加張力的方法包括:固定于兩類墊條外側(cè)的滑塊和帶卡槽的主框架，所述滑塊的外側(cè)設(shè)有螺孔，所述主框 架上設(shè)有卡槽，所述滑塊的外側(cè)設(shè)有螺孔的部位卡入所述卡槽中定位，所述卡槽的壁上設(shè) 有通孔，用螺栓穿過(guò)通孔旋入螺孔中進(jìn)行拉緊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大面積GEM探測(cè)器安裝制作的滑動(dòng)式自張緊方法，其特征 在于，所述兩類墊條分別包括一層氣窗區(qū)墊條、一層漂移區(qū)墊條、兩層傳輸區(qū)墊條和一層引 導(dǎo)區(qū)墊條，所述氣窗區(qū)墊條和引導(dǎo)區(qū)墊條的外側(cè)設(shè)有突出部位；所述漂移電極夾在所述氣窗區(qū)墊條和漂移區(qū)墊條之間，三層GEM薄膜分別夾在漂移區(qū) 墊條、兩層傳輸區(qū)墊條和引導(dǎo)區(qū)墊條之間，所述滑塊固定在氣窗區(qū)墊條和引導(dǎo)區(qū)墊條外側(cè) 的突出部位之間。
【文檔編號(hào)】H01J47/00GK106024552SQ201610309767
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】周意, 尤文豪, 唐逸敏
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)