兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法，測量系統(tǒng)由測量靶板、熱電偶傳感器、導(dǎo)線、冷卻水管、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，強(qiáng)流離子源發(fā)射的高能粒子束作用到測量靶板上，在測量靶板背面熱鉆取若干個一定深度盲孔，電偶傳感器分布于盲孔內(nèi)組成傳感器陣列并通過導(dǎo)線連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，冷卻水管根據(jù)根據(jù)熱傳感器的位置呈蛇管型分布于測量靶內(nèi)，根據(jù)熱電偶傳感器的位置以及溫度可以計算出高能粒子束的功率密度分布。另外，在實際使用中，本發(fā)明在兆瓦級的大功率以及極其復(fù)雜的電磁環(huán)境下使用，能夠很好的測量兆瓦級強(qiáng)流離子源所產(chǎn)生高能粒子束功率密度的分布情況，可重復(fù)性好，工作穩(wěn)定可靠。
【專利說明】兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離子源功率密度分布的測量方法，具體涉及一種通過熱電偶傳感器測量強(qiáng)流離子源引出的高能粒子束與測量靶板相互作用后材料表面溫度發(fā)生的變化來實現(xiàn)離子源功率密度分布測量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]兆瓦級強(qiáng)流離子源輸出的是強(qiáng)流粒子束，經(jīng)中性化或磁場偏轉(zhuǎn)后輸出中性束，主要應(yīng)用于等離子體加熱與材料高溫特性研究。高能粒子能量具有很高的能量和功率，普通的功率測量方法一般直接利用熱電偶測量強(qiáng)流粒子束的靶板溫度，或者間接利用法拉第桶測量等，很難具備高熱承材料和良好的抗電磁干擾能力，而且誤差較大，難以準(zhǔn)確的反應(yīng)粒子束的真實功率密度分布，不能滿足大功率強(qiáng)流粒子束的功率分布測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種兆瓦級強(qiáng)流離子源功率密度分布的測量方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中不能有效的測量兆瓦級強(qiáng)流離子源的功率密度分布的問題。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種兆瓦級離子源功率密度分布的測量裝置，其特征在于:包括測量靶板、熱電偶傳感器、導(dǎo)線、冷卻水管、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，強(qiáng)流離子源發(fā)射的高能粒子束射擊到測量靶板上，在測量靶板背面鉆取若干個一定深度盲孔，電偶傳感器分布于盲孔內(nèi)組成傳感器陣列并通過導(dǎo)線連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，冷卻水管根據(jù)根據(jù)熱傳感器的位置呈蛇管型分布于測量靶內(nèi)，根據(jù)熱電偶傳感器的位置以及溫度可以計算出高能粒子束的功率密度分布。
[0005]所述的測量靶利用導(dǎo)熱性能較好且熔點較高的純銅材料制成，并且根據(jù)需求在測量靶背面鉆取若干個盲孔，盲孔底面于測量靶的吸收面間距為d2 ;同時在測量靶內(nèi)部設(shè)置蜿蜒型冷卻水管，冷卻水管和外層的銅塊之間利用真空釬焊使充分接觸，盲孔與冷卻水管垂直距離為dl。其中dl和d2的值需要根據(jù)需求來確定。
[0006]所述的熱電偶傳感器為靈敏度較高，測量范圍較大的鎧裝熱電偶，熱電偶能夠準(zhǔn)確反映溫度變化，并且在溫度迅速變化的條件下可以正常工作。
[0007]所述的導(dǎo)線需要在較高溫度下能夠正常工作，并且不與熱電偶傳感器脫落，所傳輸?shù)奈⑷蹼娦盘柌粦?yīng)受外界的電磁干擾。
[0008]所述的熱電偶傳感器陣列，根據(jù)實際需求，合理設(shè)計陣列，包括傳感器的數(shù)目和位置，并且可以根據(jù)傳感器所測量的溫度準(zhǔn)確計算出靶板功率密度分布。
[0009]所述的冷卻水管道為不銹鋼管，冷卻水管內(nèi)表面具有一定的光潔度，且經(jīng)過鈍化處理，確保冷卻水管不會對冷卻水造成污染，也不會由于其他部件內(nèi)部的雜質(zhì)，造成水管堵塞或者其他部件的堵塞。
[0010]所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有多通道、采樣精度較高的數(shù)據(jù)采集；具有冷端補(bǔ)償?shù)墓δ芸梢酝瑫r準(zhǔn)確測量多個熱電偶傳感器輸出的微弱電信號，減小測量誤差和抗干擾功能；為了保證采集系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和操作的安全性，采集系統(tǒng)的供電通過隔離變壓器單獨供電。
[0011]本發(fā)明的所采用的裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，穩(wěn)定可靠，該方法可以根據(jù)不同的功率設(shè)計或者選擇適當(dāng)參數(shù)的測量靶板以及合適的熱電偶傳感器等進(jìn)行測量，適用于各種大功率的測量場合。根據(jù)熱傳遞的效率，當(dāng)強(qiáng)流粒子束與靶板相互作用在測量靶表面溫度時，熱量傳遞給熱電偶，并且根據(jù)熱量變化，可以計算出功率密度分布情況。同時，根據(jù)熱傳遞的速率，當(dāng)熱電偶已經(jīng)獲取表面溫度后，熱量傳遞到冷卻水，根據(jù)所設(shè)定的dl和d2的值，冷卻水既可以將多余的熱量及時吸收，又不影響熱電偶適時測量精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖
其中，I測量靶板；2熱電偶傳感器；3熱電偶測量導(dǎo)線；4測量靶板與粒子束接觸面；5冷卻水管；6熱電偶傳感器陣列，7數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，一種兆瓦級強(qiáng)流離子源功率密度分布的測量方法原理圖，測量系統(tǒng)由測量靶板1、熱電偶傳感器2、熱電偶測量導(dǎo)線3、測量靶板與粒子束接觸面4、冷卻水管
5、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)7組成。強(qiáng)流離子源發(fā)射的高能粒子束作用到測量靶板上，在測量靶板背面鉆取若干個一定深度盲孔，電偶傳感器分布于盲孔內(nèi)組成傳感器陣列并通過導(dǎo)線連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，冷卻水管根據(jù)根據(jù)熱傳感器的位置呈蜿蜒型分布于測量靶內(nèi)。其中熱電偶傳感器按照需求分布在測量靶上面，冷卻水由圖中箭頭所示方向流動；測量靶板I中的參數(shù)dl和d2根據(jù)需求設(shè)置和加工，并且在測量靶內(nèi)部置入蜿蜒型的冷卻水管，以加快熱量傳遞；熱電偶傳感器2需要焊接在測量靶內(nèi)部，以確?？梢詼?zhǔn)確測量測量靶表面的實時溫度，并且熱電偶傳感器2與導(dǎo)線的鏈接需要使用氬弧焊，確保導(dǎo)線與熱電偶傳感器接觸良好，并且在較高環(huán)境溫度條件下，也不易發(fā)生故障；冷卻水管5可以直接連接在冷卻水箱上面，并且冷卻水管道內(nèi)部需要有足夠的壓力才能驅(qū)使冷卻水的循環(huán)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)7連接到熱電偶傳感器陣列的導(dǎo)線，每個數(shù)據(jù)采集通道間相互電氣隔離，并且與熱電偶是一一對應(yīng)的關(guān)系，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端增加冷端補(bǔ)償模塊，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性；根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)推算強(qiáng)流粒子束在測量靶板表面的功率密度大小，結(jié)合熱電偶傳感器的位置，可以計算出強(qiáng)流粒子束的功率密度分布情況。
[0014]在實際使用中，本發(fā)明在兆瓦級的大功率以及極其復(fù)雜的電磁環(huán)境下使用，可以很好的測量兆瓦級強(qiáng)流離子源所產(chǎn)生功率密度的分布情況，可重復(fù)性好，工作穩(wěn)定可靠。
【權(quán)利要求】
1.一種兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法，其特征在于:包括測量靶板、熱電偶傳感器、導(dǎo)線、冷卻水管、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，強(qiáng)流離子源發(fā)射的高能粒子束射擊到測量靶板上，在測量靶板背面鉆取若干個一定深度盲孔，電偶傳感器分布于盲孔內(nèi)組成傳感器陣列并通過導(dǎo)線連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，冷卻水管根據(jù)根據(jù)熱傳感器的位置呈蛇管型分布于測量靶內(nèi)，根據(jù)熱電偶傳感器的位置以及溫度可以計算出高能粒子束的功率密度分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法，其特征在于:所述的測量靶板利用純銅材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法，其特征在于:所述的熱電偶傳感器為鎧裝熱電偶，并且在盲孔內(nèi)與靶板和導(dǎo)線氬弧焊，熱電偶傳感器陣列設(shè)計為方形或圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法，其特征在于:所述的冷卻水管道為不銹鋼管道，內(nèi)表面經(jīng)過鈍化處理，直接連接在冷卻水箱上面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通道間相互電氣隔離，通過隔離變壓器單獨供電，并在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端布置冷端補(bǔ)償模塊。
【文檔編號】G01T1/29GK103837883SQ201410057125
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】劉勝, 胡純棟, 于 玲, 許永建 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所