本發(fā)明涉及托卡馬克硬x射線測(cè)量，尤其涉及一種用于托卡馬克硬x射線測(cè)量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在托卡馬克中，快電子和逃逸電子測(cè)量起著非常重要的作用。低雜波通過(guò)朗道阻尼產(chǎn)生快電子，快電子攜帶等離子體電流從而實(shí)現(xiàn)非感應(yīng)電流驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)等離子體穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。等離子體大破裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生逃逸電子，逃逸電子打到托卡馬克真空部件上，有可能會(huì)損壞這些部件，因此需要對(duì)逃逸電子進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2、在托卡馬克上，硬x射線測(cè)量是測(cè)量快電子和逃逸電子最重要的手段。快電子和逃逸電子通過(guò)韌致輻射產(chǎn)生硬x射線，通過(guò)硬x射線測(cè)量可以獲得快電子和逃逸電子的能量與強(qiáng)度信息。

3、由于半導(dǎo)體探測(cè)器具有能量分辨率高、抗磁場(chǎng)干擾、在室溫下工作等優(yōu)點(diǎn)，目前大多數(shù)托卡馬克上采用半導(dǎo)體探測(cè)器測(cè)量硬x射線。

4、目前托卡馬克硬x射線能譜和通量測(cè)量有兩種方式。一種方式是采用兩個(gè)探測(cè)器，一個(gè)探測(cè)器的信號(hào)通過(guò)前置放大器、能譜放大器放大以后進(jìn)入多道分析器采集能譜，另外一個(gè)探測(cè)器的信號(hào)經(jīng)過(guò)電流型放大器放大后進(jìn)行采集卡進(jìn)行通量采集。另外一種方式是采用一個(gè)探測(cè)器，探測(cè)器的信號(hào)通過(guò)前置放大器、能譜放大器放大以后進(jìn)入多道分析器采集能譜，能譜放大器出來(lái)的信號(hào)同時(shí)進(jìn)入一個(gè)檢波器得到信號(hào)包絡(luò)線，然后通過(guò)采集卡進(jìn)行通量采集。

5、兩種硬x射線能譜和通量測(cè)量方式都需要兩套硬件系統(tǒng)。第一種方式需要兩個(gè)探測(cè)器和兩種放大器，第二種方式需要檢波器，兩種方式還都需要采集卡進(jìn)行通量采集。托卡馬克上診斷可用的空間有限，目前的兩種硬x射線能譜和通量測(cè)量方式都無(wú)法保證足夠的空間分辨率，因此需要研發(fā)新的能譜和通量測(cè)量方式。

6、綜上所述，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N用于托卡馬克硬x射線測(cè)量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)中存在目前的兩種硬x射線能譜和通量測(cè)量方式都無(wú)法保證足夠的空間分辨率的問(wèn)題，提出一種用于托卡馬克硬x射線測(cè)量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：一種用于托卡馬克硬x射線測(cè)量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)，包括：

3、半球形碲鋅鎘探測(cè)器，用于接收等離子體中快電子產(chǎn)生的硬x射線并電離產(chǎn)生電荷；

4、電荷靈敏前置放大器，與所述半球形碲鋅鎘探測(cè)器連接，用于將探測(cè)器產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；

5、與所述電荷靈敏前置放大器連接的成形放大器，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行成形和放大；

6、數(shù)字化多道分析器與積分器，與所述成形放大器連接，進(jìn)行多道分析和數(shù)字積分；

7、安裝于上位機(jī)的采集與控制軟件，用于接收來(lái)自數(shù)字化多道分析器與積分器的信號(hào)，并進(jìn)行能譜與積分?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)與顯示。

8、可選的，所述電荷靈敏前置放大器與半球形碲鋅鎘探測(cè)器集成在一起，將半球形碲鋅鎘探測(cè)器吸收硬x射線產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)。

9、可選的，所述數(shù)字化多道分析器與積分器采用基于pxi?e機(jī)箱的多通道板卡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還包括接收adc輸出的數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)多道分析與積分處理，以及與主控制器通信的fpga。

10、可選的，所述采集與控制軟件包括能譜與積分?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)與顯示模塊和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊；

11、能譜與積分?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)與顯示模塊，包括設(shè)置道址數(shù)(256-4096可選)、分時(shí)時(shí)間、閾值上限、閾值下限、十倍衰減、是否采集負(fù)信號(hào)、數(shù)據(jù)保存；

12、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊包括設(shè)置數(shù)據(jù)發(fā)送頻率、積分時(shí)間大小和數(shù)據(jù)保存；通過(guò)udp連接從托卡馬克中央控制系統(tǒng)獲取炮號(hào)和放電時(shí)長(zhǎng)，收到觸發(fā)以后自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并保存，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。

13、可選的，所述半球形碲鋅鎘探測(cè)器外部設(shè)有電磁屏蔽層和輻射屏蔽體，電磁屏蔽層采用鋁或者銅，防護(hù)殼采用抗輻射材料制成，提高探測(cè)器的耐用性和穩(wěn)定性。

14、可選的，所述數(shù)字化多道分析器與積分器的板卡上設(shè)有用于顯示工作狀態(tài)和故障情況的指示燈。

15、可選的，所述系統(tǒng)還包括散熱裝置，與數(shù)字化多道分析器與積分器連接，用于散發(fā)工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

17、本發(fā)明系統(tǒng)緊湊，簡(jiǎn)化了現(xiàn)有的硬x射線能譜與通量測(cè)量系統(tǒng)，有利于在托卡馬克上安裝更多的探測(cè)器和采集系統(tǒng)，從而提高硬x射線診斷的空間分辨率，同時(shí)系統(tǒng)集成化程度高，系統(tǒng)可維護(hù)性和維護(hù)效率高。

技術(shù)特征：

1.一種用于托卡馬克硬x射線測(cè)量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于托卡馬克硬x射線測(cè)量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷靈敏前置放大器與半球形碲鋅鎘探測(cè)器集成在一起。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于托卡馬克硬x射線測(cè)量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字化多道分析器與積分器采用基于pxie機(jī)箱的多通道板卡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還包括接收adc輸出的數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)多道分析與積分處理，以及與主控制器通信的fpga。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于托卡馬克硬x射線測(cè)量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)，其特征在于，所述采集與控制軟件包括能譜與積分?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)與顯示模塊和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于托卡馬克硬x射線測(cè)量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)，其特征在于，所述半球形碲鋅鎘探測(cè)器外部設(shè)有電磁屏蔽層和輻射屏蔽體。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于托卡馬克硬x射線測(cè)量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字化多道分析器與積分器的板卡上設(shè)有用于顯示工作狀態(tài)和故障情況的指示燈。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于托卡馬克硬x射線測(cè)量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括散熱裝置，與數(shù)字化多道分析器與積分器連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及托卡馬克硬X射線測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于托卡馬克硬X射線測(cè)量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)。其技術(shù)方案包括：半球形碲鋅鎘探測(cè)器，用于接收等離子體中快電子產(chǎn)生的硬X射線并電離產(chǎn)生電荷；電荷靈敏前置放大器，與所述半球形碲鋅鎘探測(cè)器連接，用于將探測(cè)器產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；與所述電荷靈敏前置放大器連接的成形放大器，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行成形和放大；數(shù)字化多道分析器與積分器，與所述成形放大器連接。本發(fā)明系統(tǒng)緊湊，簡(jiǎn)化了現(xiàn)有的硬X射線能譜與通量測(cè)量系統(tǒng)，有利于在托卡馬克上安裝更多的探測(cè)器和采集系統(tǒng)，從而提高硬X射線診斷的空間分辨率，同時(shí)系統(tǒng)集成化程度高，系統(tǒng)可維護(hù)性和維護(hù)效率高。

技術(shù)研發(fā)人員：林士耀,曹宏睿,趙金龍,胡立群
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心能源研究院（安徽省能源實(shí)驗(yàn)室）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9