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

背景技術：

1、在托卡馬克中，快電子和逃逸電子測量起著非常重要的作用。低雜波通過朗道阻尼產生快電子，快電子攜帶等離子體電流從而實現(xiàn)非感應電流驅動，實現(xiàn)等離子體穩(wěn)態(tài)運行。等離子體大破裂時會產生逃逸電子，逃逸電子打到托卡馬克真空部件上，有可能會損壞這些部件，因此需要對逃逸電子進行監(jiān)測。

2、在托卡馬克上，硬x射線測量是測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韌致輻射產生硬x射線，通過硬x射線測量可以獲得快電子和逃逸電子的能量與強度信息。

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

4、目前托卡馬克硬x射線能譜和通量測量有兩種方式。一種方式是采用兩個探測器，一個探測器的信號通過前置放大器、能譜放大器放大以后進入多道分析器采集能譜，另外一個探測器的信號經過電流型放大器放大后進行采集卡進行通量采集。另外一種方式是采用一個探測器，探測器的信號通過前置放大器、能譜放大器放大以后進入多道分析器采集能譜，能譜放大器出來的信號同時進入一個檢波器得到信號包絡線，然后通過采集卡進行通量采集。

5、兩種硬x射線能譜和通量測量方式都需要兩套硬件系統(tǒng)。第一種方式需要兩個探測器和兩種放大器，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射線能譜和通量測量方式都無法保證足夠的空間分辨率，因此需要研發(fā)新的能譜和通量測量方式。

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

技術實現(xiàn)思路

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

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

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

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

5、與所述電荷靈敏前置放大器連接的成形放大器，對電壓信號進行成形和放大；

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

7、安裝于上位機的采集與控制軟件，用于接收來自數(shù)字化多道分析器與積分器的信號，并進行能譜與積分數(shù)據的存儲與顯示。

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

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機箱的多通道板卡結構設計，還包括接收adc輸出的數(shù)據流，實現(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數(shù)據的存儲與顯示模塊和系統(tǒng)參數(shù)設置模塊；

11、能譜與積分數(shù)據的存儲與顯示模塊，包括設置道址數(shù)(256-4096可選)、分時時間、閾值上限、閾值下限、十倍衰減、是否采集負信號、數(shù)據保存；

12、系統(tǒng)參數(shù)設置模塊包括設置數(shù)據發(fā)送頻率、積分時間大小和數(shù)據保存；通過udp連接從托卡馬克中央控制系統(tǒng)獲取炮號和放電時長，收到觸發(fā)以后自動采集數(shù)據并保存，同時實現(xiàn)數(shù)據的實時顯示。

13、可選的，所述半球形碲鋅鎘探測器外部設有電磁屏蔽層和輻射屏蔽體，電磁屏蔽層采用鋁或者銅，防護殼采用抗輻射材料制成，提高探測器的耐用性和穩(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)工作過程中產生的熱量，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

16、與現(xiàn)有技術相比，本申請包括以下至少一種有益技術效果：

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

技術特征：

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

2.根據權利要求1所述的一種用于托卡馬克硬x射線測量的數(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器集成在一起。

3.根據權利要求1所述的一種用于托卡馬克硬x射線測量的數(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機箱的多通道板卡結構設計，還包括接收adc輸出的數(shù)據流，實現(xiàn)多道分析與積分處理，以及與主控制器通信的fpga。

4.根據權利要求1所述的一種用于托卡馬克硬x射線測量的數(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數(shù)據的存儲與顯示模塊和系統(tǒng)參數(shù)設置模塊；

5.根據權利要求1所述的一種用于托卡馬克硬x射線測量的數(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器外部設有電磁屏蔽層和輻射屏蔽體。

6.根據權利要求1所述的一種用于托卡馬克硬x射線測量的數(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有用于顯示工作狀態(tài)和故障情況的指示燈。

7.根據權利要求1所述的一種用于托卡馬克硬x射線測量的數(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。

技術總結
本發(fā)明涉及托卡馬克硬X射線測量技術領域，尤其涉及一種用于托卡馬克硬X射線測量的數(shù)字化能譜與通量系統(tǒng)。其技術方案包括：半球形碲鋅鎘探測器，用于接收等離子體中快電子產生的硬X射線并電離產生電荷；電荷靈敏前置放大器，與所述半球形碲鋅鎘探測器連接，用于將探測器產生的電荷轉換為電壓信號；與所述電荷靈敏前置放大器連接的成形放大器，對電壓信號進行成形和放大；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，簡化了現(xiàn)有的硬X射線能譜與通量測量系統(tǒng)，有利于在托卡馬克上安裝更多的探測器和采集系統(tǒng)，從而提高硬X射線診斷的空間分辨率，同時系統(tǒng)集成化程度高，系統(tǒng)可維護性和維護效率高。

技術研發(fā)人員：林士耀,曹宏睿,趙金龍,胡立群
受保護的技術使用者：合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9