大阵列nToF谱仪中时间测量和控制系统原型的研制

中国科学技术大学博士学位论文大阵列nToF谱仪中时间测量和控制系统原型的研制姓名：张岳华申请学位级别：博士专业：物理电子学指导教师：金革;虞孝麒20070401大阵列nToF谱仪中时间测量和控制系统原型的研制作者：张岳华学位授予单位：中国科学技术大学相似文献(10条)1.会议论文杜洪.李文洪ICF实验中可见光光强角分布测量中照片数据分析1997强激光惯性约束聚变（ＩＣＦ）实验中，ＩＣＦ光学辐射特性的测量是一项重要的内容。通过一个旋转椭球反射凹面，可以把每次实验的可见光辐射记录到平面照相底片上，再对底片上的信息进行处理就能得到ＩＣＦ的可见光强的立体角分布。2.学位论文陈炼大阵列中子谱仪的标定和集成技术2009以强激光为驱动器的惯性约束核聚变(ICF)研究旨在跟踪研究利用强激光技术发展起来的惯性约束聚变研究技术，对国民经济、军事应用以及基础学科探索都有着重要而特殊的意义。ICF实验研究的核心问题是实现高温高密度热核点火，研究聚变燃料离子温度Ti和高压缩状态下的燃料面密度pR是极其重要的。通过测量初级中子能谱的离散大小就可以得到燃料离子温度；而通过测量次级中子能谱，可以给出高密度压缩状态下的燃料面密度pR。在神光-Ⅲ原型装置上进行的ICF实验，次级中子产额仅105～106。为了在这样低中子产额条件下获得燃料离子温度Ti和燃料面密度pR，需要建立一套大阵列中子探测器测量中子的飞行时间谱。在“神光Ⅲ”原型上的大阵列中子探测器共有960个通道，中子飞行距离为16.67米，其次级DT中子探测水平要求达到4×105，中子飞行时间谱时间分辨对应的中子能量分辨(FWHM)要求达到90keV。同时大阵列中子探测器测得的中子飞行时间港总的时间分辨要求达到1.0ns，其中电子学系统总体时间分辨更是要求达到100ps。因此为确保中子探测器阵列的顺利建成，首先研制了一个16通道的探测器小系统。通过实验室条件下的宇宙线测试结果表明，探测器小系统的电子学性能达到了设计要求。但现场打靶的实验结果表明，由于ICF实验中X射线产生的信号幅度高达-50v，使前置放大器电路进入饱和，从而影响了次级中子产生的信号波形，因此探测器小系统需要进行针对性的改进。本文介绍了小系统接收端电路的改进方案，测试结果表明，改进后的电路达到了预期要求。对于多通道系统，必然会存在通道间的差异。用于神光-Ⅲ原型装置的大阵列中子探测器有960个独立通道，其结构复杂，技术水平较高，造价昂贵，各通道之间的一致性也要求很高，因此必须对探测器阵列系统进行标定。本文探讨了大阵列中子探测器阵列的标定技术，建立了标定数据库。当中子探测器阵列运行时，就可以实现对时间及幅度测量的刻度修正。本论文的主要创新之处在于：(1)根据ICF现场试验的测试结果，针对大信号引起的电子学饱和、信号反射以及功率等问题，对电子学前端进行了抗饱和改进，并分析了各元件的性能要求；同时根据实验的需求，对时序控制电路进行了优化；(2)针对大阵列中子探测器系统的标定技术进行了研究，建立了标定数据库，用于大阵列中子探测器的调试；(3)针对大动态范围信号的测试方法进行了初步探讨，为以后中子能谱的测量展开了先期的研究。3.期刊论文刘国栋.浦昭邦.张琢.庄志涛惯性约束核聚变靶场监测系统空间坐标系的建立与标定方法-光学技术2004,30(2)在惯性约束核聚变(ICF)实验中,高精度的靶场坐标系统是保证打靶准确性的关键因素.提出了靶场坐标系的建立方法,采用三台CCD监测仪对靶场监测.设计了正八棱柱模拟靶对靶场坐标系进行标定;设计了由显微和准直系统相结合的监测仪光学系统,使监测仪同时具有测量靶位和准直的功能.提出了采用双频激光标定准直光学系统的方法.4.学位论文尚进惯性约束核聚变靶标参数测量系统2006惯性约束核聚变(ICF)是可控核聚变的重要研究领域，是解决当今世界能源危机的重要发展方向。在惯性约束核聚变(ICF)的实验研究中，一个关键技术是如何保证激光束精确驱动内爆靶丸中的氘.氚气体发生聚变反应。因此，制作高质量的实验靶标是实现ICF点火的基础与保障，也是ICF实验中的关键研究环节之一。本课题的主要任务是对靶标装配进行监控和对靶标装配误差与靶球中心误差进行测量，以保证核聚变实验的顺利进行。针对课题中测量目标尺寸小、刚度差、受力易变形等特点，选用了基于机器视觉的测量方法。该方法具有非接触、精度高、全场测量等特点，能够比较好的应用于课题要求的测量环境。这一测量方案的基本思想就是：通过机器视觉测量系统采集目标图像，用图像处理的办法提取出三维空间信息，从而实现目标几何参量的测量。本论文是基于到目前为止课题的理论与实验成果的。全文共分六个部分：其中第一章首先介绍了ICF实验的背景知识和机器视觉测量的基础理论，并提出了整体测量方案。第二章中针对需要完成的两个任务，将被测几何参量进行了分解，建立了被测目标与测量系统的数学模型。第三章在现有工作成果的基础上，设计了相关的图像处理方法，包括边缘提取、图像拟合以及图像的匹配和拼接等算法。第四章设计出基于机器视觉的测量系统，并通过一系列实验对系统的实用性与测量精度进行了验证。第五章对传统的外参数标定方法做了改进，经过实验证明该标定方法具有比较好的标定精度。最后，在第六章中总结了课题进展情况，分析了目前存在的问题并提出改进的办法。本论文的创新点主要在于：1.在分析靶标与靶球结构特点的基础上，建立了具有普遍意义的数学模型。2.改进了传统的外参数标定方法，使其在保证精度要求的前提下，可以适用于小视场的显微测量环境。3.对现有边缘检测方法进行改进，达到缩短处理时间与提高测量精度的目的。5.期刊论文陈勇.CHENYong大口径精密光学调整架的机械设计与计算-机械制造与自动化2005,34(2)对ns级基频脉冲的激光三倍频效率高于55%的目标,笔者提出了一种高转换效率倍频系统精密调整架的精度设计方法,同时应用这种方法研制了二台D380mm大口镜倍频器调整架,达到了预期的设计技术指标,成功地应用在惯性约束核聚变(ICF)实验中.6.学位论文彭承志快瞬态电子学技术在量子通信和ICF实验中应用2004快瞬态电子学是在对各种瞬态物理现象研究中发展起来的电子学技术，瞬态物理现象一般具有过程短、变化快等特点，通常的电子学技术已经不能满足这样的物理需求。快瞬态电子学针对的时间尺度一般在纳秒、亚纳秒量级，系统模拟带宽在1GHz以上。本文对快瞬态电子学几个关键方面技术开展了研究，并将研究成果应用在了量子通信和惯性约束核聚变这两个物理研究的前沿领域。文章将快瞬态电子学的高速时间符合技术应用于自由空间量子通信数据获取系统中，在直线距离相距10公里的两个接收端之间实现了远程时间符合；通过Ⅱ型参量下转换实现了高亮度高品质的纠缠光源，通过良好的光路设计，纠缠源的亮度达到了国际先进水平；完成了数据获取系统、高亮度高品质纠缠源研制、自由空间远距离光传输系统等工作，并在此基础上完成了量子纠缠态远程分发、非类空间隔CHSH不等式破坏、类空间隔CHSH不等式破坏、量子密码远程分发四个具有重要意义的实验，获得了良好的实验结果，达到了国际领先水平。7.会议论文孙立宁.李长峰.曲东升.刘彦武ICF精密并联机器人系统的研制2007在惯性约束核聚变(ICF)实验中,传感器的高精度定位是实现准确打靶的关键因素。研制出了一套用于传感器的高精度定位的并联六自由度机器人,它设计成虎克铰结构以满足大负载、高精度的要求,并采用高精度集成式的直线执行器,使用闭环控制方式,通过对电机的速度的合理规划,提高了系统的定位精度和重复精度,同时建立了并联机器人的运动学反解模型。开发了基于服务器端和客户端的网络通讯软件,实现了并联机器人系统的远程智能网络控制。实验结果表明,并联机器人系统的重复定位精度达到1μm,实现了对传感器的位置和姿态的精确调整.8.学位论文宋利民软x射线多层膜反射镜的设计与制作2002软x射线多层膜反射镜的出现,是x光学的重大事件.它从根本上改变了传统的掠入射反射x光的方法,使正入射反射x光成为可能,并极大的促进了x光学的发展.由于软x射线多层膜反射镜具有高反射率和带通滤波的特点,x光学的各个领域对之产生了强烈的需求.在软x射线(1nmλ30nm)的长波长区域(10nmλ30nm),多层镜的制作已经成熟,例如:在13.4nm处反射率峰值达到66﹪.但在软x射线短波段(λ10nm)区域,实测反射率大大低于理论设计的反射率,高反射率多层膜反射镜的制作仍处于探索阶段.该论文所完成的是在软x射线短波段的五个波长处(最短波长为1.03nm),研制具有实用反射率的软x射线多层膜反射镜,并应用于惯性约束核聚变(ICF)实验中的软x光能谱测量.在ICF实验中,激光等离子体产生的x光主要分布在亚仟电子伏特区(0.1-1.5keV),它的总能量、能谱特征、发射时间过程和空间分布都是理论和实验极为关心的基本数据.从而使x光能谱的测量成为ICF实验中的至关重要的诊断内容.在多层膜反射镜的设计中,作者首先针对软x射线的强烈吸收和弱反射的特性和材料的物理化学性质,选择了多种可能的配对材料作为候选的配对材料.从薄膜光学理论的递推法出发,以Henke的散射因子为依据,计算了候选材料的峰值反射率,从中得到了软x射线短波段的五个波长处的最佳材料配对.然后使用模拟退火算法作为优化方法,对软x多层镜结构参数进行了优化,得到了比较理想的设计结果.之后将适用于软x射线波段的D.Stearns的散射理论应用于软x射线多层膜反射镜的粗糙界面的散射研究,并基于该理论提出了一种多层膜反射镜的修改设计方法.用该方法确定了基底粗糙度的设计值,从而完成了多层膜反射镜的设计.根据多层膜的设计结果,我们采用磁控溅射技术进行了多层膜的沉积.在多层膜的淀积过程中,使用小角x射线衍射的方法对多层镜进行了反复的标定,获得了软x射线短波段多层膜反射镜沉积的优化工艺参数.并在此基础上,完成了五个波长的多层镜的淀积,多层膜的膜厚误差仅为0.05nm.多层镜反射率的测量是在中国科学院北京高能物理研究所的同步辐射装置的3B1束线上进行的.测量结果表明:该文所研制的多层膜反射镜均具有实用的反射率,特别是中心波长为1.03nm的多层镜,其峰值反射率达到10﹪.以多层镜为核心构成了中国第一台的多层镜分光软x光能谱仪样机.2001年底在上海神光2激光装置上进行的惯性约束核聚变(ICF)实验的软x光光谱测量中,获得了实测的软x光能谱.9.会议论文龚达涛.刘慎业ICF能量平衡测量中等离子体能量的数据分析系统的研制1997强激光惯性约束聚变（ＩＣＦ）实验中，等离子体能量的测量数据是分布在球面上的离散数据点，为了对数据点积分求出等离子体能量，该文用球谐函数对离散数据点进行拟合，再对拟合函数进行积分。10.学位论文陆俊峰ICF实验物理诊断集中控制系统的设计2007目前国内正在建设的神光-Ⅲ(SG-Ⅲ)装置是具有世界先进水平的惯性约束核聚变(InertialConfinedFusion，ICF)实验装置，它必须具有一个功能强大的集中控制系统进行管理，才能满足各种复杂的实验要求。物理诊断集中控制系统是SG-Ⅲ装置上ICF实验研究集中控制系统中一个重要的子控制系统，负责控制激光聚变的打靶决策、物理实验方案选择、探测器监控、数据采集系统控制等。本文介绍了根据目前我国ICF物理实验集中控制现状需要，用于物理诊断集中控制系统的同步触发和指令同步系统。同步系统是物理诊断集中控制系统的重要部分，整个打靶实验物理诊断的控制时序和指令将由它发出，因此同步系统的性能直接决定了整个物理诊断系统是否能够正确、高效的工作。论文在充分调研和分析目前实时控制系统的特点以及激光聚变实验中正在使用的同步触发系统的基础上，结合SG-Ⅲ装置的实际需要与目前先进的电子学技术，设计了物理诊断集中控制系统的同步子系统，并对相关问题进行了深入的研究。物理诊断集中控制系统的同步子系统主要由两部分组成：指令同步系统和同步触发系统。指令同步系统实时处理同步指令，这些指令用来报告当前激光器、测量系统