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基于PXI总线的ICF活化法中子产额测量系统的研制

梁志远  
【摘要】:利用ICF(Inertial Confinement Fusion)实验(又称激光打靶)在实验室模拟核反应过程,作为最终解决人类所需能源研究的一个重要课题,已经发展成为当今世界最重要的前沿科研领域之一。而聚变中子产额是判断ICF实验是否达到热核反应条件的最灵敏的和最直接的指示,所以中子产额测量系统是ICF实验中重要的诊断设备。经过十几年的发展,已经建立了基于闪烁体、BF_3、Cu活化法等方式的多种中子产额测量系统,但是这些系统的数据采集和分析处理子系统要么在线采集和分析处理水平低(如闪烁体和BF_3基本上是半自动半手工),要么集中控制能力低(Cu活化法是基于单机的Windows32系统),不能适应将来“神光—Ⅲ”系列装置上物理诊断集中数据采集和控制系统的建立,本论文介绍了一套能适用于集中控制需求的基于PXI标准总线的ICF中子产额测量系统。 在分析了集中控制系统需要的基础上,进行了基于PXI标准总线的中子产额测量数据采集系统的硬件设计,重点完成了整个系统的硬件结构设计,高精度大范围的定时/计数设计、高速的触发功能设计、以及方便的接口通讯功能的实现。 在分析活化测量特点和样品类别以及原有铜活化系统的优缺点的基础上,介绍了面向对象的与操作系统无关的应用软件设计,包括软件界面、参数设置、数据获取、数据处理和图像显示等模块的设计。 介绍了活化样品在中子场中活化后,产生的放射性强度与中子源强度的关系,给出了刻度因子和ICF中子产额及其误差的计算公式。 结合信号发生器的模拟测试实验和Cu、Pb活化样品的标定实验,对整个系统的性能进行了测试并和相关系统进行了比对。实验表明,系统触发稳定可靠、定时精确、数据处理方便,结果可靠,可以用于中子产额测量的多路定标中。 本论文的主要特色体现在: ①基于PXI总线的数据采集模块设计,使得系统具备网络通信、远程控制功能,提高了系统的集中控制能力。 ②系统由于定时范围大,从几毫秒到数小时,适用于多种活化样品的测量,针对不同样品,只需对测量参数进行适当的设置即可。 ③系统的可扩充性和移植性,一般PXI机箱可提供了8个插槽,目前接口仅仅占用一个插槽,因此,剩余的插槽可以作为其它功能模块或者数采设备的控制。


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