ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2004, № 2, с. 116-118
_ ОБЩАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ
--ТЕХНИКА
РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОМОГРАФИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НА УСТАНОВКЕ ТОКАМАК Т-11М
© 2004 г. В. В. Кузнецов, А. В. Амосов, В. Н. Амосов, А. В. Красильников, Д. А. Скопинцев,
А. В. Хованский, Н. П. Марченко*, А. Н. Пешков*
ГНЦ РФ "Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" Россия, 142190, Троицк Московской области Поступила в редакцию 24.06.2003 г. После доработки 24.10.2003 г.
Для измерений интенсивности мягкого рентгеновского излучения и построения двумерного профиля электронной температуры плазмы, получаемой на установке ТОКАМАК Т-11М, создана рентгеновская томографическая система на базе полупроводниковых охлаждаемых СёТе-детекторов. Система предназначена для работы в диапазоне энергий от 3 до 8 кэВ.
ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ
Рентгеновская томографическая система (р.т.с.) состоит из трех камер-обскур, размещаемых в одном полоидальном сечении Т-11М (рис. 1). В каждой из камер установлены охлаждаемые малошу-мящие СёТе-детекторы. Всего система содержит 96 измерительных каналов, обеспечивающих измерение профиля рентгеновского излучения с трех направлений с дискретностью 32. Таким образом, достигаемое пространственное разрешение составляет порядка 1 см. С помощью подвижной шторки с фильтрами система легко перестраивается для измерения профилей электронной температуры методом фильтров с дискретностью 16 по каждому направлению.
Система обеспечивает выборку по всем каналам с частотой опроса 200 кГц. Она оснащена автономным аккумуляторным питанием и коммутируется в общую систему сбора данных Т-11М только между импульсами установки. Результаты измерений заносятся в э.в.м. для дальнейшей математической обработки. Общий вид одного канала системы показан на фотографии (рис. 2).
СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ
Система регистрации предназначена для измерения рентгеновского излучения в диапазоне энергий 1-10 кэВ (рабочий диапазон 3-8 кэВ) с плотностью потока 106-109 квантов/(с • см2), преобразования его в напряжение, затем в цифровой код и передачи в последующие системы обработки для построения динамического двумерного изображения распределения интенсивности рентгеновского излучения в шнуре плазмы Т-11М и его последующего анализа.
* Рижский НИИ радиационного приборостроения, Латвия.
Детектор представляет собой два монокристалла СёТе, размещенных на одной керамической подложке. На монокристаллы нанесены контактные стрипы (полоски). Каждый стрип изготавливался путем химического осаждения золота. Толщина входного окна каждого стрипа не более 100 А. При этом возможный рабочий диапазон детекторов 1-50 кэВ. На каждом кристалле выполнено 16 стрипов (по 8 стрипов в два ряда), та-
Рис. 1. Положение камер-обскур в полоидальном сечении установки Т-11М.
РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОМОГРАФИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
117
ким образом, детектор имеет два ряда стрипов по 16 в каждом ряду. Размер стрипа 4.5 х 1 мм с шагом 1 мм. Размер всего детектора 32 х 12 мм. Детектор устанавливается на термоэлектрический охладитель Пельтье, с помощью которого обеспечивается термостабилизация детектора при температуре -5°С. Напряжение смещения детектора 400 В. Сборка "детектор - термоэлектрический охладитель Пельтье" установлена в блок детектирования (размеры 25 х 30 х 200 мм), где расположены платы с 32-мя электрометрическими предусилителями.
Детекторы располагаются за бериллиевым окном толщиной 30 мкм. Конструкцией предусмотрена промежуточная подвижная шторка для измерения электронной температуры методом фильтров.
ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА
Предусилитель представляет собой преобразователь ток-напряжение с автоматической выборкой темнового тока детектора (10-10 А) и стабилизацией базовой линии. Коэффициент преобразования пред-усилителя 108 А/В, полоса пропускания 500 кГц.
Предусилитель через вакуумный разъем соединяется с блоком обеспечения и обработки многожильным взаимноэкранированным кабелем. Кабель состоит из сорока взаимноэкранированных жил, не имеющих общего экрана. Условия экранировки обеспечивают работу кабеля в полосе частот до 1 МГц при внешних полях с градиентом потока 3 Тл/см.
В состав блока обеспечения и обработки входят узлы питания (предусилителя, термоэлектрического охладителя Пельтье и детекторов) и электронный тракт обработки сигнала блока детектирования. В связи с импульсным характером работы системы (продолжительность автономного питания ограничена) особое внимание было уделено повторяемости подачи напряжения питания детекторов, которая была не хуже 1%. Таким образом была достигнута повторяемость сигнала от блока детектирования не хуже 0.2%.
Электронный тракт блока обеспечения и обработки представляет собой многоканальный а.ц.п. Аналоговая часть схемы содержит два 16-каналь-ных аналоговых коммутатора, на входы которых подаются сигналы с 32-х детекторов, а выходы подключены к двум а.ц.п., работающим параллельно. Разрядность преобразования 12. Частота преобразования сигнала каждого из 32-х каналов 200 кГц. Сигналы с каналов в цифровом виде накапливаются в собственной памяти блока, обеспечивающей накопление данных в течение периода измерений (0.2-1 с). Динамический диапазон по напряжению 5 ■ 103 В (1 мВ-5 В). Блок коммутации и синхронизации осуществляет электрическую развязку системы сбора (последовательный
Рис. 2. Общий вид системы. 1 - детектирующий блок;
2 - экранированный кабель; 3 - блок обеспечения и
обработки; 4 - блок коммутации и синхронизации.
порт э.в.м.) от установки и синхронизирует работу системы, подавая сигналы Минутная готовность и Старт на все три блока обеспечения и обработки одновременно.
АЛГОРИТМ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА
По внешнему сигналу Минутная готовность устройство переводится в режим ожидания, при этом подаются все необходимые напряжения на блоки детектирования и подготавливается аналого-цифровая часть к скоростной записи данных с каждого канала. Для снижения влияния внешних помех схема преобразователя каждого блока обеспечения и обработки с помощью релейных соединений автоматически отключается от внешних цепей электропитания и переходит на электропитание от встроенного аккумулятора. После поступления сигнала Старт устройство в течение периода измерений осуществляет регистрацию сигналов в цифровой памяти.
По окончании измерительного периода блоки обеспечения и обработки автоматически подключаются к внешнему электропитанию и через блок коммутации и синхронизации активизируются для обмена с персональным компьютером по гальванически изолированному каналу связи. Передача данных со скоростью 115 Кбод из памяти блоков обеспечения и обработки в память компьютера осуществляется по командам с компьютера. В результате в памяти э.в.м. сохраняются три файла с данными по каждому из блоков. В дальнейшем по этим результатам восстанавливается двумерная картина распределения интенсивности рентгеновского излучения в поперечном сечении установки Т-11М.
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА < 2
2004
118
КУЗНЕЦОВ и др.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Описанная система позволяет изучать динамику двумерного распределения интенсивности мягкого рентгеновского излучения плазмы токамака Т-11М при регистрации его потоков по трем направлениям. Применение подвижных шторок с окнами из бериллия разной толщины позволяет проводить непосредственные измерения динамики двумерного распределения электронной температуры методом поглотителей (метод фильтров).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Hill K.W., Young K.M., Bitter M. et al. // Rev. Sci. Instrum. 1992. V. 63. P. 10.
2. Peysson Y, Coda S, Imbeaux F. // Nucl. Instrum. and Methods in Physics Research. 2001. V. A 458. P. 269.
3. Саврухин П.В. // Дисс. докт. физ.-мат. наук. М.: РНЦ "Курчатовский институт", 2001.
4. Glasser F, Thomas G, Cuzin M, Verger L. // Nucl. Instrum. and Methods in Physics Research. 1992. V. A 322. P. 619.
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА < 2 2004
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.