冶铁[1]2002年在《4MeV静电离子加速器控制系统设计》文中研究表明我校从美国引进一台4MeV范德格喇夫静电离子加速器。它的主要设备情况良好，一旦恢复使用，将成为原子核物理，生物诱变，材料改性等科研工作的重要工具。但是其控制系统属于传统继电器控制系统，该控制系统设备体积大，动作速度慢，功能单一，接线复杂，通用性和灵活性差，加之控制设备严重老化，给日后的维护工作带来巨大困难。原系统采用同步电机和自藕变压器对束电流、充气量、聚焦度进行人工调节控制。这些调节参数存在于加速器400万伏高压端，导致传统的数据采集通道无法完成数据的采集，这种控制方式存在着操作不够灵活方便，调节参数不能采集和自动记录，试验的历史数据无法自动查询等缺点。 考虑到以上原因，故采用了现代的可编程控制器、工业现场总线和计算机网络技术来取代原有的控制系统。由于加速器内部异常复杂的电磁干扰环境和多层的高电压分布，给技术改造工作带来了巨大的困难，但随着技术方案不断改进，终于确定了比较成熟的且具有可行性的技术方案。由控制微机，可编程控制器和新的工业现场总线——PROFIBUS组成的加速器控制系统已经调试成功，它把高压端的信号成功地通过红外线和光纤通路采集到微机，结束了传统静电离子加速器高压端是个黑匣子的局面。上位机中的WINCC程序自动完成控制参数的归档和历史记录，该系统已能满足一定的实验流程需求。在目前缺乏磁分析仪的情况下，该系统虽然还只是开环控制系统，但是一旦加速器中束线分析部分到位，它只需增加模拟量输出模块和采样控制算法，就能形成完善的闭环控制系统。 本文的创新点有：1 利用光纤传输和红外传输在PROFIBUS现场工业总线的实现，巧妙解决了超高压电位间信号传输的问题；2 利用普通数字输出模块+自己编制的步进电机驱动程序=昂贵的步进电机定位模块；3 在PLC中编程实现采样控制算法完成闭环控制系统。 希望今后能在技术细节上不断完善，以适应实际实验对加速器不断提出的新要求。
芦卓凡[2]2014年在《4MV静电离子加速稳压控制系统设计》文中进行了进一步梳理单离子束技术是目前最先进的束流技术，它可以实现对单个离子、单个细胞的精确辐射，在物理、生物、微制造、太空环境模、环境与健康等诸多领域具有广泛的应用，现已成为一个功能强大的科学研究技术平台。定位精度是单离子束最重要的技术指标。影响单离子束定位精度的原因有很多，束流能量不稳定是一个重要的因素。其中导致束流能量不稳定的主要原因就是静电加速器终端电压的不稳定。束流能量不稳定还会对单离子束的稳定工作时间产生影响。本论文对静电加速器终端电压的稳定进行了分析和研究，引入了旋转伏特计式终端电压稳定系统，提高了加速器终端电压稳定性，使得单离子束的定位精度有了显着提高。具体工作主要包括：1)高压截止型光束叁级管6EL4的参数的测量：首先设计了该管的测量电路，然后绘制出其转移特性曲线。2)静电加速器终端电压控制原理的分析：在几种常见终端电压的稳压方法中确定了GVM，然后着重分析了GVM方式终端电压控制原理，其中包括GVM的结构、工作原理、信号获取依据和方法等。3)静电加速器终端电压稳定控制电路：设计了GVM方式与电晕针方式结合的控制电路，使该电路实现了滤波、整流、放大等功能。并对设计稳压控制电路进行了测试和验证。最后分析了加速器终端电压稳定对单离子束的能量稳定、单离子束束径以及定位精度等参数的影响。
刘坤[3]2004年在《静电加速器控制系统设计》文中研究指明4MeV范德格喇夫正离子静电加速器是材料改性、核医学、生物物理和离子束与物质相互作用等科研工作的重要实验工具，其体积庞大、结构复杂、集多种学科技术于一体。原有控制系统采用机械手动控制方式，控制精度低、操作不便，有必要对其进行现代化改造。在改造过程中，加速器内部特殊的电磁环境对现代控制技术和设备的应用带来了挑战。实现的难点主要是如何在加速器内部静电强场和高压、高频电磁场的影响下实现控制通路。控制网络链路必须适用于加速器系统，能够满足系统调试和实验的技术要求；必须根据加速器内部结构的特点，采取合理的抗干扰措施避免现场控制设备受到多层分布高压和放电电流的损害，并保障控制信号和现场采集信号的准确传输。 经过综合考虑，采用现场总线技术PROFIBUS-DP和西门子S7-300系列可编程逻辑控制器及其现场控制设备构建加速器控制网路，利用红外链路和光纤链路相结合的方法解决高频、高压电磁场中的信号传输问题。 控制系统在工作过程中会受到加速器内部静电强场和高压、高频电磁场的强烈干扰，而导致系统无法正常运行，甚至造成控制设备的损害，本文的重点是采取软硬件结合的方法解决加速器控制系统中的干扰问题。其中在控制系统的硬件设计方面，根据加速器的结构特点，采用多种措施解决复杂工作环境中的系统电磁兼容性问题；在控制系统软件设计方面，本文针对加速器系统调试的实际情况，提出了在加速器现场工作环境中控制软件的抗干扰设计方法。调试结果表明，控制软件有效地解决了继电器误动作、电机运行异常以及现场信号难以采集等干扰问题；同时完善了控制软件的监控功能，使系统不但能够动态显示控制流程、实时采集实验数据并对其归档，还可以对现场设备的运行状况及受干扰的情况进行在线监控。最后，本文通过对加速器高压稳定系统的分析，提出了对静电高压的稳定进行PID控制的方案。
刘梦[4]2013年在《超短超强激光与薄膜靶相互作用中离子加速的实验研究和理论模拟》文中研究指明本论文的工作主要是围绕超短超强激光与固体薄膜靶相互作用中离子加速的研究展开。论文包括叁个主要部分：一是激光与薄膜靶相互作用时靶后表面加速出的碳离子的来源；二是超强激光与固体薄膜靶相互作用中靶后法线方向离子加速的实验研究；最后是基于稳相加速机制,利用二维Particle-In-Cell (PIC)串行粒子程序模拟超强圆偏振激光与混合靶相互作用中高能(-GeV)质子的产生。第一部分首先介绍了激光与固体靶相互作用的电离机制,主要有：激光直接电离、场致电离和碰撞电离；然后分析了靶后法线方向碳离子的来源。结果表明C4+及更低价态的碳离子主要由场致电离(Field Ionization by Barrier Suppression)产生,而高价态的C5+和C6+离子主要来自于超热电子与靶表面的碰撞电离(Collisional Ionization)。第二部分主要介绍了在中国科学院物理研究所光物理重点实验室“极光-III(Xtreme Light-Ⅲ)"上进行的离子加速的实验。1.实验中确定了质子加速的最佳靶厚为2.5μm,对应的质子最大截止能量约为3.9MeV。基于TNSA机制估算了超热电子在靶后的横向面积和发散角,分析结果表明这两个参量依赖于靶厚度的变化；2.与第二章的电离机制结合,简单分析了靶厚度变化对不同价态碳离子加速的影响；3.对实验中发现的电子双温分布进行简单讨论分析。第叁部分利用2D PIC程序模拟了在超强激光与超薄混合靶作用中,混合靶参量变化对质子加速的影响。模拟结果表明：当氢所占混合比例较低时,有利于单能质子束的产生,峰值能量-1GeV,能散度-9%。而当氢离子含量高(n=12.0)时,可以提高质子的最大能量,但是有很大的能谱展宽。
张小虎[5]2014年在《HIRFL重离子直线注入器的动力学设计与研究》文中认为兰州重离子研究装置HIRFL由四台加速器组成：（1）扇聚焦回旋加速器SFC (SectorFocusing Cyclotron)；（2）分离扇回旋加速器SSC (Separate Sector Cyclotron)；（3）同步加速器CSRm (the main Cooling Storage Ring)；（4）储存环CSRe (Cooling Storage Ring forExperimental)。SFC是HIRFL重离子研究装置上唯一的注入器，SSC和CSR不能同时供束，限制了HIRFL的运行效率。为了进一步提高HIRFL系统的综合性能，近代物理研究所拟建两台重离子直线注入器：一台CW重离子直线加速器SSC-LINAC，作为SSC的注入器，为SSC提供0.58MeV/u或1.025MeV/u的强流连续重离子束，从SSC引出6MeV/u或10.7MeV/u的重离子束，既可以直接给实验终端供束，又可以注入到CSRm中进一步加速；另一台脉冲重离子直线加速器CSR-LINAC，作为HIRFL-CSRm的专用注入器，为CSRm提供7.272MeV/u的重离子束。本论文主要介绍了SSC-LINAC重离子直线加速器的动力学设计模拟、优化和CSR-LINAC重离子直线加速器主要加速器结构的动力学设计与研究。针对分离扇回旋加速器SSC的特殊性，SSC-LINAC重离子直线加速器选择了SSC的四倍频作为直线加速器的工作频率，并利用预聚束器对RFQ前的直流束进行预聚束，以达到提高SSC注入效率的目的。结合SSC-LINAC重离子直线加速器原动力学设计方案，本论文提出了双间隙锯齿波预聚束器的动力学设计方案。相比于单间隙锯齿波预聚束器，双间隙锯齿波预聚束器在聚束效率和稳定性上有了很大程度的提升。结合RFQ高频测试结果，本论文对RFQ进行了系统的动力学研究和误差稳定度分析；并在新的设计理念指导下，重新设计了中能束流传输线。在新的动力学设计方案的基础上，本论文对SSC-LINAC重离子直线加速器进行了end-to-end束流动力学模拟，并根据测磁数据分析，对SSC-LINAC重离子直线加速器进行了系统的组合误差分析，提出了新的束流诊断方案、矫正磁铁方案以及准直技术指标。本论文还介绍了CSR-LINAC重离子直线加速器的概念性设计方案，从提升HIRFL重离子研究装置运行效率和同步加速器总体性能两个方面，具体阐述了CSR-LINAC建成后HIRFL的总体水平。本论文还提出了重离子直线加速器主要特征参量选择的新方案，为重离子直线加速器的概念性设计提供了理论指导。在此基础上，本论文提出了RFQ和IH-DTL动力学设计方案，并对其误差稳定性和单误差敏感度进行了系统的分析。
马英起[6]2011年在《单粒子效应的脉冲激光试验研究》文中研究指明脉冲激光被证实能够有效地获得测试器件及电路内部单粒子效应的空间和时间信息,是器件和电路系统抗单粒子效应加固设计及验证的重要手段,系统开展其试验研究对单粒子效应研究及航天工程的发展具有深远意义。对单粒子效应研究背景及脉冲激光试验研究概况进行了分析,利用国内首台自主研制的脉冲激光装置开展了系列试验研究。对现有脉冲激光模拟单粒子效应机理进行了完善,分析了影响脉冲激光试验定量表述的各个影响因素,与重离子模拟单粒子效应对比,建立了更普适的定量评价方法。基于系列试验和测试设备的研发,进行了单粒子效应器件预处理、阈值测定及敏感区域定位、截面测试等脉冲激光试验方法的研究。以单粒子瞬态脉冲(SET)试验测试为例,总结形成了基本的脉冲激光单粒子效应试验流程。试验分析了不同结构功能的典型器件与电路单粒子效应的主要特点,验证了脉冲激光试验方法的覆盖性及统一性,重点试验研究了光电器件、模拟电路及电源模块的SET效应。针对模拟电路的SET效应进行了晶体管级电路仿真,并建立了基础的器件仿真基础及验证方法。设计了瞬态脉冲加固电路并通过故障注入进行了验证。同时归纳了脉冲激光试验结果中的瞬态脉冲特征规律,据此设计了新型的单粒子效应探测技术。最后总结全文,展望了未来TPA试验方法及数字器件SET效应等方面的试验和研究。本论文工作的主要创新点如下:首次提出了体积能量传输(VET)的概念,对定量表征单粒子效应更具普适性和准确性;在国际上首次利用脉冲激光研究了光电器件的单粒子瞬态效应(SET)及其电路防护原理、取得了与重离子实验等效的结果;在国内率先研究了模拟电路的SET效应灵敏区叁维扫描和敏感度定量测试方法与技术,获得了基本的SET特征并设计了电路系统级减缓方法;利用脉冲激光的定位优势,揭示了电源模块内部不同的敏感器件的单粒子效应及对电源输出影响的特点;在国际上首次开展了基于光耦器件SET效应的单粒子效应探测新方法研究,设计了一种能够测量一定LET值动态范围、电路实现简单、易于微小型化的探测仪。
陈天阳[7]2016年在《单粒子效应对卫星光通信中DSP影响的研究》文中研究表明DSP(Digital Signal Processing)器件由于其具有强大的外设管理能力以及极低工作能耗,在空间光通信系统中发挥着重要的作用。但是空间环境十分恶劣,在光通信卫星运行的轨道上充斥着大量的粒子,对DSP器件的稳定工作构成巨大的威胁,其中单粒子效应是导致卫星发生故障的首要原因。本论文针对DSP器件的单粒子效应展开了理论、仿真以及地面模拟实验方面的研究。本文的主要内容有：分析了空间光通信中所处的空间环境以及器件的辐射效应。对目前DSP器件单粒子电荷收集机理的研究不是十分充分,本文基于漏斗模型并结合DSP的制作工艺建立了MOS器件的电荷收集机理,并计算出了单粒子效应的临界能量。基于SRIM软件对地面模拟辐射实验中经常使用的锎源进行了仿真计算,得到了锎源的通量与能量的关系。采用锎源进行DSP处理器的单粒子效应地面模拟实验,通过分析大量的统计数据,得到了单粒子翻转截面、单粒子翻转个数与芯片距锎源距离的关系、每个地址上16个存储单元的单粒子翻转频率。实现了用Cf252源对高性能DSP单粒子效应的地面模拟实验。通过本论文中基于锎源和SMJ320F2812数字信号处理器的地面辐射模拟实验,可以为今后其他器件的低成本的地面模拟辐射实验提供思路。实验结果可以为光通信卫星的空间单粒子效应防护提供指导。
参考文献：
[1]. 4MeV静电离子加速器控制系统设计[D]. 冶铁. 郑州大学. 2002
[2]. 4MV静电离子加速稳压控制系统设计[D]. 芦卓凡. 郑州大学. 2014
[3]. 静电加速器控制系统设计[D]. 刘坤. 郑州大学. 2004
[4]. 超短超强激光与薄膜靶相互作用中离子加速的实验研究和理论模拟[D]. 刘梦. 兰州大学. 2013
[5]. HIRFL重离子直线注入器的动力学设计与研究[D]. 张小虎. 中国科学院研究生院（近代物理研究所）. 2014
[6]. 单粒子效应的脉冲激光试验研究[D]. 马英起. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2011
[7]. 单粒子效应对卫星光通信中DSP影响的研究[D]. 陈天阳. 哈尔滨工业大学. 2016