В. А. ШАЛТЫРЕВ, А. П. ШАЛТЫРЕВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
АВТОМАТИЗАЦИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРА
ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ
В работе описывается программно-аппаратный комплекс, предназначенный для автоматизированного определения энергетического спектра линейного ускорителя заряженных частиц.
Важнейшими характеристиками линейных ускорителей заряженных частиц являются энергия и энергетический спектр пучка на выходе. На практике усредненная энергия ускоренного пучка обычно определяется по экстраполированному пробегу частиц в материале мишени, для чего используются многопластинчатые датчики тока. Данная работа посвящена разработке автоматизированного комплекса для определения энергетического спектра линейного ускорителя электронов с энергией от 1 до 5 МэВ и импульсным током не более 10 ¸ 100 мА, длительностью 1 мкс на основе измерения тока пучка многопластинчатым датчиком.
Разработанный аппаратно-программный комплекс в составе модуля сбора информации и программы «Spectr3» предназначен для автоматизации измерения параметров пучка заряженных частиц с последующей обработкой результатов.
Принцип работы аппаратной части комплекса. Измеряемые токи с пластин датчика по очереди коммутируются на интегрирующую схему, выходной сигнал которой поступает на АЦП и схему защиты от превышения допустимого напряжения. Микроконтроллер обрабатывает сигнал с АЦП, передает данные измерений на компьютер и управляет коммутацией и схемой индикации режимов работы комплекса. Структурная схема аппаратной части комплекса представлена на Рис. 1. Модуль сбора и обработки информации выполнен на базе микроконтроллера MC68HC908GP32 фирмы Motorola. Для преобразования сигнала используется одноканальный 16-разрядный АЦП AD7660 фирмы Analog Devices со временем преобразования 10 мкс.
Для обработки получаемой от модуля информации используются цифровые фильтры, позволяющие проводить сглаживание и аппроксимацию обрабатываемых данных с эффективной разрядностью, ограниченной 11 битами, что вполне достаточно для измерения токов многопластинчатого датчика от 0,1 до 20 мА в импульсе с погрешностью 5 %.
Рис. 1. Аппаратная часть комплекса и ее взаимодействие с другими объектами
Для управления модулем и передачи получаемых данных на персональный компьютер используется интерфейс RS232.
Программная часть комплекса. Программа «Spectr3» предназначена для работы под ОС MS Windows 95/98/2000/XP. Интерфейс программы выполнен в соответствии с общепринятыми стандартами для приложений, работающих под ОС Windows.
Для восстановления спектра ускорителя по полученным данным могут использоваться три метода: метод определения энергии по кривой поглощения, применяющийся для экспресс-анализа пучка электронов, итерационная процедура, требующая для проведения вычислений длительного времени, но дающая достаточно точные результаты, и метод Монте-Карло.
В программе реализованы три алгоритма восстановления спектра пучка заряженных частиц, работа с файлами для хранения результатов экспериментов и алгоритм моделирования пучка с заданными параметрами, позволяющий проводить тестирование расчетных алгоритмов.
В настоящее время программа “Spectr3” используется для определения спектра линейного ускорителя электронов при выполнении НИР в Малой ускорительной лаборатории МИФИ.
Работа выполнена при поддержке программы сотрудничества Минобразования России и Минатома России (проекты 3.09-37/48, 4.06-30, 4.09-04, 4.09-09) и гранта Минобразования России Т02-07.3-910.
