本發(fā)明屬于托卡馬克裝置檢測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種J-TEXT托卡馬克裝置的硬X射線通量檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電子逃逸是托卡馬克等離子體中的普遍現(xiàn)象；由于電子受到電場力的加速，熱電子的撞擊阻尼小于其受到的電場力時，熱電子會轉(zhuǎn)化為逃逸電子。等離子體破裂或者低密度放電都會帶來高通量逃逸電子。由于逃逸電子能量高達(dá)幾百MeV，在等離子體破裂時，會局域損失到裝置第一壁材料，直接損傷材料的性能和壽命，所以必須對逃逸電子能量以及通量進(jìn)行監(jiān)測。逃逸電子損失到第一壁時與材料發(fā)生厚靶韌致輻射，產(chǎn)生高能硬X射線，能量高達(dá)0.5-10MeV。

現(xiàn)有的聚變反應(yīng)裝置如EAST、HL-2A均采用多道切向FEB陣列式硬X射線測量系統(tǒng)來測量高能快電子輻射，其檢波電子系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種J-TEXT托卡馬克裝置硬X射線通量檢測系統(tǒng)，對破裂運(yùn)行等離子中體逃逸電子密度進(jìn)行實時監(jiān)測。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種J-TEXT托卡馬克裝置的硬X射線通量檢測系統(tǒng)，包括依次連接的硬X射線探測模塊、檢波電路和AD數(shù)據(jù)采集模塊；

其中，硬X射線探測模塊用于探測能量為0.5～10MeV的硬X射線并將其轉(zhuǎn)換成電壓脈沖信號；檢波電路用于獲取電壓脈沖信號的峰值包絡(luò)電壓；AD數(shù)據(jù)采集卡用于采集該峰值包絡(luò)電壓；通過外部快速離散頻譜分析儀根據(jù)脈沖信號峰值包絡(luò)電壓得到能譜分布，獲得硬X射線通量。

優(yōu)選的，上述的硬X射線通量檢測系統(tǒng)，采用NaI閃爍探測器作為硬X射線探測模塊；由于待檢測的硬X射線能量高，能量波段為接近伽馬射線能量范圍，采用NaI閃爍探測器來探測處于該能量范圍的硬X射線，分辨時間短、探測效率高。

優(yōu)選的，上述的硬X射線通量檢測系統(tǒng)，其硬X射線探測模塊輸出離散的窄脈沖信號；要通過檢波電路把脈沖幅值篩選出來形成包絡(luò)線信號，檢波電路的響應(yīng)速度不低于1us，時間分辨率為1ms，失真率低于20％。

優(yōu)選的，上述的硬X射線通量檢測系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)采集模塊的采樣率不小于50KHz。

本發(fā)明提供的上述的硬X射線通量檢測系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單的特點，可準(zhǔn)確測量高能高速粒子的輻射；總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明提供的J-TEXT托卡馬克裝置硬X射線通量檢測系統(tǒng)，采用硬X射線探測模塊通過光電效應(yīng)將硬X射線能量光信號轉(zhuǎn)化成電壓脈沖信號；有優(yōu)選方案采用NaI閃爍探測器作為硬X射線探測模塊，對高能硬X射線的測量具有探測分辨時間短、探測效率高，并具有能準(zhǔn)確測量射線的能量的優(yōu)點；

(2)本發(fā)明提供的J-TEXT托卡馬克裝置硬X射線通量檢測系統(tǒng)，通過硬X射線探測模塊將硬X射線轉(zhuǎn)換成電信號，并對轉(zhuǎn)換獲得的電信號進(jìn)行放大整形，使得整個系統(tǒng)比較緊湊，操作簡潔。

(3)本發(fā)明提供的J-TEXT托卡馬克裝置硬X射線通量檢測系統(tǒng)，采用模擬的檢波電路，首先對輸入的信號進(jìn)行整流，然后通過帶通濾波器篩選出中頻信號，可準(zhǔn)確反映輸入中頻信號的包絡(luò)幅值的變化；可在1ms左右的時間尺度上輸出準(zhǔn)確的波形包絡(luò)線；并且其檢波電路原理簡單、工作性能優(yōu)越，成本低廉。

(4)本發(fā)明提供的J-TEXT托卡馬克裝置硬X射線通量檢測系統(tǒng)，采用高采樣率的快速數(shù)據(jù)采集處理模塊，可實時獲取硬X射線輻射強(qiáng)度，進(jìn)而高效計算反演破裂運(yùn)行裝置逃逸電子濃度。

附圖說明

圖1是實施例提供的J-TEXT托卡馬克裝置的硬X射線通量檢測系統(tǒng)的功能框圖；

圖2是實施例提供的J-TEXT托卡馬克裝置的硬X射線通量檢測系統(tǒng)的硬X射線探測模塊的功能示意圖；

圖3是實施例提供的J-TEXT托卡馬克裝置的硬X射線通量檢測系統(tǒng)的探測器接線接口示意圖；

圖4是實施例提供的J-TEXT托卡馬克裝置的硬X射線通量檢測系統(tǒng)的檢波電路的原理示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1是實施例提供的J-TEXT托卡馬克裝置的硬X射線通量檢測系統(tǒng)的功能框圖；該硬X射線通量檢測系統(tǒng)包括依次連接的硬X射線探測模塊、檢波電路和AD數(shù)據(jù)采集模塊；實施例中采用閃爍體CH149-01型探測器作為硬X射線探測模塊；

能量為0.5～10MeV的硬X射線，經(jīng)過NaI探測器探測器轉(zhuǎn)換成電壓脈沖信號；由檢波電路根據(jù)電壓脈沖信號獲得脈沖信號峰值包絡(luò)電壓；AD數(shù)據(jù)采集卡采集該脈沖信號峰值包絡(luò)電壓；通過快速離散頻譜分析儀可根據(jù)脈沖信號峰值包絡(luò)電壓得到能譜分布；通過能譜分析可確定輻射強(qiáng)度，獲得硬X射線通量；由于輻射強(qiáng)度與脈沖幅值成正比，進(jìn)而得到逃逸電子分布情況。

如圖2是實施例提供的J-TEXT托卡馬克裝置的硬X射線通量檢測系統(tǒng)所采用的硬X射線探測模塊的功能示意圖；

本實施例中采用的NaI閃爍體CH149-01型探測器包括閃爍體、光電倍增管、高壓電源和前置放大器；其中NaI閃爍體的規(guī)格為它通過光電效應(yīng)將硬X射線能量轉(zhuǎn)化為成比例的熒光量；光電倍增管包括入射窗，光電面，倍增系統(tǒng)和陽極；用于將熒光量轉(zhuǎn)化成一定比例的電荷量；前置放大器用于將電荷量變換成電壓脈沖信號；CH149型探測器為陰極接地加正高壓工作，內(nèi)置的前置放大器采用12V電壓供電；該探測器的脈沖幅度分辨率為7.2％，工作溫度為0～400C。

實施例中，探測器接線接口如圖3所示；內(nèi)芯線接入12V輸入，七芯插座電源線屏蔽線接地，信號接口BNC接頭信號線接入電路；高壓接口坪長電壓為240V。

由于硬X射線探測器輸出的是離散的窄脈沖電壓信號；因此通過檢波電路采集每個脈沖的幅值并形成包絡(luò)線信號；實施例中采用的檢波電路包括帶通濾波器、整流管、以及積分器；對輸入的信號首先進(jìn)行整流，然后通過帶通濾波器篩選出中頻信號，濾波器的輸出只反映輸入信號中的中頻信號的包絡(luò)幅度的變化；本實施例中采用通頻帶寬為50Hz～1.5KHz的無源帶通濾波器作為檢波電路。積分放大環(huán)節(jié)采用TL082運(yùn)算放大器，可實現(xiàn)較低的輸入偏置電壓和偏移電流，該運(yùn)放輸入級具有較高的輸入電阻，內(nèi)建頻率補(bǔ)償電路，有較高的壓擺率；實施例中的檢波電路的時間常數(shù)為1ms，可提供較高時間分辨率的硬X射線輻射通量檢波，可在1ms左右的時間尺度上可以輸出準(zhǔn)確的波形包絡(luò)線。

實施例里的檢波電路如圖4所示意的，包括濾波器、整流管以及積分器；輸入為正脈沖時，信號經(jīng)過電阻R電容C串聯(lián)組成的高通濾波器，穩(wěn)壓整流D₁二極管導(dǎo)通，D₂關(guān)斷，并聯(lián)的電阻R₁電容C₁可濾掉低頻高頻電流噪聲信號，使得中頻脈沖信號傳輸?shù)紸₁，A₂積分放大單元，獲得探測器尖脈沖電壓幅值。輸入負(fù)脈沖時，穩(wěn)壓整流D₂二極管導(dǎo)通，D₁關(guān)斷，串聯(lián)電阻R電容C與并聯(lián)的電阻R₆電容C₄級聯(lián)形成帶通濾波器，經(jīng)過A₂積分放大單元輸出負(fù)脈沖。

實施例中，圖4所示檢波電路中，電阻R＝100KΩ，電阻R₁＝R₆＝1MΩ，R₂＝R₃＝R₄＝R₅＝100KΩ，電容C＝0.1uF，C₁＝C₂＝C₃＝C₄＝0.01uF；該檢波電路時間常數(shù)為1ms，可以提供較高時間分辨率的硬X射線輻射通量；在1ms左右的時間尺度上可以輸出準(zhǔn)確的波形包絡(luò)線。

本實施例中，采用16位分辨率、50KS/s采樣率的AD數(shù)據(jù)采集模塊對檢波電路輸出的模擬信號進(jìn)行采樣，將采集到的硬X射線通量數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥鳌?/p>

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。