一种用于白光中子源带电粒子探测谱仪的控制系统技术方案

本申请公开了一种用于白光中子源带电粒子探测谱仪的控制系统。本申请的控制系统，包括本地控制系统和远程控制系统；本地控制系统包括运动控制模块、真空监测模块、气路稳压模块、粒子束窗和真空气路元器件保护模块；远程控制系统与本地控制系统信号连接，用于远程控制本地控制系统的各模块的运行。本申请的控制系统，能实时监测真空靶室状态，可实现样品换样器、探测器角度旋转机构和真空气路系统的远程控制，为真空靶室安全、稳定、可靠地运行打下了坚实基础。远程控制系统发布的EPICS PV能直接进入CSNS加速器中央控制室的声音报警系统和历史数据库系统，为及时发现和处理问题、进行事后分析和设备研究等提供了便捷途径和可靠保障。

【技术实现步骤摘要】
一种用于白光中子源带电粒子探测谱仪的控制系统
本申请涉及中子检测设备领域，特别是涉及一种用于白光中子源带电粒子探测谱仪的控制系统。
技术介绍
白光中子源是一个极其有用的核数据测量研究工具，可以为新型核能设施设计、核天体物理研究、基础物理科学以及国防科技等领域提供关键核数据。核数据测量研究在国际上已开展近八十年，经历了单能点中子源、共振区白光中子源、快白光中子源核数据测量几个阶段。1960年代以前主要利用低能加速器通过d-D、d-T、p-T和p-7Li等反应产生具有一定强度的单能中子进行中子反应截面的测量工作。1960年代开始基于强流电子直线加速器的白光中子源相继在美国、前苏联、欧洲和日本等国建成。白光中子源能在1eV-1MeV的共振中子能区提供很强的连续谱中子，其中，代表性的装置有美国ORNL国家实验室的ORELA和欧洲位于比利时Geel的JRC/IRMM实验室的GELINA。1980年代之后基于强流高能量质子加速器的白光中子源由于其脉冲中子强度高、中子能谱范围广等优势逐步取代了基于电子直线加速器的白光中子源，成为核数据测量的最有力工具。这方面的代表装置是美国LANL的基于800MeV质子加速器(缩写LANSCE)建立的核数据测量装置，以及欧洲CERN的基于20GeV的质子同步加速器(缩写PS)建立的核数据测量装置(缩写n-TOF)。LANL设有共振中子靶站(LujanCenter，Target-1)和快中子靶站(WNR，Target-4)。在LujanCenter和WNR上已分别建设多条白光中子束线，并建立了包括测量中子辐射俘获截面的大型g探测器设备DANCE和中子探测器阵列FIGARO等在内很多台谱仪，它们在共振中子、快中子以及中高能中子能区测量了大量至关重要的核数据。日本则在位于Tokai的J-PARC大型质子加速器上利用3GeV散裂中子源靶站上慢化的中子建设了一个核数据测量束线ANNRI。国内目前用于核数据测量的中子源主要有中国原子能科学研究院的中国先进研究堆(缩写CARR堆)和13MV串列加速器(缩写5SDH-2)、北京大学的4.5MV静电加速器、兰州大学的300kV中子发生器等。这些中子源的能量范围在0.01～42MeV之间，它们对中国的核数据研究包括中国自己的CENDL核数据评价库做出了重要贡献，但是它们的能量并不连续，各个加速器可分别提供部分能量片段的中子束，且束流强度较低。随着我国先进核能技术、基础核物理、核天体物理以及国防建设等发展的需要，迫切需要一台能区宽、强度高的白光中子源装置以满足全方面核数据测量的要求。带电粒子探测谱仪(缩写LPDA)位于白光中子源的终端处，是中国散裂中子源首批投入运行的4台谱仪之一，用于测试中子引起的出射带电粒子的数据，主要包括p、d、t、3He和4He等轻带电粒子。这类数据对新一代核能，例如第四代反应堆、ADS等，的研发尤为重要，涉及到中子探测、辐射防护与检测、反应堆控制与运行等多个方面；同时，也对强子治疗提供重要的支持。相比国际上同类型谱仪，LPDA具有探测器数量多、带电粒子测量能区和中子测量能区宽等特点，如表1所示。表1LPDA与同类型谱仪的特征比较LANSCEMEDLEYCROCKERCYCLONELPDA探测器数量483616带电粒子测量能区4～50Mev8～100Mev<80Mev1.5～80Mev0.5～100Mev中子测量能区0.2～50Mev70Mev10～60Mev25～65Mev1ev～200Mev时间分辨3ns2～4ns-------0.8ns<5nsLPDA包括真空靶室和带电粒子探测器。其中真空靶室是机、电、真空和气一体化设备，给带电粒子探测器提供实验环境。真空靶室集成度非常高，是一个多功能的真空腔体。因此，如何对这样一个复杂的真空靶室和带电粒子探测器进行有效控制是带电粒子探测谱仪正常运行的关键。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种结构改进的适用于白光中子源带电粒子探测谱仪的控制系统。本申请采用了以下技术方案：本申请公开了一种用于白光中子源带电粒子探测谱仪的控制系统，包括本地控制系统和远程控制系统；本地控制系统包括运动控制模块、真空监测模块、气路稳压模块、粒子束窗和真空气路元器件保护模块；运动控制模块用于控制样品换样器和探测器角度旋转机构运动；真空监测模块用于监测探测器和真空腔体内的真空度或气压；气路稳压模块用于协调控制真空气路系统的真空组件和工作气体组件，使真空腔体维持在稳定的真空度，使探测器内的工作气压维持稳定；粒子束窗和真空气路元器件保护模块用于协调控制设置于真空气路系统和探测器之间、真空气路系统和真空腔体之间的各阀门的开启或关闭，以保障粒子束窗不破裂，或者在粒子束窗破裂时避免真空气路元件损坏；远程控制系统与本地控制系统信号连接，用于远程控制本地控制系统的各模块的运行。其中，运动控制模块用于控制样品换样器和探测器角度旋转机构运动，可以理解，控制样品换样器和探测器角度旋转机构都有相应的驱动设备驱动其运行，运动控制模块的作用在协调控制控制样品换样器和探测器角度旋转机构的驱动设备，使其在需要的时候自动样品切换或探测器角度调整。真空监测模块用于监测探测器和真空腔体内的真空度或气压，可以理解，真空度或气压的具体检测可以通过真空计或气压计等检测设备实现，真空监测模块的作用在于统计并管理这些数据。气路稳压模块用于协调控制真空气路系统的真空组件和工作气体组件，可以理解，真空组件的作用就是抽真空，工作气体组件的作用就是为探测器提供工作气体，因此，气路稳压模块的作用就是根据真空监测模块的数据，协调控制真空组件和工作气体组件，使真空腔体维持在稳定的真空水平，同时使探测器内的气压保持稳定。需要说明的是，本申请的本地控制系统中，各模块实际上都是控制器层的各功能模块，至于具体的现场控制层的现场设备和子系统，例如工作气体组件及其控制系统、真空组件及其控制系统、阀组、泵组、各传感器、变送器、仪表、样品换样器、探测器角度旋转机构等设备，可以根据具体使用需求或者具体设计方案而定，在此不做限定。优选的，本地控制系统还包括上位机监控层设备，用于监控和管理本地控制系统的运动控制模块、真空监测模块、气路稳压模块、粒子束窗和真空气路元器件保护模块。优选的，上位机监控层设备包括触控屏，通过触摸屏对本地控制系统的各模块进行控制和管理，并通过触摸屏显示和监控各模块的运行状态。优选的，本地控制系统使用横河PLC的顺控CPU实现各模块。优选的，触摸屏通过以太网与PLC主控系统通讯。优选的，远程控制系统为基于EPICS软件架构搭建的系统，EPICS采用分布式控制系统的标准模型。本申请的再一面还公开了本申请的控制系统在白光中子源带电粒子探测谱仪中的应用。本申请的有益效果在于：本申请用于白光中子源带电粒子探测谱仪的控制系统，能实时监测带电粒子探测谱仪真空靶室的状态，并可实现对样品换样器、探测器角度旋转机构和真空气路系统的远程控制，为带电粒子探测谱仪真空靶室安全、稳定、可靠地运行打下了坚实的基础。在本申请的一种实现方式中，本申请控制系统中的远程控制系统发布的EPICSPV能直接进入CSNS加速器中央控制室的声音报警系统和历史数据库系统，为工作人员及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于白光中子源带电粒子探测谱仪的控制系统，其特征在于：包括本地控制系统和远程控制系统；所述本地控制系统包括运动控制模块、真空监测模块、气路稳压模块、粒子束窗和真空气路元器件保护模块；运动控制模块用于控制样品换样器和探测器角度旋转机构运动；真空监测模块用于监测探测器和真空腔体内的真空度或气压；气路稳压模块用于协调控制真空气路系统的真空组件和工作气体组件，使真空腔体维持在稳定的真空度，同时，使探测器内的工作气压维持稳定；粒子束窗和真空气路元器件保护模块用于协调控制设置于真空气路系统和探测器之间、以及真空气路系统和真空腔体之间的各阀门的开启或关闭，以保障粒子束窗不破裂，或者在粒子束窗破裂时避免真空气路元件损坏；所述远程控制系统与本地控制系统信号连接，用于远程控制本地控制系统的各模块的运行。

【技术特征摘要】
1.一种用于白光中子源带电粒子探测谱仪的控制系统，其特征在于：包括本地控制系统和远程控制系统；所述本地控制系统包括运动控制模块、真空监测模块、气路稳压模块、粒子束窗和真空气路元器件保护模块；运动控制模块用于控制样品换样器和探测器角度旋转机构运动；真空监测模块用于监测探测器和真空腔体内的真空度或气压；气路稳压模块用于协调控制真空气路系统的真空组件和工作气体组件，使真空腔体维持在稳定的真空度，同时，使探测器内的工作气压维持稳定；粒子束窗和真空气路元器件保护模块用于协调控制设置于真空气路系统和探测器之间、以及真空气路系统和真空腔体之间的各阀门的开启或关闭，以保障粒子束窗不破裂，或者在粒子束窗破裂时避免真空气路元件损坏；所述远程控制系统与本地控制系统信号连接，用于远程控制本地控制系统的各模块的运行。2.根据权利要求1所述的控制系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志嘉，周良，樊瑞睿，何泳成，王艳凤，杨桂安，许虹，夏远光，唐彬，滕海云，周健荣，王征，陈元柏，周晓娟，修青磊，
申请(专利权)人：东莞中子科学中心，
类型：发明
国别省市：广东,44