兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法
【專利摘要】本發明公開一種兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法，測量系統由測量靶板、熱電偶傳感器、導線、冷卻水管、數據采集系統組成，強流離子源發射的高能粒子束作用到測量靶板上，在測量靶板背面熱鉆取若干個一定深度盲孔，電偶傳感器分布于盲孔內組成傳感器陣列并通過導線連接到數據采集系統，冷卻水管根據根據熱傳感器的位置呈蛇管型分布于測量靶內，根據熱電偶傳感器的位置以及溫度可以計算出高能粒子束的功率密度分布。另外，在實際使用中，本發明在兆瓦級的大功率以及極其復雜的電磁環境下使用，能夠很好的測量兆瓦級強流離子源所產生高能粒子束功率密度的分布情況，可重復性好，工作穩定可靠。
【專利說明】兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種離子源功率密度分布的測量方法，具體涉及一種通過熱電偶傳感器測量強流離子源引出的高能粒子束與測量靶板相互作用后材料表面溫度發生的變化來實現離子源功率密度分布測量的方法。
【背景技術】
[0002]兆瓦級強流離子源輸出的是強流粒子束，經中性化或磁場偏轉后輸出中性束，主要應用于等離子體加熱與材料高溫特性研究。高能粒子能量具有很高的能量和功率，普通的功率測量方法一般直接利用熱電偶測量強流粒子束的靶板溫度，或者間接利用法拉第桶測量等，很難具備高熱承材料和良好的抗電磁干擾能力，而且誤差較大，難以準確的反應粒子束的真實功率密度分布，不能滿足大功率強流粒子束的功率分布測量。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是提供一種兆瓦級強流離子源功率密度分布的測量方法，以解決現有技術中不能有效的測量兆瓦級強流離子源的功率密度分布的問題。
[0004]本發明所采用的技術方案為:
一種兆瓦級離子源功率密度分布的測量裝置，其特征在于:包括測量靶板、熱電偶傳感器、導線、冷卻水管、數據采集系統組成，強流離子源發射的高能粒子束射擊到測量靶板上，在測量靶板背面鉆取若干個一定深度盲孔，電偶傳感器分布于盲孔內組成傳感器陣列并通過導線連接到數據采集系統，冷卻水管根據根據熱傳感器的位置呈蛇管型分布于測量靶內，根據熱電偶傳感器的位置以及溫度可以計算出高能粒子束的功率密度分布。
[0005]所述的測量靶利用導熱性能較好且熔點較高的純銅材料制成，并且根據需求在測量靶背面鉆取若干個盲孔，盲孔底面于測量靶的吸收面間距為d2 ;同時在測量靶內部設置蜿蜒型冷卻水管，冷卻水管和外層的銅塊之間利用真空釬焊使充分接觸，盲孔與冷卻水管垂直距離為dl。其中dl和d2的值需要根據需求來確定。
[0006]所述的熱電偶傳感器為靈敏度較高，測量范圍較大的鎧裝熱電偶，熱電偶能夠準確反映溫度變化，并且在溫度迅速變化的條件下可以正常工作。
[0007]所述的導線需要在較高溫度下能夠正常工作，并且不與熱電偶傳感器脫落，所傳輸的微弱電信號不應受外界的電磁干擾。
[0008]所述的熱電偶傳感器陣列，根據實際需求，合理設計陣列，包括傳感器的數目和位置，并且可以根據傳感器所測量的溫度準確計算出靶板功率密度分布。
[0009]所述的冷卻水管道為不銹鋼管，冷卻水管內表面具有一定的光潔度，且經過鈍化處理，確保冷卻水管不會對冷卻水造成污染，也不會由于其他部件內部的雜質，造成水管堵塞或者其他部件的堵塞。
[0010]所述的數據采集系統，具有多通道、采樣精度較高的數據采集；具有冷端補償的功能可以同時準確測量多個熱電偶傳感器輸出的微弱電信號，減小測量誤差和抗干擾功能；為了保證采集系統工作的穩定性和操作的安全性，采集系統的供電通過隔離變壓器單獨供電。
[0011]本發明的所采用的裝置結構簡單，安裝方便，穩定可靠，該方法可以根據不同的功率設計或者選擇適當參數的測量靶板以及合適的熱電偶傳感器等進行測量，適用于各種大功率的測量場合。根據熱傳遞的效率，當強流粒子束與靶板相互作用在測量靶表面溫度時，熱量傳遞給熱電偶，并且根據熱量變化，可以計算出功率密度分布情況。同時，根據熱傳遞的速率，當熱電偶已經獲取表面溫度后，熱量傳遞到冷卻水，根據所設定的dl和d2的值，冷卻水既可以將多余的熱量及時吸收，又不影響熱電偶適時測量精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的結構原理圖
其中，I測量靶板；2熱電偶傳感器；3熱電偶測量導線；4測量靶板與粒子束接觸面；5冷卻水管；6熱電偶傳感器陣列，7數據采集系統。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，一種兆瓦級強流離子源功率密度分布的測量方法原理圖，測量系統由測量靶板1、熱電偶傳感器2、熱電偶測量導線3、測量靶板與粒子束接觸面4、冷卻水管
5、數據采集系統7組成。強流離子源發射的高能粒子束作用到測量靶板上，在測量靶板背面鉆取若干個一定深度盲孔，電偶傳感器分布于盲孔內組成傳感器陣列并通過導線連接到數據采集系統，冷卻水管根據根據熱傳感器的位置呈蜿蜒型分布于測量靶內。其中熱電偶傳感器按照需求分布在測量靶上面，冷卻水由圖中箭頭所示方向流動；測量靶板I中的參數dl和d2根據需求設置和加工，并且在測量靶內部置入蜿蜒型的冷卻水管，以加快熱量傳遞；熱電偶傳感器2需要焊接在測量靶內部，以確保可以準確測量測量靶表面的實時溫度，并且熱電偶傳感器2與導線的鏈接需要使用氬弧焊，確保導線與熱電偶傳感器接觸良好，并且在較高環境溫度條件下，也不易發生故障；冷卻水管5可以直接連接在冷卻水箱上面，并且冷卻水管道內部需要有足夠的壓力才能驅使冷卻水的循環；數據采集系統7連接到熱電偶傳感器陣列的導線，每個數據采集通道間相互電氣隔離，并且與熱電偶是一一對應的關系，在數據采集系統前端增加冷端補償模塊，確保數據采集的準確性；根據采集到的數據推算強流粒子束在測量靶板表面的功率密度大小，結合熱電偶傳感器的位置，可以計算出強流粒子束的功率密度分布情況。
[0014]在實際使用中，本發明在兆瓦級的大功率以及極其復雜的電磁環境下使用，可以很好的測量兆瓦級強流離子源所產生功率密度的分布情況，可重復性好，工作穩定可靠。
【權利要求】
1.一種兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法，其特征在于:包括測量靶板、熱電偶傳感器、導線、冷卻水管、數據采集系統，強流離子源發射的高能粒子束射擊到測量靶板上，在測量靶板背面鉆取若干個一定深度盲孔，電偶傳感器分布于盲孔內組成傳感器陣列并通過導線連接到數據采集系統，冷卻水管根據根據熱傳感器的位置呈蛇管型分布于測量靶內，根據熱電偶傳感器的位置以及溫度可以計算出高能粒子束的功率密度分布。
2.根據權利要求1所述的兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法，其特征在于:所述的測量靶板利用純銅材料制成。
3.根據權利要求1所述的兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法，其特征在于:所述的熱電偶傳感器為鎧裝熱電偶，并且在盲孔內與靶板和導線氬弧焊，熱電偶傳感器陣列設計為方形或圓形。
4.根據權利要求1所述的兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法，其特征在于:所述的冷卻水管道為不銹鋼管道，內表面經過鈍化處理，直接連接在冷卻水箱上面。
5.根據權利要求1所述的兆瓦級離子源功率密度分布的測量方法，其特征在于:所述的數據采集系統通道間相互電氣隔離，通過隔離變壓器單獨供電，并在數據采集系統前端布置冷端補償模塊。
【文檔編號】G01T1/29GK103837883SQ201410057125
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月19日 優先權日:2014年2月19日
【發明者】劉勝, 胡純棟, 于 玲, 許永建 申請人:中國科學院等離子體物理研究所