兆瓦级离子源功率密度分布的测量方法
【专利摘要】本发明公开一种兆瓦级离子源功率密度分布的测量方法，测量系统由测量靶板、热电偶传感器、导线、冷却水管、数据采集系统组成，强流离子源发射的高能粒子束作用到测量靶板上，在测量靶板背面热钻取若干个一定深度盲孔，电偶传感器分布于盲孔内组成传感器阵列并通过导线连接到数据采集系统，冷却水管根据根据热传感器的位置呈蛇管型分布于测量靶内，根据热电偶传感器的位置以及温度可以计算出高能粒子束的功率密度分布。另外，在实际使用中，本发明在兆瓦级的大功率以及极其复杂的电磁环境下使用，能够很好的测量兆瓦级强流离子源所产生高能粒子束功率密度的分布情况，可重复性好，工作稳定可靠。
【专利说明】兆瓦级离子源功率密度分布的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种离子源功率密度分布的测量方法，具体涉及一种通过热电偶传感器测量强流离子源引出的高能粒子束与测量靶板相互作用后材料表面温度发生的变化来实现离子源功率密度分布测量的方法。
【背景技术】
[0002]兆瓦级强流离子源输出的是强流粒子束，经中性化或磁场偏转后输出中性束，主要应用于等离子体加热与材料高温特性研究。高能粒子能量具有很高的能量和功率，普通的功率测量方法一般直接利用热电偶测量强流粒子束的靶板温度，或者间接利用法拉第桶测量等，很难具备高热承材料和良好的抗电磁干扰能力，而且误差较大，难以准确的反应粒子束的真实功率密度分布，不能满足大功率强流粒子束的功率分布测量。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种兆瓦级强流离子源功率密度分布的测量方法，以解决现有技术中不能有效的测量兆瓦级强流离子源的功率密度分布的问题。
[0004]本发明所采用的技术方案为:
一种兆瓦级离子源功率密度分布的测量装置，其特征在于:包括测量靶板、热电偶传感器、导线、冷却水管、数据采集系统组成，强流离子源发射的高能粒子束射击到测量靶板上，在测量靶板背面钻取若干个一定深度盲孔，电偶传感器分布于盲孔内组成传感器阵列并通过导线连接到数据采集系统，冷却水管根据根据热传感器的位置呈蛇管型分布于测量靶内，根据热电偶传感器的位置以及温度可以计算出高能粒子束的功率密度分布。
[0005]所述的测量靶利用导热性能较好且熔点较高的纯铜材料制成，并且根据需求在测量靶背面钻取若干个盲孔，盲孔底面于测量靶的吸收面间距为d2 ;同时在测量靶内部设置蜿蜒型冷却水管，冷却水管和外层的铜块之间利用真空钎焊使充分接触，盲孔与冷却水管垂直距离为dl。其中dl和d2的值需要根据需求来确定。
[0006]所述的热电偶传感器为灵敏度较高，测量范围较大的铠装热电偶，热电偶能够准确反映温度变化，并且在温度迅速变化的条件下可以正常工作。
[0007]所述的导线需要在较高温度下能够正常工作，并且不与热电偶传感器脱落，所传输的微弱电信号不应受外界的电磁干扰。
[0008]所述的热电偶传感器阵列，根据实际需求，合理设计阵列，包括传感器的数目和位置，并且可以根据传感器所测量的温度准确计算出靶板功率密度分布。
[0009]所述的冷却水管道为不锈钢管，冷却水管内表面具有一定的光洁度，且经过钝化处理，确保冷却水管不会对冷却水造成污染，也不会由于其他部件内部的杂质，造成水管堵塞或者其他部件的堵塞。
[0010]所述的数据采集系统，具有多通道、采样精度较高的数据采集；具有冷端补偿的功能可以同时准确测量多个热电偶传感器输出的微弱电信号，减小测量误差和抗干扰功能；为了保证采集系统工作的稳定性和操作的安全性，采集系统的供电通过隔离变压器单独供电。
[0011]本发明的所采用的装置结构简单，安装方便，稳定可靠，该方法可以根据不同的功率设计或者选择适当参数的测量靶板以及合适的热电偶传感器等进行测量，适用于各种大功率的测量场合。根据热传递的效率，当强流粒子束与靶板相互作用在测量靶表面温度时，热量传递给热电偶，并且根据热量变化，可以计算出功率密度分布情况。同时，根据热传递的速率，当热电偶已经获取表面温度后，热量传递到冷却水，根据所设定的dl和d2的值，冷却水既可以将多余的热量及时吸收，又不影响热电偶适时测量精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明的结构原理图
其中，I测量靶板；2热电偶传感器；3热电偶测量导线；4测量靶板与粒子束接触面；5冷却水管；6热电偶传感器阵列，7数据采集系统。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，一种兆瓦级强流离子源功率密度分布的测量方法原理图，测量系统由测量靶板1、热电偶传感器2、热电偶测量导线3、测量靶板与粒子束接触面4、冷却水管
5、数据采集系统7组成。强流离子源发射的高能粒子束作用到测量靶板上，在测量靶板背面钻取若干个一定深度盲孔，电偶传感器分布于盲孔内组成传感器阵列并通过导线连接到数据采集系统，冷却水管根据根据热传感器的位置呈蜿蜒型分布于测量靶内。其中热电偶传感器按照需求分布在测量靶上面，冷却水由图中箭头所示方向流动；测量靶板I中的参数dl和d2根据需求设置和加工，并且在测量靶内部置入蜿蜒型的冷却水管，以加快热量传递；热电偶传感器2需要焊接在测量靶内部，以确保可以准确测量测量靶表面的实时温度，并且热电偶传感器2与导线的链接需要使用氩弧焊，确保导线与热电偶传感器接触良好，并且在较高环境温度条件下，也不易发生故障；冷却水管5可以直接连接在冷却水箱上面，并且冷却水管道内部需要有足够的压力才能驱使冷却水的循环；数据采集系统7连接到热电偶传感器阵列的导线，每个数据采集通道间相互电气隔离，并且与热电偶是一一对应的关系，在数据采集系统前端增加冷端补偿模块，确保数据采集的准确性；根据采集到的数据推算强流粒子束在测量靶板表面的功率密度大小，结合热电偶传感器的位置，可以计算出强流粒子束的功率密度分布情况。
[0014]在实际使用中，本发明在兆瓦级的大功率以及极其复杂的电磁环境下使用，可以很好的测量兆瓦级强流离子源所产生功率密度的分布情况，可重复性好，工作稳定可靠。
【权利要求】
1.一种兆瓦级离子源功率密度分布的测量方法，其特征在于:包括测量靶板、热电偶传感器、导线、冷却水管、数据采集系统，强流离子源发射的高能粒子束射击到测量靶板上，在测量靶板背面钻取若干个一定深度盲孔，电偶传感器分布于盲孔内组成传感器阵列并通过导线连接到数据采集系统，冷却水管根据根据热传感器的位置呈蛇管型分布于测量靶内，根据热电偶传感器的位置以及温度可以计算出高能粒子束的功率密度分布。
2.根据权利要求1所述的兆瓦级离子源功率密度分布的测量方法，其特征在于:所述的测量靶板利用纯铜材料制成。
3.根据权利要求1所述的兆瓦级离子源功率密度分布的测量方法，其特征在于:所述的热电偶传感器为铠装热电偶，并且在盲孔内与靶板和导线氩弧焊，热电偶传感器阵列设计为方形或圆形。
4.根据权利要求1所述的兆瓦级离子源功率密度分布的测量方法，其特征在于:所述的冷却水管道为不锈钢管道，内表面经过钝化处理，直接连接在冷却水箱上面。
5.根据权利要求1所述的兆瓦级离子源功率密度分布的测量方法，其特征在于:所述的数据采集系统通道间相互电气隔离，通过隔离变压器单独供电，并在数据采集系统前端布置冷端补偿模块。
【文档编号】G01T1/29GK103837883SQ201410057125
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】刘胜, 胡纯栋, 于 玲, 许永建 申请人:中国科学院等离子体物理研究所