本发明属于托卡马克等离子体运行杂质辐射技术领域，更具体地，涉及一种J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量系统。
背景技术：
托卡马克高能粒子辐射可以反应高温等离子体内部信息，对快电子行为的研究主要是通过快电子引发的各种辐射来进行的，包括快电子的相对论效应引起的回旋辐射频率的下移，快电子与等离子体相互作用产生的韧致辐射和复合辐射；根线辐射机制研究可以得到重杂质的密度和聚芯状况。
现有的托卡马克装置的杂质粒子浓度测量，是通过将杂质粒子辐射X射线光信号转换成电压信号，进行采集处理；不同的辐射能量对应不同的电压信号，使得粒子辐射能量与电压一一线性对应，不同的杂质粒子辐射强度不同，辐射能量峰值不同，测量电压也不同；通过数据统计处理来量化杂质粒子浓度；但现有的杂质粒子浓度测量所采用的装置，譬如PDXtokamak(美国)、HT-7U(中国)、HL-2A(中国)，均采用多道软X射线对等离子体进行测量研究，占用诊断接口多，耗费成本高。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量系统，其目的在于克服J-TEXT托卡马克装置用于诊断的外接口数量以及空间尺寸的限制。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量系统，包括依次连接的射线光路模块，射线探测模块，脉冲整形放大模块，以及MCA数据处理模块；
其中，射线光路模块为机械传输通道，用于传输射线；与J-TEXT托卡马克装置只有一个接口，仅占用J-TEXT托卡马克装置的一个诊断接口；
射线探测模块用于探测杂质粒子辐射X射线，并将光信号转换成电压信号；
脉冲信号整形放大模块用于对射线探测模块输出的、脉宽在微秒级别的微弱脉冲信号进行放大；
MCA数据处理模块用于采用基于相位补偿的脉冲信号峰值检测方法，根据脉冲信号整形放大模块的输出信号进行能谱分析，根据杂质与辐射脉冲峰值的对应关系确定杂质粒子浓度。
优选地，上述射线光路模块包括软X射线光路和硬X射线光路；软X射线光路处于真空下；硬X射线光路具有至少9道均匀排列的探测器阵列。
优选的，上述J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量系统，其射线光路模块的机械结构包括：诊断接口法兰、固定在法兰上的软X射线通道连接管、第一软X射线绝缘连接法兰、第二软X射线绝缘连接法兰、软X射线探测器安装接口管道、硬X射线通道支架、硬X射线光路通道、硬X射线探测器支架；
由诊断接口法兰、固定在法兰上的软X射线通道连接管、第一软X射线绝缘连接法兰、第二软X射线绝缘连接法兰、软X射线探测器安装接口管道、构成软X射线通道；
第一软X射线绝缘连接法兰与第二软X射线绝缘连接法兰依次套接在软X射线通道连接管上，第一软X射线绝缘连接法兰与第二软X射线绝缘连接法兰之间设置有绝缘垫圈；软X射线探测器安装接口管道固定在第二软X射线绝缘连接法兰的顶端，用于支安装外部软X射线探测器；
由硬X射线通道支架、硬X射线光路通道和硬X射线探测器支架构成硬X射线通道；硬X射线通道支架为中空结构，固定在诊断接口法兰上，其中空部位与诊断接口法兰的中空部对接；中空结构的硬X射线光路通道固定于硬X射线通道支架顶端，中空结构的硬X射线光路通道的中空部的体积大于用于硬X射线通道支架的中空部，用于拓展光通路；硬X射线探测器支架设于硬X射线光路通道的顶端。
优选的，上述J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量系统，其射线探测模块包括并列的软X射线探测单元和硬X射线探测单元；软X射线探测单元的能量测量范围为0.5KeV～10KeV；硬X射线探测单元的能量测量范围为20KeV～200KeV。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量系统，拓展了托卡马克装置用于诊断的外接口，克服了J-TEXT托卡马克装置用于诊断的外接口数量以及空间尺寸的限制，可有效利用托卡马克有限的诊断接口空间达到同时测量软X射线与硬X射线能谱目的；
(2)本发明提供的J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量系统，其射线光路模块的机械结构中，通过固定在法兰上的软X射线通道连接管、第一软X射线绝缘连接法兰、第二软X射线绝缘连接法兰，以及两个绝缘连接法兰之间的绝缘垫，起到将外部探测器与托卡马克装置完全绝缘的效果，以消除装置器壁内涡流对测试的干扰，提供测量准确度；
(3)本发明提供的J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量系统，具有灵敏度高、实时性高的特点；测试结果表明，系统可达到500,000CPS的高计数率，在5.9KeV峰处分辨率可达136eV半峰宽(FWHM)，高峰强背噪比达到(P/B)7000:1。
附图说明
图1是实施例提供的杂质粒子浓度测量与J-TEXT托卡马克装置的对接示意图；
图2是实施例提供的J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量中的射线光路模块的整体结构图；
图3是实施例提供的J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量中的射线光路模块的结构分解示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-诊断接口法兰、2-软X射线通道连接管、3-第一软X射线绝缘连接法、4-第二软X射线绝缘连接法兰、5-软X射线探测器安装接口管道、6-硬X射线通道支架、7-硬X射线光路通道、8-硬X射线探测器支架、22-托卡马克聚变发生装置、11-射线光路模块、13-软X射线通道、23-硬X射线通道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例提供的J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量系统，包括依次连接的射线光路模块，射线探测模块，脉冲整形放大模块，以及MCA数据处理模块；如图1为实施例提供的这种J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量与J-TEXT托卡马克装置的对接作示意图；
其中，22为托卡马克聚变发生装置，圆截面为限制器位形下的等离子体边界；11为射线光路模块，将探测器安装在该模块上，通过外电源供电模块给探测器供电，探测器的输出信号发送到脉冲整形放大模块经整形放大的信号发送到MCA数据处理模块进行能谱分析。
图2是实施例提供的J-TEXT托卡马克装置杂质粒子浓度测量中的射线光路模块的整体结构图；
其中，13为软X射线光路传输通道，23为硬X射线光路传输通道，射线光路模块整体安装在托卡马克装置诊断接口上；射线光路模块的结构分解示意图如图3所示，由诊断接口法兰1、固定在法兰上的软X射线通道连接管2、第一软X射线绝缘连接法兰3、第二软X射线绝缘连接法兰4、软X射线探测器安装接口管道5构成软X射线通道；
第一软X射线绝缘连接法兰3与第二软X射线绝缘连接法兰4依次套接在软X射线通道连接管2上，第一软X射线绝缘连接法兰3与第二软X射线绝缘连接法兰4之间设置有绝缘垫圈；软X射线探测器安装接口管道5固定在第二软X射线绝缘连接法兰4的顶端，用于支安装外部软X射线探测器；
由硬X射线通道支架6、硬X射线光路通道7和硬X射线探测器支架8构成硬X射线通道；硬X射线通道支架6为中空结构，固定在诊断接口法兰1上，其中空部位与诊断接口法兰1的中空部对接；中空结构的硬X射线光路通道7固定于硬X射线通道支架6顶端，中空结构的硬X射线光路通道7的中空部的体积大于用于硬X射线通道支架6的中空部，用于拓展光通路；硬X射线探测器支架8设于硬X射线光路通道7的顶端。实施例中，采用环氧板作为硬X射线探测器支架。
实施例中的软X射线探测器采用XR100-SDD半导体硅漂移探测器，它是包含高性能X光探测器、前置放大器、热点冷却系统，其冷却系统上安装一个场效应晶体管和一个新型反馈电路，在内部温度传感器监控下，维持在-550C工作环境；在封装外壳上有一个超薄Be窗以便探测微弱X信号；它能在很短成形时间下工作而且达到极高的能量分辨率，实现计数率与分辨率的完美结合，其利用Pelter效应制冷，体积紧凑，通过外接供电系统，以高灵敏度，快响应速度接收等离子体内部杂质辐射。
实施例中的硬X射线探测器，采用碲化镉(CdTe)半导体探测器，具有高能量分辨率，室温下工作和不受磁场干扰的优点，而且探头体积小，适合在托卡马克上做空间多道诊断。
应用中，将XR100-SDD半导体探测器接入射线光路模块中，在探测器管壁上安装密封橡胶圈，通过螺套挤压达到密封效果；为防止托卡马克装置对探测器的干扰，用2mm铜板对探测器的探测部件进行屏蔽。探测器具有两个外连接端子，一个端口接供电电压，另一端口为探测器检测信号输出端；实施例采用XR100探测器，其供电为市电电压经过降压整流变换所输出的5道直流电平信号。
由于杂质粒子辐射脉冲脉宽较短，为微秒级别，且峰值较低，通过脉冲整形放大器对其进行放大；实施例中，采用采用2012放大器对软X射线信号进行防腐，输入级采用差分形式，输出为双极性波形，放大倍数为8～2048倍；对硬X射线采用两级放大模式；实施例所采用的2012型号的脉冲整形放大器，通过NIM标准电源供电，为单插宽NIM插件；该插件中的放大器单元电路采用LF357，共5级放大，输出电压为0～10V；输出经过双向跟随器，提高输出的驱动能力；实施例中通过控制供电电源的输出直流电平，以保证输出直流电平不受改变增益的影响；脉冲整形放大模块的放大倍数为8～2048倍，可线性调节。
MCA数据处理模块用于对脉冲整形放大模块输出的脉冲信号进行幅值采集；由于脉冲脉宽为微秒级，故采用数据处理快的大数据吞吐量的高频处理器；采用多道脉冲幅度分析将脉冲按其幅度进行分类，并在对应的通道中进行记录并予以显示，由此迅速地获取能谱；根据频谱即可得到杂质辐射强度。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。