Автоматизация определения спектра линейного ускорителя

УДК 621.382(06) Микроэлектроника
В.А. ШАЛТЫРЕВ, А.П. ШАЛТЫРЕВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
АВТОМАТИЗАЦИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРА
ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ
В работе описывается программно-аппаратный комплекс, предназначенный
для автоматизированного определения энергетического спектра линейного ускорителя заряженных частиц.
Важнейшими характеристиками линейных ускорителей заряженных
частиц являются энергия и энергетический спектр пучка на выходе. На
практике усредненная энергия ускоренного пучка обычно определяется по
экстраполированному пробегу частиц в материале мишени, для чего используются многопластинчатые датчики тока. Данная работа посвящена
разработке автоматизированного комплекса для определения энергетического спектра линейного ускорителя электронов с энергией от 1 до 5 МэВ и
импульсным током не более 10  100 мА, длительностью 1 мкс на основе
измерения тока пучка многопластинчатым датчиком.
Разработанный аппаратно-программный комплекс в составе модуля
сбора информации и программы «Spectr3» предназначен для автоматизации измерения параметров пучка заряженных частиц с последующей обработкой результатов.
Принцип работы аппаратной части комплекса. Измеряемые токи с
пластин датчика по очереди коммутируются на интегрирующую схему,
выходной сигнал которой поступает на АЦП и схему защиты от превышения допустимого напряжения. Микроконтроллер обрабатывает сигнал
с АЦП, передает данные измерений на компьютер и управляет коммутацией и схемой индикации режимов работы комплекса. Структурная схема
аппаратной части комплекса представлена на Рис. 1. Модуль сбора и обработки
информации
выполнен
на
базе
микроконтроллера
MC68HC908GP32 фирмы Motorola. Для преобразования сигнала используется одноканальный 16-разрядный АЦП AD7660 фирмы Analog Devices
со временем преобразования 10 мкс.
Для обработки получаемой от модуля информации используются цифровые фильтры, позволяющие проводить сглаживание и аппроксимацию
обрабатываемых данных с эффективной разрядностью, ограниченной 11
битами, что вполне достаточно для измерения токов многопластинчатого
датчика от 0,1 до 20 мА в импульсе с погрешностью 5 %.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
121
УДК 621.382(06) Микроэлектроника
Схема индикации
режима работы
SPI
АЦП (AD7660)
Микроконтроллер
MC68HC908GP32
Интегрирующая
схема
Схема управления
и коммутации
RS232
Модуль сбора
и обработки
информации
COM –
порт
Персональный
компьютер
Многопластинчатый
датчик тока
Блок питания
Линейный
ускоритель
электронов
Рис. 1. Аппаратная часть комплекса и ее взаимодействие с другими объектами
Для управления модулем и передачи получаемых данных на персональный компьютер используется интерфейс RS232.
Программная часть комплекса. Программа «Spectr3» предназначена
для работы под ОС MS Windows 95/98/2000/XP. Интерфейс программы
выполнен в соответствии с общепринятыми стандартами для приложений,
работающих под ОС Windows.
Для восстановления спектра ускорителя по полученным данным могут
использоваться три метода: метод определения энергии по кривой поглощения, применяющийся для экспресс-анализа пучка электронов, итерационная процедура, требующая для проведения вычислений длительного
времени, но дающая достаточно точные результаты, и метод МонтеКарло.
В программе реализованы три алгоритма восстановления спектра пучка заряженных частиц, работа с файлами для хранения результатов экспериментов и алгоритм моделирования пучка с заданными параметрами,
позволяющий проводить тестирование расчетных алгоритмов.
В настоящее время программа “Spectr3” используется для определения
спектра линейного ускорителя электронов при выполнении НИР в Малой
ускорительной лаборатории МИФИ.
Работа выполнена при поддержке программы сотрудничества Минобразования России и Минатома России (проекты 3.09-37/48, 4.06-30, 4.0904, 4.09-09) и гранта Минобразования России Т02-07.3-910.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
122
УДК 621.382(06) Микроэлектроника
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
123