Бабанин О.А. "Источник резонансных нейтронов ИРЕН на

Источник резонансных
нейтронов ИРЕН на основе
линейного ускорителя
электронов ЛУЭ-200.
Студент 6-го курса кафедры электроники физических
установок Бабанин О. А.
Источник резонансных нейтронов (ИРЕН).
Физические задачи:
Установка ИРЕН (Лаборатория нейтронной физики) предназначена для
проведения экспериментов, в которых требуется прецизионная
спектроскопия нейтронов в диапазоне энергий от 0,1 эВ до сотен кэВ.
Среди этих экспериментов:
- исследование реакций в области энергий до нескольких десятков кэВ
(ядерная астрофизика, звездный нуклеосинтез, ядерные данные);
- измерение нейтронных сечений (ядерные данные);
- изучение высоковозбужденных состояний ядер;
- исследование подпороговых p-резонансов (нарушение
фундаментальных симметрий);
- подготовка экспериментальных методик.
Кроме этого на первой очереди ИРЕН будут проводится и прикладные
исследования:
- использование нейтронного и гамма- активационного анализа в
материаловедении, науках о жизни;
- получение радиоактивных изотопов с повышенной радионуклидной
чистотой для медицинских применений.
Общий вид установки ИРЕН.
Линейный ускоритель электронов ЛУЭ-200.
Основные проектные параметры линейного ускорителя
электронов
ЛУЭ — 200, используемого в проекте ИРЕН.
1.
Энергия электронов
212 МэВ
2.
Ток пучка
3.
Длительность токового
импульса
4.
Частота повторений
150 Гц
5.
Средняя мощность
12 кВт
6.
Полная мощность,
потребляемая от сети
1 МВт
1,5 А
0,25 мкс
Состав линейного ускорителя ЛУЭ-200.
В состав линейного ускорителя входят:
- трёхэлектродная электронная пушка с сеточным управлением;
- группирователь пучка;
- две ускоряющие секции;
- фокусирующая система;
- магнит-анализатор;
- вакуумированный электороновод для проводки пучка к мишени;
- два клистрона с высоковольтными модуляторами;
- система умножения мощности;
- система СВЧ-возбуждения.
Структурная схема ускорителя представлена на рисунке:
Общий вид ускорителя.
Общий вид ускорителя.
Система высокочастотного питания ЛУЭ-200.
Группирователь.
Ускоряющая секция.
Система умножения мощности SLED
(SLAC Energy Development).
В состав системы умножения мощности входят:
- трёхдецибельный щелевой мост;
- два высокодобротных резонатора;
- блок СВЧ-электроники для быстрого переворота
фазы на 180 градусов с регулировкой временных
интервалов.
Основные характеристики системы
умножения мощности.
1.
Коэффициент умножения мощности
3,8
2.
Коэффициент сокращения
длительности СВЧ — импульса
6,5
3.
КПД преобразования
52 %
4.
Тепловые потери в резонаторах
24 %
5.
Эффективное увеличение набора
энергии в секции
1,9
Осциллограмма волны на входе в
ускоряющую секцию.
Система умножения мощности SLED.
Клистрон TH 2119.
Параметры клистрона TH 2119.
Рабочая частота
2856 МГц
Импульсная мощность
20 МВт
Длительность СВЧ-импульса
3,5 мкс
Частота повторений
< 180 Гц
Усиление по мощности
53-57 дБ
КПД
43-47 %
Анодное напряжение
Анодный ток
240 кВ
250 А
Система управления
шаговым двигателем (ШД).
Система управления ШД состоит из ряда автономных элементов:
- контроллер для управления ШД,
- контроллер фирмы «National Instruments» «NI USB-6008»,
- защитная система ШД,
- также для управления системой и ее мониторинга была написана
программа «SRSM».
Вся логика работы системы управления ШД происходит по следующему
алгоритму: пользователь в компьютерной программе «SRSM» выбирает
(один из шести) ШД, задает необходимое количество шагов, выбирает
направление движения ШД. Программа «SRSM» анализирует движение ШД
и если оно не выходит за границы допустимого диапазона перемещения
ШД, то ШД начинает движение с заданными параметрами.
Контроллер фирмы «National Instruments» «NI
USB-6008» для управления шаговым двигателем.
Контроллер фирмы«National Instruments» «NI
USB-6008» выполняет две основные
функции:
- Связующее звено между программой и
контроллером для управления ШД.
- Аналого-цифровое преобразование
напряжения на резистивном
потенциометре.
Контроллер представляет собой программируемое
устройство, имеющее входы и выходы для
подключения различных устройств. Также он
включает восьми разрядный ЦАП-АЦП.
8 каналов аналогового ввода, разрешение 12 или 14
бит, частота оцифровки до 48 кГц
· Винтовые терминалы для подключения датчиков
· Быстрое plug-and-play подключение к компьютеру
· Многофункциональный ввод/вывод для проведения
сбора и сохранения данных
· Запитка по шине USB
Интерфейс программы «SRSM».
1-Кнопки выбора ШД.
2-Окно отображающее номер
задействующей фазы
двигателя.
3-«переключатель» - задание
нужного направления движения
ШД.
4-Окно для введения необходимого
кол-во шагов,
5-Окно мониторинга – отображение
расположения ШД после
последнего к нему обращения.
6-Окно аварийной сигнализации
(отображаются два цвета:
“зеленый”- работа; “красный”авария)
7-Кнопки аварийной остановки –
прерывает текущую операцию
по перемещению ШД.
Пучок на выходе ускоряющей секции.