一种在线测量大功率粒子束束功率密度分布的方法与流程

本发明涉及束功率密度分布测量技术领域，具体是一种在线测量大功率粒子束束功率密度分布的方法。

背景技术：

束功率密度分布是粒子束重要参数之一。通用的束功率密度分布测量方法为：通过分布有一定数量热电偶的拦截式平面或V型靶，垂直于束流传输方向，放置在束流通道中。当束流注入时，横向拦截束流，这时诊断靶上的安装的热电偶受热升温，利用后端的测量系统捕捉诊断靶板上的热电偶温度分布变化，分析计算，从而得到束功率密度分布。但由于其测量方法为拦截式，阻挡了束流的传输，无法在粒子束应用的同时，完成束功率密度分布的测量。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种在线测量大功率粒子束束功率密度分布的方法，以解决现有技术拦截式诊断靶无法在粒子束应用的同时，实现实时在线测量束功率密度分布的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种在线测量大功率粒子束束功率密度分布的方法，其特征在于：将双层钨丝网结构的钨丝靶放置于束流通道中，且钨丝靶靶面垂直于束流传输方向，当束流轰击钨丝靶时，钨丝靶中钨丝网受热发光，采用可见光CCD相机对钨丝靶靶面进行拍摄，得到光强度分布图；对光强度分布图进行数字化处理，以将光强度分布图数字化处理为二维数组，然后数据处理将离散的网格型二维数组转化为网面型的数组，确定光强度分布图图像像元与功率密度分布的关系，最终完成在线实时测量束功率密度分布。

所述的一种在线测量大功率粒子束束功率密度分布的方法，其特征在于：所述的钨丝靶由设置在边框中的双层钨丝网构成，以钨丝网面作为钨丝靶的靶面，其中一层钨丝网中的钨丝均为水平方向，另一层钨丝网中的钨丝均为竖直方向，两层钨丝网中的钨丝在空间呈相互垂直且不相交，每层钨丝网中钨丝两端分别通过弹簧与边框连接。

本发明中，选取一定直径的钨丝编织成网，束流的穿透率可达到90%以上，可在粒子束应用的同时，实现实时在线测量大功率粒子束束功率密度分布。

本发明中，钨丝靶水平方向的钨丝网与竖直方向的钨丝网相互垂直而互不相交，这样不仅避免束流轰击时钨丝网受热发生弯曲而相互接触进行热传导，从而影响采集到真实的光强度分布图，另外双层钨丝网格的设计对于后期的维护更换提供了便利。

本发明中，每根钨丝的固定方式为借助弹簧外力对钨丝进行拉伸、然后固定于钨丝靶的外框上，使得每根钨丝保持一定的张力，可有效防止实验中因束流的轰击而导致钨丝受热形变，影响真实的热传导方向。

本发明应用于束功率密度分布的测量，突破以往常规的拦截式诊断靶在测量束功率密度分布时，靶必须拦截粒子束的局限性，解决了无法在粒子束应用的同时，实现实时在线测量；本发明测量精度高、响应快、稳定性强；本发明结构新颖、安装方便、易于维护。

附图说明

图1为钨丝诊断靶的工作示意图。

图2为钨丝诊断靶的平面图。

具体实施方式

如图1所示，一种在线测量大功率粒子束束功率密度分布的方法，将双层钨丝网结构的钨丝靶1放置于束流通道中，且钨丝靶1靶面垂直于束流3传输方向，当束流3轰击钨丝靶1时，钨丝靶1中钨丝网受热发光，采用可见光CCD相机2对钨丝靶1靶面进行拍摄，得到光强度分布图，利用线缆将光强度分布图传输至数据采集系统；数据采集系统对拍摄得到的光强度分布图进行数字化处理，以将光强度分布图数字化处理为二维数组，然后数据处理将离散的网格型二维数组转化为网面型的数组，确定光强度分布图图像像元与功率密度分布的关系，最终完成在线实时测量束功率密度分布。

如图2所示，钨丝靶1由设置在边框4中的双层钨丝网11构成，以钨丝网11面作为钨丝靶的靶面，其中一层钨丝网中的钨丝12均为水平方向，另一层钨丝网中的钨丝13均为竖直方向，两层钨丝网中的钨丝12、13在空间呈相互垂直且不相交，每层钨丝网中钨丝两端分别通过弹簧14与边框连接。

本发明中，利用钨丝编织成网的诊断靶来完成束功率密度分布实时测量的设计思想。钨丝诊断靶有如下优点：

（1）可在线测量束功率密度分布；

（2）耐高温（真空状态下可在 2600℃高温下稳定工作）；

（3）具有较高的透明度，选取一定直径的钨丝、透明度可达到90%以上；

（4）响应时间短，利用可见光CCD相机拍摄钨丝靶亮度分布，其速度远高于传统诊断靶上热电偶秒量级的响应时间；

（5）方便维护与更换。