[發明專利]電子能量閾值在線監控輻射安全聯鎖系統裝置及方法

有效

• 申請號: 201711332747.7
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN109922592B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 張未卿;史磊;丁洪利;陶凱;楊家岳;余永;李欽明;楊學明
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H05H7/02
• 分類號: H05H7/02;G01R21/133
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明公開了一種電子直線加速器中對電子能量閾值進行在線監控的輻射安全聯鎖系統裝置及方法。所述裝置包括：微波采集系統，微波幅相監控系統，快速比較電路，微波源控制系統。本發明提供了一種可以在線實時監控電子加速器中電子能量閾值并實時反饋，當電子能量超過某一閾值時，對加速器系統進行輻射安全聯鎖，從而達到輻射安全防護的效果。本發明具有閾值控制絕對，實時在線監控，對加速器運行沒有任何影響，系統反應時間快達100ns級的優點。

技術領域

本發明涉及一種基于直線加速器電子能量閾值在線監控的輻射安全聯鎖系統裝置及方法。

背景技術

隨著第四代光源技術自由電子激光技術的不斷進步和發展，高能直線電子加速器再次在歷史的舞臺上活躍了起來。對于應用于自由電子激光裝置的直線電子加速器而言，其產生的X射線及γ射線，中子等高能粒子射線與加速器中電子束的能量呈正相關的關系。為了保證減少直線電子加速器對附近環境放射性污染以及對科研人員造成的人身傷害，將直線加速器中電子束能量控制在某一個閾值之下，是一個有效的方法。

對于科研用的直線電子加速器而言，為了使電子束能量可以達到一個穩定值，因此微波源控制系統一般會工作在其線性區，即最大輸出功率70％左右的工作點上。當有工作人員誤操作或控制系統失靈以及調制器高壓瞬間變大等各種突發情況發生，會使加速器中電子束能量達到甚至超過閾值，從而產生過量的輻射，對加速器周圍環境甚至工作人員產生不必要的輻射傷害。

基于以上背景，就需要發明一種可以在不破壞加速器中電子束品質的情況下，對直線電子加速器中電子能量閾值進行實時監控的輻射安全聯鎖系統裝置及方法。當直線加速器中電子束能量一旦有可能超過某一閾值時，該系統可以在極短的時間(100ns)內停止加速器的運行，用來保護加速器周圍環境以及工作人員的輻射安全。

因此，探索一種基于直線加速器電子能量閾值在線監控的輻射安全聯鎖系統裝置及方法在自由電子激光等大型科研加速器應用領域是十分重要的。

發明內容

為了解決在不破壞電子束品質的情況下，建立監測電子直線加速器中電子能量閾值的輻射安全聯鎖系統問題，本發明提供了一種基于微波采集系統、微波幅相監控系統、快速比較電路和微波源控制系統組成的輻射安全聯鎖系統的裝置及方法。本發明原理簡單，因使用底層快速電路構建系統，因此具有反映時間超快的優點。

本發明的技術解決方案是：基于實時監測加速管內微波能量場功率幅值的大小，來監測加速器中電子能量的閾值，從而起到輻射安全聯鎖系統的作用。

電子能量閾值在線監控輻射安全聯鎖系統裝置，包括：

微波采集系統，所述微波采集系統包括定向耦合器9，所述定向耦合器9安裝在微波功率傳輸波導8與加速管的接口處、帶可調衰減器的微波傳輸線10的一端，所述帶可調衰減器的微波傳輸線10另一端連接有微波幅相監控系統1；所述微波采集系統用于對微波功率信號進行采集并衰減；

微波幅相監控系統1，所述微波幅相監控系統1將微波采集系統采集并衰減后的微波功率信號進行解調，得到加速管中微波功率的實時幅度和相位信號；

快速比較電路2，所述快速比較電路2用于將微波幅相監控系統1輸出的加速管中微波功率的實時幅度和相位信號計算成電子的能量閾值并與設定值進行比較，并且輸出一個聯鎖信號12；

微波源控制系統，所述微波源控制系統包括微波源3和帶控制器的微波功率開關4，所述微波源3由加速器聯鎖信號13控制，可以生成穩定的微波信號，所述帶控制器的微波功率開關4安裝在微波源3輸出端口，并由聯鎖信號12控制，所述帶控制器的微波功率開關4與調速器5連接。

優選的，所述微波幅相監控系統1為低電平裝置或示波器衍生裝置。

優選的，所述快速比較電路2為FPGA電路或數字比較電路或模擬比較電路。