CSNS引出脉冲电源控制系统设计

基于EPICS框架设计开发的CSNS引出KICKER脉冲电源控制系统,采用ZTEC数字化示波器对脉冲电源输出信号进行实时采集,通过运行在上位计算机的EPICS soft IOC实现对电源远程开/关操作和基准电压设定。性能测试的结果表明,该系统能够满足物理设计对引出KICKER脉冲电源的控制要求。     

基于嵌入式IOC的CSNS真空控制系统样机研制

在EPICS软件框架下搭建了一套中国散裂中子源(CSNS)真空控制系统样机.使用MOXA嵌入式工控机运行嵌入式Linux系统,并建立相应的EPICS系统,实现EPICS与真空设备(真空计和离子泵电源控制器)的接口.真空连锁保护系统则用横河PLC实现,并在该PLC的嵌入式Linux控制器模块上建立EPICS系统,使PLC中的数据直接纳入EPICS系统中.通过测试表明,该样机实时性较高且稳定可靠.     

CSNS多物理谱仪T0信号监测系统设计与实现

质子打靶时刻T0作为中国散裂中子源(Chinese Spallation Neutron Source,CSNS)多物理谱仪的初始触发信号,其高准确性和高稳定性是谱仪高效运行的前提和基础。在实验物理和工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)平台上开发了一套CSNS多物理谱仪T0信号触发监测系统。T0信号接入T0扇出器标记高精度时间戳,采用高吞吐量的分布式发布订阅消息系统Kafka来实现大数据流量的削峰和异步通信。监测数据作为过程变量(Process Variable,PV)上传EPICS,利用Open-Falcon监控系统和可视化工具Grafana实现对数据的监测与可视化。该系统可以对T0信号的频率和T0在扇出与传输过程中的时间延迟进行实时监测,从而保证CSNS多物理谱仪的正常运行。     

基于千兆以太网的CSNS RCS射频分布式控制系统架构

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)快循环同步加速器的射频系统的远程控制系统采用基于千兆以太网的分布式体系结构,其软件架构使用国际加速器界广泛使用的开源软件工具EPICS(Experimental and Industrial Control System)进行开发。系统主要由CPCI低电平控制器、高功率四极管放大器和偏流源机器状态监控网络、联锁保护系统、中控中转服务器和人机交互界面组成。论文主要介绍了该系统的基本功能和拓扑结构,以及各个组成部分软硬件的设计和实现。     

CSNS真空控制设备监测与信息管理系统的研制

中国散裂中子源(CSNS)真空控制系统采用横河PLC和MOXA嵌入式串口设备实现真空阀门的开关和真空度的采集及相关联锁保护。本文使用CSS建立了CSNS真空控制设备及真空状态实时监测的操作员界面（OPI）。在此基础上,通过开发CSS插件,连接控制线缆数据库,实现了被控信号与被控设备及线缆的在线关联查询功能,通过被控信号即可确定设备位置和连接的线缆,方便日后的维护运行。     

基于EPICS的CSNS主剥离膜控制系统研究

现代大型实验物理和加速器装置中,EPICS这一控制系统组态软件工具集被越来越广泛的采用。主剥离膜是中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)的重要精密机械自动化设备,采用横河PLC系统搭建本地控制系统,实现主剥离膜的换膜运动及位置调整功能。文介绍了基于EPICS的CSNS主剥离膜控制系统的研究工作,EPICS系统通过网络与横河PLC系统以基于消息的方式共享数据,进而实现对主剥离膜装置的远程运动控制。     

CSNS/RCS中主要阻抗元件的仿真计算研究

中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）是强流质子加速器,对环中真空元件的阻抗研究是判断束流能否稳定运行的重要依据。通过正确估算环中元件阻抗,可及时对元件的阻抗进行有效控制和防止束流不稳定性发生,从而减小束流损失。本文利用CST电磁场仿真软件给出了RCS环中高频腔及准直器的耦合阻抗,并探讨了bus-bar结构对高频腔本身及束流稳定的影响,发现需重新设计bus-bar结构使腔固有频率大于10 MHz才能彻底解决因共振可能引起的丢束。此外,计算表明,主准直器屏蔽有利于减小耦合阻抗及损失功率,在安装代价较小的情况下需对主准直器进行屏蔽。     

中国散裂中子源快循环同步加速器注入系统水平涂抹凸轨磁铁样机的设计

阐述了中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）注入系统水平涂抹凸轨磁铁样机的设计。为满足设计要求和空间位置关系的需要,提出一种不对称窗框型铁芯结构,同时针对样机研制中存在的技术难题提出相应的解决方案。磁场模拟计算和试验的结果表明,该结构设计合理。     

中国散裂中子源快循环同步加速器射频系统的设计与研制进展

研制了大功率宽带快速扫频射频系统,其用于中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）中,主要包括铁氧体加载谐振腔、射频功率源、偏流源和低电平控制系统。射频系统工作重复频率为25 Hz,扫频范围为1.022～2.444 MHz,单个腔体（双加速间隙）可提供最大30 kV加速电压。两级的调谐控制能解决快速扫频过程中的系统失谐问题,采用束流前馈、直接反馈等多种技术手段可对束流负载效应进行补偿。     

CSNS小角散射谱仪数据获取软件设计

为满足中国散裂中子源小角散射谱仪数据获取的需求,本文在Linux系统下采用C++及Qt、MySQL等开源技术研制了小角散射谱仪的数据获取系统软件。该软件实现了电子学配置、运行控制、数据网络读出、在线数据处理和存储、运行状态监测和错误报警等数据获取软件基本功能,以及用户操作界面、在线数据库和电荷通道波形重建等附加功能。本文介绍该软件的设计与实现,包括硬件架构与软件部署,并给出了性能及稳定性的测试结果。     

中国散裂中子源靶体研制

中国散裂中子源(CSNS)靶体选用钨为靶材、钽为包覆层,采用包套法结合热等静压扩散焊工艺制备了钽包覆钨靶片。经检测,钨钽界面结合良好,钽层与钨基体平均结合强度大于64.07 MPa。靶体将钨靶片分成厚度不等的11片,散热采用一进一出的并行流结构,利用CFD软件进行了模拟计算,钨靶片间冷却流道间隙为1.2 mm,100 kW满功率运行情况下靶体最高温度为182.3 ℃,冷却水温升为7.1 ℃。经过半年多的试运行,CSNS靶体各参数满足CSNS的要求。     

中国散裂中子源反角白光中子束斑测量

中国散裂中子源（CSNS）反角白光中子（Back-n）束斑品质是核数据测量和其他物理实验的基础。利用像增器脉冲选通特性和飞行时间法搭建了一套具有时间分辨能力的成像系统,其空间分辨小于1 mm,初步实现了束斑轮廓、尺寸和非均匀性等特性参数的测量和定量分析。在距散裂靶约55、75 m处测得束斑FWHM分别为55、63 mm,对应峰值强度约75%处束斑直径分别为50、60 mm,且束斑边缘陡峭,呈台阶状。分析表明,束斑轮廓、尺寸和非均匀性等特性参数均与中子能量无关,在束斑中心区域80%范围内非均匀性小于10%。测量结果表明,CSNS反角白光中子源物理终端具有较好的中子束斑品质,可开展较高精度的核数据测量。     

中国散裂中子源反角白光中子源准直器的设计与测试

为获得核数据测量所需的束斑形状及较低的实验本底,反角白光中子源需通过准直器对束流进行刮束准直。以中子开关为例,根据相关要求确定了整体的设计方案。通过将挡块一分为二的设计,解决了小直径深孔加工的难题。利用有限元分析软件,优化了真空盒的外形结构及密封方式。针对挡块的工作环境,搭建了可用于真空的高精度耐辐射移动平台。经测试,中子开关的主要技术指标均满足要求,说明设计合理。     

用于CSNS反角白光中子能谱及注量率测量的快裂变室

即将建成的中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)反角白光中子束线可为核数据测量提供高注量率的脉冲白光中子束流,填补我国核数据测量用白光中子源的空白,提高我国核数据测量水平,满足核能、核技术及基础核物理研究对核数据的需求。该束线建成后,其中子能谱及注量率的精确测量将是开展其它物理实验的基础,快裂变电离室因其独特优点被选为中子能谱和注量率测量探测器。通过实验研究了快裂变电离室的粒子分辨性能、时间分辨性能;确定阴、阳极的合理间距为10 mm,据此测得电离室的时间分辨约15 ns;利用235U样品量计算的探测效率与利用伴随粒子法给出的探测效率在不确定度范围内符合,因此可以标定快裂变室的探测效率。通过这些工作,完成了满足反角白光中子束能谱及注量率测量需求的快裂变室的物理设计。     

中国散裂中子源强流质子加速器设计、研制及调试运行

中国散裂中子源（CSNS）是基于强流质子加速器的大科学装置,通过高功率质子束流轰击重金属靶产生高通量中子用于开展中子散射研究,CSNS是世界上第四台、发展中国家第一台脉冲型散裂中子源。CSNS包括高功率强流质子加速器、中子靶站和中子谱仪以及相应的配套设施等。加速器由80 MeV负氢直线加速器、1.6 GeV快循环同步加速器及相应的束流输运线组成。CSNS加速器是我国第一台中高能强流高功率质子加速器,本文将介绍CSNS加速器的设计、关键技术、设备研制以及束流调试过程和其中关键问题。     

用于CSNS反角白光中子源的双屏栅电离室设计及性能研究

为测量中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source, CSNS）反角白光中子源150 keV以下能区飞行时间法中子能谱,研制基于¹⁰B(n, α)⁷Li和⁶Li(n, t)α核反应的双屏栅电离室,采用薄窗和薄底衬的结构设计。通过Garfield++、SRIM和Simcenter Magnet Electric程序对屏栅电离室的工作气体、极间距和电场分布等工作参数进行模拟设计,并采用α源及CF₄、P10、90%Ar-10%CO₂三种气体对电离室进行性能参数测试。结果表明,选定电子漂移速度快、扩散系数小,以及阻止本领大的CF4作为CSNS/Back-n束上测试工作气体,阴极-栅极和栅极-阳极间距分别为20 mm和5 mm。屏栅电离室收集区74 mm范围内是电场均匀区,场强的相对偏差≤0.03%;性能测试结果表明,工作气体为CF₄时,电离室对²³⁹Pu/²⁴¹Am/²⁴⁴Cm混合α面源具有很好的能量分辨,最佳能量分辨率为2.4%@5.48 MeV。对比平板型电离室和硅微条探测器的测量结果,验证了本工作研制的屏栅型电离室的能量分辨优势。