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论文题目：惯性约束核聚变（ICF）

论文编号： lw200708171150255208

编辑： li

论文属性：博士毕业论文

论文国籍：

论文语言：中文

登出日期： 2007-08-17

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惯性约束核聚变（ICF）
摘要

光电导探测器是用于惯性约束核聚变（ICF）实验中X射线能量测量的一类性能优良的探测器。但是由于它的暗电流较大，在同步辐射软X光源上进行灵敏度标定的时候，如果象标定X射线二极管（XRD）那样用电流计测量直流电流，信噪比会很差。国外有关文献中都是用高频高灵敏度的信号平均示波器记录波形并积分，这对示波器的要求很高，价格昂贵。我们针对同步辐射光源有很窄的时间脉冲结构和稳定周期的特点，提出用门控积分方法测量探测器输出信号在一个周期内的电荷量。具体的说，就是仅在几纳秒内让探测器输出信号的窄脉冲通过并对其积分，从而把绝大部分噪声排除在门外，对一个周期内探测器输出的各个脉冲积分，就能求得总电荷量。
本文以IIa型金刚石探测器为例进行了门控积分方法研究：介绍了探测器原理和在同步辐射光源上常用的灵敏度标定方法；结合北京电子对撞机（BEPC）的运行特点和北京同步辐射装置（BSRF）上3W1B软X光束线的实验条件，讨论了在BEPC几种运行模式下探测器输出信号的特点和信噪比，以及对测量系统灵敏度的要求；研制了一个包括宽带放大器、门控积分器和可程控延时器的门控积分测量系统；最后通过BSRF上的灵敏度标定实验，检验了门控积分测量系统的性能，指出了需要解决的问题，并提出了关于下一步实验的设想。
BEPC有兼用和专用两种运行模式，后者又可以有单束团和多束团两种储存环运行状态。我们根据软X光站提供的数据和实际观察结果推算，在常用的专用模式多束团运行时，如果以1keV能量处1%BW的单色光入射，金刚石探测器输出信号以500ps的半高宽计算，幅度应有2 V的量级；专用模式单束团运行时能达到最高的光脉冲峰值功率，可能比多束团大一个数量级。由此看来，由1nA暗电流产生的噪声并不重要，关键是怎样把高频小信号放大，同时抑制测量系统自身的等效输入噪声，从而使测量系统的灵敏度提高。

我们设计了一个基于集成微波放大器的电路来放大探测器输出信号。这种集成微波放大器的输入输出都是50 匹配，增益固定在20dB左右，稳定性很好。我们设计的两片级连的电路实测放大倍数85.6倍，带宽466MHz，对底宽2.2ns的输入信号输入输出的积分非线性小于0.5%。
我们采用的抑制噪声的方法是：利用同步辐射光稳定的周期和很高的重复频率，反复多次的对同一个脉冲开门积分，并对数据累加平均，根据原理，累加平均N次后噪声可以降低为原来的。为了能对任意一个脉冲在准确的位置开门积分，需要一个在整个周期（800ns）内可以移动的门控积分触发信号，它应该与光脉冲有相同频率（储存环基频），或是它的分频，有很小的晃动，而且能程控调节。
储存环基频信号一般可以用stripline探测器在储存环内感应出来，BEPC高能物理实验中的触发信号T0就是这样产生的。我们直接利用了T0的一个NIM输出作为门控积分触发定时的起点，设计了一个同步时钟计数和可编程精密延时器件相结合的程控延时模块，对其延时后作门控积分器的触发信号。延时范围达到1000ns，晃动好于60ps，稳定温漂小于200ps/半小时，调节步长20ps。
对原来用于ICF实验的门控积分器作了改进，将工作频率提高到625kHz，能够用于金刚石探测器灵敏度标定。提高了开门脉冲产生电路的工作频率；调整积分和滤波成形电路参数，使滤波成形后的脉冲宽度小于1.6 ；考虑测试系统动态范围和工作频率两方面的要求，选择了12位分辨率800ns转换时间的A/D变换器；增加了存储器和逻辑控制电路，能够缓存32k的数据。
在BSRF上专用模无忧论文【http://www.uklunwen.com】式多束团运行时进行了实验，检验了门控积分测量系统的性能。用通过Mg滤光片的光照射金刚石探测器，与没有光照的时候相比，门控积分测量系统的输出值增加了17.3个码，信噪比5~6倍。根据实验结果，我们认为最好能够在专用模式单束团的条件下进行金刚石探测器灵敏度绝对标定，以便进一步提高信噪比。
由放大器、门控积分模块和可程控延时器组成的门控积分测量系统，灵敏度为，积分非线性2.48%。
本论文工作的特色在于：
（1）首次把门控积分方法运用到光电导探测器的灵敏度标定中，代替价格昂贵的示波器，克服直流法测量时信号电流和暗电流不能分开的缺点。
（2）发展了一套可以在同步辐射软X光站进行精密定时测量的方法，这种方法不仅能用于光电导探测器的门控积分方法标定，也可以应用在其它需要定时测量的场合，如调幅相机的动态标定。
（3）利用大数据量（N>32k）累加平均的方法，有效提高了信噪比，测量系统的灵敏度达到，这已经超过了用示波器记录波形积分的方法所能达到的水平。

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