聚變堆氚分壓直接測量BIXS軟體開發及其應用

2022-10-09 10:06:05 字數 2120 閱讀 3270

從氚的安全和經濟角度來看,大型熱核聚變反應堆如iter和未來的聚變設施都必不可少地需要大量的高濃度氚測量手段。matsuyama等人最近研發了bixs能譜法可以對含氚氣體的氚分壓進行測量。這個技術是基於乙個專門設計的小室裡含氚氣體放出的β射線與材料作用產生的x射線進行探測。

通過探測氚衰變β射線與材料相互作用產生的韌致x射線,可分析材料中氚的深度分布或氣體中氚分壓。此方法一定程度上可較好彌補其它氚濃度測量方法(如電離室,雷射拉曼光譜儀,質譜儀等)的缺陷,因此,日本jaeri與德國fzk都將bixs氚分壓測量技術列為聚變堆氘氚燃料迴圈體系中的一項重要測氚手段。

1 bixs氚分壓上位機應用軟體系統結構

在需求分析的基礎上將軟體主要分為氚分壓測量儀驅動程式層、bixs氚分壓應用程式層和物件導向介面程式層。氚分壓測量儀驅動程式層將實現對測量儀的控制與通訊,考慮到usb匯流排具有資料傳輸率高、支援即插即用、使用方便等特點,bixs氚分壓軟體選擇了基於usb的儀器控制與通訊方法。bixs氚分壓應用程式層建立在儀器驅動程式層之上,提供資料的採集、數值的計算和訪問等操作功能。

物件導向介面程式層直接面對操作者,提供友好的操作介面選擇所需功能及設定引數。

2 bixs氚分壓的儀器驅動和通訊函式

3 bixs氚分壓上位機應用軟體系統功能模組設計

3.1 主控模組

bixs氚分壓上位機應用軟體系統功能模組設計思路如圖1所示。主控模組主要包括兩部分,選單響應程式和資料採集主程式。操作者介面採用方便靈活的事件結構(event structure)來設計和實現,即等待事件發生,然後按照指定事件的程式**對事件進行響應,此後再回到等待事件狀態,避免了輪詢(polling)方法對一定的cpu資源的占用(在沒有事件發生時)。

3.2 檔案模組

檔案模組中包括對採集並計算得到的壓強資料的一系列操作,功能包括:

(1)資料的預設儲存和另存;

(2)讀取並顯示已儲存的資料;

(3)列印主控介面。

為了方便操作者對採集得到的壓強資料進行各種資料處理與操作,本軟體將壓強資料儲存為excel電子**格式,當重新開啟已儲存的壓強資料檔案後,主控介面中將會自動還原壓強影象。

操作者還可根據需要,對主控介面進行列印,尤其是可直接列印出當前實驗的時間-壓強影象結果。

3.3 設定模組

在採集開始之前,需要對下位機的儀器進行通訊和控制,設定模組中提供了對應的功能項。

在通訊口的設定中,使用者可以選擇採集儀器所對應的裝置資源名稱,同時可通過對選擇的裝置進行確定操作來判斷該裝置是否連線成功,即檢查通訊狀態是否正常,如果裝置連線成功,軟體將提示設定成功,反之,提示失敗,檢查裝置連線狀態後重試。

為了實現對下位機儀器的控制和操作,本軟體提供了引數設定對話方塊供使用者來改變所選擇的下位機儀器的高壓、增益以及需要的取樣時間,軟體同時對引數值進行了預設設定,也就是說,使用者可不需要改變引數值直接開始採集資料,其中高壓的預設值為700v,增益預設值為1倍。   3.4 壓強計算模組

bix-tp氚分壓通過usb介面按照一定的通訊協議,將得到的多組十六進製制資料轉換為一組計數值,再按照公式推導,計算出其對應的壓強值。

為了實現實驗過程中的自動化,減少操作者的工作量,新增了計算壓強平均值功能,該功能通過elapsed time子vi,可以實現自動計算1、3、5、10、15、20、30分鐘內的壓強平均值,避免了操作者從excel中提取一定時間內的壓強值,再計算平均值的繁複操作。

3.5 動態顯示模組

操作者在實驗過程中發現,會出現本底值較高的情況,此時本底和真正的訊號值混合在一起,影響計數值和最終壓力值的準確性和穩定性,所以在主控介面上新增了扣除本底輸入框,操作者可根據當前實驗環境和實驗條件下的本底值,自行輸入當前值,那麼,影象顯示和當前資料值顯示會自動扣除掉該本底值,以還原最真實的當前值。

在主控介面上新增了壓強最大值輸入框,操作者可根據當前影象的實際情況,隨時修改該壓強最大值,以便更好的觀察影象所顯示的操作者最關注的區域。

4 bixs氚分壓上位機軟體的應用

如圖2是bixs氚分壓上位機軟體操作介面及100pa至10000pa純氚分壓測量實驗曲線,圖2清晰顯示了計數率隨時間的變化,通過計數率得出氚分壓測量系統中氚壓強隨時間的變化,進而計算出氚濃度隨時間變化,得到氚分壓與計數率關聯式資料庫如表1所示,可以根據曲線擬合出純氚分壓(p)與計數率之間的公式:c=c0μp=2.28p,直接用於顯示壓強隨時間的變化趨勢,最終可以應用於聚變堆氚燃料迴圈系統中含氚氣體中氚分壓的直接測量。

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