[发明专利]电子能量阈值在线监控辐射安全联锁系统装置及方法

说明书

本发明公开了一种电子直线加速器中对电子能量阈值进行在线监控的辐射安全联锁系统装置及方法。所述装置包括：微波采集系统，微波幅相监控系统，快速比较电路，微波源控制系统。本发明提供了一种可以在线实时监控电子加速器中电子能量阈值并实时反馈，当电子能量超过某一阈值时，对加速器系统进行辐射安全联锁，从而达到辐射安全防护的效果。本发明具有阈值控制绝对，实时在线监控，对加速器运行没有任何影响，系统反应时间快达100ns级的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于直线加速器电子能量阈值在线监控的辐射安全联锁系统装置及方法。

背景技术

随着第四代光源技术自由电子激光技术的不断进步和发展，高能直线电子加速器再次在历史的舞台上活跃了起来。对于应用于自由电子激光装置的直线电子加速器而言，其产生的X射线及γ射线，中子等高能粒子射线与加速器中电子束的能量呈正相关的关系。为了保证减少直线电子加速器对附近环境放射性污染以及对科研人员造成的人身伤害，将直线加速器中电子束能量控制在某一个阈值之下，是一个有效的方法。

对于科研用的直线电子加速器而言，为了使电子束能量可以达到一个稳定值，因此微波源控制系统一般会工作在其线性区，即最大输出功率70％左右的工作点上。当有工作人员误操作或控制系统失灵以及调制器高压瞬间变大等各种突发情况发生，会使加速器中电子束能量达到甚至超过阈值，从而产生过量的辐射，对加速器周围环境甚至工作人员产生不必要的辐射伤害。

基于以上背景，就需要发明一种可以在不破坏加速器中电子束品质的情况下，对直线电子加速器中电子能量阈值进行实时监控的辐射安全联锁系统装置及方法。当直线加速器中电子束能量一旦有可能超过某一阈值时，该系统可以在极短的时间(100ns)内停止加速器的运行，用来保护加速器周围环境以及工作人员的辐射安全。

因此，探索一种基于直线加速器电子能量阈值在线监控的辐射安全联锁系统装置及方法在自由电子激光等大型科研加速器应用领域是十分重要的。

发明内容

为了解决在不破坏电子束品质的情况下，建立监测电子直线加速器中电子能量阈值的辐射安全联锁系统问题，本发明提供了一种基于微波采集系统、微波幅相监控系统、快速比较电路和微波源控制系统组成的辐射安全联锁系统的装置及方法。本发明原理简单，因使用底层快速电路构建系统，因此具有反映时间超快的优点。

本发明的技术解决方案是：基于实时监测加速管内微波能量场功率幅值的大小，来监测加速器中电子能量的阈值，从而起到辐射安全联锁系统的作用。

电子能量阈值在线监控辐射安全联锁系统装置，包括：

微波采集系统，所述微波采集系统包括定向耦合器9，所述定向耦合器9安装在微波功率传输波导8与加速管的接口处、带可调衰减器的微波传输线10的一端，所述带可调衰减器的微波传输线10另一端连接有微波幅相监控系统1；所述微波采集系统用于对微波功率信号进行采集并衰减；

微波幅相监控系统1，所述微波幅相监控系统1将微波采集系统采集并衰减后的微波功率信号进行解调，得到加速管中微波功率的实时幅度和相位信号；

快速比较电路2，所述快速比较电路2用于将微波幅相监控系统1输出的加速管中微波功率的实时幅度和相位信号计算成电子的能量阈值并与设定值进行比较，并且输出一个联锁信号12；

微波源控制系统，所述微波源控制系统包括微波源3和带控制器的微波功率开关4，所述微波源3由加速器联锁信号13控制，可以生成稳定的微波信号，所述带控制器的微波功率开关4安装在微波源3输出端口，并由联锁信号12控制，所述带控制器的微波功率开关4与调速器5连接。

优选的，所述微波幅相监控系统1为低电平装置或示波器衍生装置。

优选的，所述快速比较电路2为FPGA电路或数字比较电路或模拟比较电路。