离子源引出束流品质参数可视化分析与处理

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兰州重离子加速器由离子源、扇聚焦回旋加速器、分离扇回旋加速器、存储环、试验环以及束流运输线等主要部分组成,该装置具有加速粒子种类多,加速能量高等特点。离子源作为产生离子束的装置,其产生离子束的质量对后续设备加速粒子的效率至关重要。为了保证离子源产生高品质的束流,需要在线检测引出束流品质的参数状态信息,并将其显示在调束平台,以方便源优化调试。基于数字处理算法和控制程序,实现离子源引出束流品质参数可视化,对提高源的调试效率,保证源引出束流的品质非常关键。运维人员和实验人员在进行调束工作时,需要了解束流当前的状态信息,包括束流位置、角度、发射度、能散等,由此依据才可进一步调整源及束线各个设备加载值,以获得需要的束流,这就需要对束流相关参数信息进行检测。离子源对束流状态信息检测方法众多,而拦截式荧光靶测量是最直接有效的方法。目前,离子源对CCD相机拍到的荧光靶图像的检测方法还处于模拟图像和图片拷贝传输阶段,并未实现图像数据的数字化传输和可视化处理,也未将离子源束诊系统集成在基于实验物理与工业控制系统(EPICS)的离子源总控制系统中。在束流品质参数可视化任务中,分析与处理束流状态信息是其核心任务。论文根据实际需求对离子源束诊系统进行设计,对束诊软件系统进行了详细分析后,采用EPICS作为束诊系统的软件架构,建立了离子源低能传输线引出束流品质参数可视化系统(SCM)。SCM系统是基于EPICS分布式结构完成的,主要分为设备层、IOC层及CSS客户端层。其中,设备层主要是采集荧光靶图像并传输至IOC层;IOC层是基于Python程序开发平台完成的,是基于CA协议这一软总线进行数据的读写操作,IOC层具备荧光靶图像获取、去噪处理及分析的功能,并利用Pcaspy完成图像参数信息的record类型数据的创建,最后Py Epics利用CA服务器函数完成PV过程量的发布;CSS客户端层利用CA客户端函数捕获局域网中的PV过程量,并实现荧光靶图像剖面参数可视化功能。整套SCM系统通过在LECR3 LEBT载束运行测试,测试结果表明系统运行稳定、可靠,束流剖面参数计算准确、快捷,人机交互界面友好,提高了离子源前端束流调试效率。
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