1是傳統(tǒng)熒光屏束截面檢測系統(tǒng)圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明的工作原理和光路示意圖；其中，1為熒光材料涂層，2為球面反射 鏡，3為通光孔，4為硅窗，5為平面反射鏡，6為透鏡組，7為抗輻照光纖，8為光纖中繼器，9 為相機(jī)系統(tǒng)，10為本地PC機(jī)；
[0020] 圖3是用于說明本系統(tǒng)相對位置的坐標(biāo)示意圖；
[0021] 圖4是熒光材料的主要激發(fā)譜圖；
[0022] 圖5是成像透鏡組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖；其中，61為雙凸透鏡，62為彎月透鏡，63為鏡 筒，64為柱透鏡，65為雙凸透鏡，66為光纖接口；
[0023] 圖6是光纖中繼器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。其中，81為鏡筒，82為濾光片，83為平凸透鏡， 84為彎月透鏡，85為雙膠合透鏡，86為光纖接口。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本發(fā)明在研制過程中包括樣機(jī)和正式系統(tǒng)兩套，樣機(jī)系統(tǒng)用于原理和光路調(diào)試方 法研宄，正式系統(tǒng)用于打靶束流的診斷。結(jié)合樣機(jī)、正式系統(tǒng)的功能和附圖，對系統(tǒng)的實(shí)施 步驟做具體說明如下：
[0025] 靶體前窗與質(zhì)子束窗之間的質(zhì)子束通道長1987mm，通道上方為厚重的鋼筋+水 泥屏蔽塊。距離質(zhì)子束窗中心1045mm左右的高度上有一個(gè)屏蔽塊間隙，該間隙空間高約 220mm，水平面內(nèi)為半徑約338mm的圓形區(qū)域，主要用于布置靶站的各類管道。間隙空間向 上繼續(xù)是厚重的鋼筋+水泥屏蔽塊，以及預(yù)埋的管道。根據(jù)靶站的這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對本發(fā)明 的硬件設(shè)備做如下位置、尺寸等設(shè)計(jì)和加工：
[0026] 本發(fā)明的系統(tǒng)如附圖2所示，一定厚度、一定濃度摻雜的Cr =Al2O3(或其他類型） 熒光材料均勻噴涂在靶體前窗（本發(fā)明中發(fā)光材料厚為〇.25mm，Cr :A1203摻雜比例為 1. 5% )，根據(jù)入射束流的設(shè)計(jì)尺寸，熒光材料涂層1的最小噴涂面積為160mmX60mm。高功 率質(zhì)子束入射靶體設(shè)備打靶，在靶體前窗上的材料涂層1中沉積能量，材料1中的發(fā)光中心 受激發(fā)生能級躍迀，發(fā)出熒光。發(fā)光強(qiáng)度分布與入射束流的橫向分布相關(guān)，這是束流截面參 數(shù)成像探測的基礎(chǔ)。Cr =Al2O3熒光材料1激發(fā)光譜分布如圖4中所示，主要為694nm波段， 該值設(shè)定為系統(tǒng)的中心工作波段，帶寬20nm。
[0027] 參考附圖3的系統(tǒng)坐標(biāo)示意，以熒光材料靶面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，在與束流入射相 反的方向上，水平距離靶體前端面1987mm位置處為第一面金屬球面反射鏡2(y軸坐標(biāo) 為-1987mm)，反射鏡2的中心點(diǎn)在豎直平面內(nèi)水平方向偏移質(zhì)子束流中心93mm(x軸坐標(biāo) 為-93mm)、豎直方向偏移束流中心線40mm(z軸坐標(biāo)為40mm)。球面反射鏡2通過螺母固定 在質(zhì)子束窗上，可以實(shí)現(xiàn)水平方向的位置微調(diào)和鏡面俯仰角度的調(diào)節(jié)。為保證在高輻照條 件下穩(wěn)定工作，反射鏡表面不做鍍膜處理，采用鉬金屬加工而成，也可以考慮采用鋁金屬。
[0028] 反射鏡2將材料涂層1發(fā)出的熒光離軸反射進(jìn)入通光孔3,光線透射過通光孔3頂 部的熔融石英硅窗4,到達(dá)質(zhì)子束窗上部屏蔽塊間隙。其中，通光孔直徑25mm，長約lm。熔 融石英硅窗4厚8mm，能承受最大工作壓差latm。考慮上部屏蔽塊間隙的空間受限，系統(tǒng)采 用了金屬平面反射鏡5將出射的光線水平反射到透鏡組6進(jìn)行聚焦成像，像斑尺寸約Imm ; 平面反射鏡5可以進(jìn)行角度的微調(diào)。透鏡組6會(huì)聚光線所成的像投射到鏡筒后端的光纖端 面上，耦合進(jìn)入光纖傳像束7,經(jīng)光纖7傳輸?shù)侥┒溯椛浒踩珔^(qū)域，光纖中繼器8將像斑耦合 進(jìn)入工業(yè)相機(jī)9中。
[0029] 其中，成像透鏡組6的結(jié)構(gòu)如附圖5所示，由雙凸透鏡61、彎月透鏡62、柱透鏡64、 雙凸透鏡65組成，封裝在鋁制的鏡筒63內(nèi)。柱透鏡64可以進(jìn)行角度的微調(diào)，表面未鍍增 透膜，鏡筒63通過螺紋接口固定在平面反射鏡5的鏡座上。光纖7采用日本滕倉公司生產(chǎn) 的FIGR-20標(biāo)準(zhǔn)抗輻照系列，長度約15m，一端位于高輻射區(qū)的屏蔽塊間隙，一端位于輻射 安全區(qū)域。
[0030] 光纖7與成像透鏡組6的接口根據(jù)SMA905和光纖端口尺寸設(shè)計(jì)加工，光纖另一端 接口中繼器8依次由濾光片82、平凸透鏡83、彎月透鏡84、雙膠合透鏡85組成，表面鍍增 透膜，濾光片82 -端直接與工業(yè)相機(jī)9相連。濾光片82的使用，有效的消除了系統(tǒng)光學(xué)色 差，一定程度上改進(jìn)了系統(tǒng)的成像質(zhì)量。
[0031] 光纖前端成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：
[0032] 工作波長：684nm ?704nm
[0033] 物面尺寸：160mm X 60mm
[0034] 物距：1987mm
[0035] 像高：1mm左右
[0036] 各鏡面的曲率半徑等面形參數(shù)均根據(jù)以上描述的光路尺寸和要求利用zemax軟 件設(shè)計(jì)，經(jīng)制圖和加工后得到系統(tǒng)實(shí)物，鏡面的主要參數(shù)如下（單位:
[0037]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種加速器粒子束流截面實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)，其特征在于，包括一光學(xué)成像系統(tǒng)和一圖 像數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，在靶體前窗設(shè)有一熒光材料涂層；所述光學(xué)成像系統(tǒng)包括位于輻射 區(qū)的離軸反射鏡（2)、通光孔（3)、硅窗（4)、反射鏡（5)、聚焦成像透鏡組（6)，其中，離軸反 射鏡（2)用于將熒光材料涂層發(fā)出的熒光離軸反射進(jìn)入通光孔（3)，通光孔（3)的出光端與 硅窗（4)密封連接，反射鏡（5)將硅窗（4)出射的光線反射到聚焦成像透鏡組（6);所述聚 焦成像透鏡組（6)將光線耦合輸出到位于輻射區(qū)外的所述圖像數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述聚焦成像透鏡組（6)通過一光纖連接器 與一防輻照光纖傳像束（7)連接，該防輻照光纖傳像束（7)另一端與位于輻射區(qū)外的一光 纖中繼器（8)連接，該光纖中繼器（8)將光線耦合到所述圖像數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述聚焦成像透鏡組（6)包括依次排列的雙 凸透鏡（61)、彎月透鏡（62)、柱透鏡（64)和雙凸透鏡（65)。
4. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖中繼器⑶包括依次排列的濾光片 (82)、平凸透鏡（83)、彎月透鏡（84)、雙膠合透鏡（85)。
5. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述離軸反射鏡（2)固定在質(zhì)子束窗上，水 平方向和鏡面俯仰角可調(diào)。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熒光材料涂層為均勻噴涂在靶體前窗 的 Cr :A1203〇
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熒光材料涂層厚為0. 25mm，Cr :A1 203摻 雜比例為1. 5%。
8. 如權(quán)利要求1?7任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反射鏡（5)為金屬平面反射 鏡；所述離軸反射鏡（2)為金屬球面反射鏡。
9. 如權(quán)利要求1?7任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述硅窗（4)位于質(zhì)子束窗上部屏 蔽塊間隙處；所述聚焦成像透鏡組（6)封裝于一金屬消光鏡筒（63)內(nèi)且固定在所述反射鏡 (5)的鏡座上。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種加速器粒子束流截面實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括一光學(xué)成像系統(tǒng)和一圖像數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，在靶體前窗設(shè)有一熒光材料涂層；光學(xué)成像系統(tǒng)包括位于輻射區(qū)的離軸反射鏡(2)、通光孔(3)、硅窗(4)、反射鏡(5)、聚焦成像透鏡組(6)，其中，離軸反射鏡(2)用于將熒光材料涂層發(fā)出的熒光離軸反射進(jìn)入通光孔(3)，通光孔(3)的出光端與硅窗(4)密封連接，反射鏡(5)將硅窗(4)出射的光線反射到聚焦成像透鏡組(6)；所述聚焦成像透鏡組(6)將光線耦合輸出到位于輻射區(qū)外的圖像數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。本系統(tǒng)能對距離打靶位置2cm范圍的離子束流進(jìn)行在線診斷，可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測近靶區(qū)域內(nèi)打靶狀況和束流橫向截面分布。
【IPC分類】G01T1-29
【公開號】CN104597476
【申請?zhí)枴緾N201410825957
【發(fā)明人】曾智蓉, 吳麗萍, 梁天驕, 姚思一, 于全芝, 閆恒忠, 周斌
【申請人】東莞中子科學(xué)中心
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月25日