Fejlesztési projektek

 


A Ciklotron Laboratórium munkatársai a gyorsító üzemeltetésén túlmenően nagy erőfeszítéseket tesznek a ciklotron különböző alrendszereinek folyamatos továbbfejlesztéséért, a műszaki színvonal emelése, ezáltal pedig a hatékonyság és megbízhatóság növelése érdekében. Több átfogó, nagy felújítási programot hajtottunk már végre, ezek sikerességét az üzemelési statisztikák adatai egyértelműen bizonyítják.

A 90-es évek végén a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség anyagi támogatásával, de teljes egészében a csoporton belül rendelkezésre álló emberi erőforrások felhasználásával modernizáltuk a ciklotron vákuum- és vezérlő rendszerét. Ezeket a projekteket az üzemeléssel párhuzamosan, a felhasználók szempontjából nyalábidő kiesése nélkül hajtottuk végre.

 

Kutatási/fejlesztési tevékenységünk elsősorban az alábbi területekre irányul:

Nyalábdinamikai vizsgálatok:

  • Centrális tartomány (első néhány fordulat) nyalábdinamikai sajátosságainak vizsgálata a ciklotron mért mágneses és számított elektromos terében.

  • Az ún. harmadik harmónikus üzemmód jellemzőinek vizsgálata és javítási lehetőségeinek kutatása.

Az elvégzett vizsgálatok eredményeként új centrális geometriát terveztünk és építettünk be az MGC-20 ciklotronba. Az új geometria nagyobb nyalábáramot és stabilabb működést biztosít harmadik harmónikus üzemben, mint a gyorsító eredeti elektródája.

Nyalábdiagnosztikai fejlesztések:

  • Nyalábintenzitás eloszlás mérő rendszer. Olyan egyszerű és megbízható konstrukciójú nyalábprofil monitort fejlesztettünk ki, amely gyorsan képes a felgyorsított részecskenyalábok mindkét síkbeli (vízszintes és függőleges) intenzitás eloszlásának pontos mérésére és számítógépes jelfeldolgozás után azok vizuális megjelenítésére.

  • Nyalábenergia abszolút meghatározása a részecskecsomagok közötti távolság mérésével. Egy új módszer kidolgozásával lehetővé tettük a ciklotron nyaláb energiájának a repülési idő (TOF) módszeréhez hasonló pontosságú megmérését az ott alkalmazottnál lényegesen rövidebb bázistávolságon. Az új mérési módszer alkalmazásával teljesen automatizált mérőrendszert építettünk ki a nyalábenergia gyors meghatározására.

  • Nem-destruktív (roncsolásmentes) nyalábhelyzet monitor rendszer fejlesztése. Kapacitív elven működő nyalábhelyzet érzékelő jelének feldolgozása és megjelenítése, továbbá a nyaláb helyzetének stabilizálása a monitorok által mért pozícióértékek alapján, aktív visszacsatolással.

  • Nem-destruktív nyalábintenzitás mérő eszköz kifejlesztése. Kapacitív szonda és gyors digitalizáló hardver alkalmazásával kidolgoztunk egy eljárást a nyalábáram felfogás nélküli mérésére. Kifejlesztettünk egy gyors jelfeldolgozó algoritmust, amely a szonda digitalizált jeléből valós idejű időtartománybeli feldolgozással képes a nyaláb intenzitásával arányos mennyiség előállítására. Ez a mennyiség kalibrálás után használható a nyaláb áramának meghatározására.

Elektronikai fejlesztések (vezérlőrendszer, tápegységek):

  • Digitális NMR-jelfeldolgozó egység kifejlesztése az analizáló mágnes terének stabilizálásához. A magfizikai kísérletekhez szükséges pontosságú energiamérés illetve a ciklotronból kivont nyaláb energiaszórásának csökkentése csak az analizáló mágnes segítségével lehetséges. Ehhez a nyaláboptika által elérhető minimális 5*10-4 értékű energiaszórásnál legalább egy nagyságrenddel kisebb bizonytalanságú mágneses tér szükséges, amit csak a nagyon érzékeny magmágneses rezonancia (NMR) alkalmazásával és a tápegység aktív szabályozásával lehet biztosítani. Az elavult analóg elektronika helyére egy digitális jelfeldolgozó hardvert építettünk, amely a hozzátartozó szoftveres algoritmusokkal képes az NMR rezonanciajelek valós idejű detektálására és a mágnes tápegységének megfelelő vezérlésére. A korábbi, teljesen kézi vezérlésű rendszerrel szemben a digitális NMR egység önállóan is be tudja állítani a kívánt nyalábenergiához szükséges gerjesztőáramot, az operátorok feladatát így a rendszer felügyeletére egyszerűsítette.

  • A ciklotron és a nyalábcsatornák állapotának vizuális megjelenítése. A gyorsító felújított vezérlőrendszere a folyamatszabályozási szinten hálózatba kötött PLC-ket alkalmaz, az operátori megjelenítés és vezérlés pedig Windows alapú PC-kel történik. A gyorsító és összetevői aktuális állapotának vizuális ábrázolása nagy segítséget jelent az üzemeltetésben. Az összetevők állapota elsősorban a PLC-kben áll rendelkezésre, onnan beolvashatóak a fő vezérlőprogramba. Ahhoz, hogy a rendszerállapotot folyamatosan ki tudjuk jelezni, ezeket az értékeket valamilyen programok közötti kommunikációs protokollal ki kell olvasni a vezérlőprogramból, és egy megfelelő grafikus kijelzőn ábrázolni kell őket. Kijelzőnek egy nagyméretű, 1920x1080 felbontású LCD-monitort választottunk, amelyet 90º-kal elfordítva (függőleges helyzetben) építettünk be a pult mögötti vezérlőszekrénybe.

  • Stabilizált tápegységek fejlesztése a ciklotron és a nyalábvezető rendszer számára. Mind a gyorsító (koncentrikus- és harmonikus tekercsek), mind pedig a nyalábcsatornák (kvadrupol lencsék és korrekciós mágnesek) tartalmaznak nagyszámú olyan összetevőt, amelyek viszonylag kis teljesítményű tápegységeket igényelnek. Összesen mintegy 30 ilyen tápegység van használatban, amelyek elavult eszközökkel és ma már nem korszerű konstrukcióval rendelkeznek. Elkezdtünk egy tápegység rekonstrukciós programot, melynek keretében csoportunk saját tervezésben és kivitelezésben lecseréli ezeket a kiöregedett és kevéssé megbízható részegységeket. A prototípus kifejlesztése sikeresen befejeződött, 5 db új tápegység már hónapok óta üzemi tesztek alatt áll.

  • Vezérlőrendszer- és nyalábdiagnosztikai fejlesztések EPICS alapon. Nemzetközi együttműködésben (iThemba LABS, Dél-Afrika) tanulmányozzuk a nyílt forráskódú Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) vezérlőprogram és fejlesztő környezet alkalmazhatóságát gyorsítóinknál és a meglévő nyalábdiagnosztikai vezérlő szoftverek illesztését az EPICS-hez.