Автоматизация физических экспериментов на тритиевых комплексах исследовательских установок "Тритон", "Акулина" и "Прометей" тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

РОССИЙССКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ (РФЯЦ-ВНИИЭФ)

УДК 539.1.07; 53.08:004; 001.89:004

Курякин Алексей Валерьевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ТРИТИЕВЫХ КОМПЛЕКСАХ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ УСТАНОВОК «ТРИТОН», «АКУЛИНА» И «ПРОМЕТЕЙ»

Специальность: 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

- 2 СЕН ?ПЮ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Саров 2010

004607748

Работа выполнена в Российском Федеральном Ядерном Центре -Всероссийском научно-исследовательском институте экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ, г. Саров), в Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова и в Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований (ЛЯР и ЛЯП ОИЯИ, г. Дубна)

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Виноградов Юрий Иванович Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Даниэль Андрей Владимирович, кандидат технических наук Скрипка Георгий Михайлович

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт физики им. В.А.Фока Санкт-Петербургского государственного университета, г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится «__[_» 2010 г. в мин.

ма заседании диссертационного совета Д 720.001.06 при Лаборатории нейтронной физики им. И. М. Франка и Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова Объединенного Института Ядерных Исследований, 141980, г. Дубна Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ.

Автореферат разослан__2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат физико-математических наук Попеко Андрей Георгиевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа выполнена в ходе создания исследовательских установок « ТРИ ТОН» и «АКУЛИНА» па ускорителях в Объединенном Институте Ядерных Исследований (ОИЯИ, г. Дубна) и исследовательского комплекса «ПРОМЕТЕЙ» в Российском Федеральном Ядерном Центре - Всероссийском НИИ Экспериментальной Физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ, г. Саров).

Актуальность темы

В РФЯЦ-ВНИИЭФ интенсивно развивается тематика, связанная с изучением взаимодействия изотопов водорода (ИВ) с конструкционными материалами (КМ). Это обусловлено, в частности, потребностями развития современных направлений в энергетике - созданием ядерных реакторов нового поколения, созданием материалов и топливного цикла термоядерных реакторов, а также созданием инфраструктуры и материалов водородной энергетики.

В начале 90-х годов началось интенсивное научно-техническое сотрудничество между РФЯЦ-ВНИИЭФ и ОИЯИ в области исследований мюонного катализа (МК) ядерных реакций синтеза и исследований структуры экзотических легких ядер и ядерных систем, находящихся на границе нейтронной стабильности. В этих исследованиях для получения пучков заряженных частиц и в качестве мишеней используются изотопы водорода и их смеси.

Экспериментальные и теоретические исследования МК ведутся в Лаборатории ядерных проблем (ЛЯП) ОИЯИ с 60-х годов. Здесь было открыто и объяснено явление резонансного образования молекулы ddfl, скорость которого сильно зависит от температуры, что обуславливает необычное свойство МК -зависимость ядерной реакции синтеза ИВ от температуры, плотности и состава смеси. В 1992 г. было предсказано, что скорость резонансного образования ¿////-молекулы в тройной H/D/T смеси намного выше, чем в бинарной D/T смеси.

Для исследований МК и нахождения оптимальных условий протекания МК в H/D/T-смесях в 1995 г. в низкофоновой лаборатории фазотрона ЛЯП ОИЯИ началось создание установки ТРИТОН, предназначенной для исследования процессов МК реакций синтеза в смесях ИВ в широком диапазоне температур, давлений и концентраций. По условиям эксперимента в мишени должно находится до 10 кКи (3,7Т014 Бк) трития, а в закрытом источнике - до 100 кКи. Поэтому важной частью установки является автоматизированный радиацнопно-безопасный комплекс высокого давления для работ с тритием.

В 2000 г. в Лаборатории ядерных реакций (ЛЯР) ОИЯИ началась подготовка к экспериментам по получению и изучению нуклонно-нестабильных ядер 4Н и 5Н на установке АКУЛИНА. Для этих экспериментов требовалось обеспечить пучок ускоренных ионов трития и создать жидкую тритиевую мишень со стенками толщиной несколько микрон, в которой находится до 1 кКи (3,7Т013 Бк) трития, и систему контроля и управления для нее.

Задача создания радиационпо-безопасных тритиевых комплексов и мишеней на установках ТРИТОН и АКУЛИНА решалась в РФЯЦ-ВНИИЭФ, где накоплен большой опыт работы с изо топами водорода.

Для изучения взаимодействия изотопов водорода с конструкционными материалами в 2001 г. в РФЯЦ-ВНИИЭФ создан исследовательский комплекс низкого давления ПРОМЕТЕЙ, позволяющий безопасно работать со всеми

изотопами водорода, включая тритий. На нем с 200] г. ведутся исследования проницаемости и сверхпроницаемости ИВ через металлические мембраны, а также явлений проникновения, накопления и диффузии водорода в металлах и конструкционных материалах.

Функционирование указанных исследовательских тритиевых комплексов и проведение на них физических экспериментов без высокого уровня автоматизации невозможно. Системы автоматизации тритиевых комплексов должны обеспечивать высокую надежность управления и измерения физических и технологических параметров. Кроме того, для безопасного проведения работ на этих комплексах требуется непрерывный мониторинг объемной активности трития в газовых коммуникациях и воздушной среде рабочих помещений, оповещение персонала при возникновении опасных ситуаций, а также наличие автоматических блокировок для предотвращения аварийных ситуаций.

Все эти обстоятельства обуславливают актуальность данной работы.

Цели и задачи работы

Целью диссертационной работы являлась автоматизация физических экспериментов на установках ТРИТОН, АКУЛИНА и ПРОМЕТЕЙ, предназначенных для проведения фундаментальных и прикладных исследований с использованием изотопов водорода (в том числе трития) в ОИЯИ и РФЯЦ-ВНИИЭФ.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

1. Создана инструментальная программная среда для быстрой разработки высоконадежных распределенных автоматизированных систем контроля и управления (АСКУ) физическими экспериментами на исследовательских установках, оснащенных газовакуумными комплексами для работы с изотопами водорода, включая тритий.

2. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для систем сбора данных и управления тритиевых комплексов и мишеней установок, предназначенных для проведения экспериментов по мюониому катализу ядерных реакций (ТРИТОН) и экспериментов по изучению легких нейтронно-избыточных ядер (АКУЛИНА) на ускорителях ОИЯИ.

3. Решена задача автоматизации исследований на стенде ПРОМЕТЕИ, предназначенном для изучения взаимодействия изотопов водорода с конструкционными материалами в РФЯЦ-ВНИИЭФ, а также проводимых на нем физических измерений.

Научная новизна работы

Разработана оригинальная инструментальная программная среда (пакет CRW-DAQ), дающая качественно новые возможности для быстрой разработки высоконадежных многопоточных и многомашинных распределенных систем автоматизации физических измерений и управления для научных исследований в области тритиевых технологий. Пакет CRW-DAQ зарегистрирован в государственном реестре РФ, свидетельство № 2006612848 от 10.08.2006.

Впервые созданы системы автоматизированного управления и сбора данных для тритиевых комплексов и мишеней, обеспечивающие в условиях неспециализированных лабораторий высокий уровень радиационной безопасности

и надежности при проведении экспериментов с большими количествами трития (исследовательские установки ТРИТОН, АКУЛИНА и ПРОМЕТЕЙ).

Автоматизированный тритиевый комплекс установки ТРИТОН позволил впервые в экспериментах с D/T-смесями получить параметры цикла мюошюго катализа dt-реакции в широком диапазоне температур 20-800 К, плотное гей 0,2-1,2 LUD (плотность жидкого водорода) и концентраций трития 15-86%.

С использованием автоматизированной системы подачи изотопов водорода в ионный источник циклотрона У-400М и автоматизированного комплекса тритиевой мишени на сепараторе АКУЛИНА впервые были изучены резонансные уровни нейтронно-избыточных ядер 4Н и 5Н.

Автоматизированный стенд низкого давления ПРОМЕТЕИ позволил впервые экспериментально подтвердить явление сверхпроницаемости для трития и измерить скорость мембранной откачки трития через ниобиевые и ванадиевые мембраны при различных давлениях и температурах.

Практическая ценность работы

Разработанный инструментальный пакет CRW-DAQ использовался для разработки программного обеспечения автоматизированных тритиевых комплексов установок ТРИТОН, АКУЛИНА и ПРОМЕТЕЙ. Кроме того, с его помощью автоматизированы исследования диффузии водорода в металлах в ПИИФ СПбГУ и СПбГУТ, а также разработана система управления охлаждением и термостабилизацией спектрометра фотонов PHOS в эксперименте ALICE на Большом Адронном Коллайдере в ЦЕРН.

Автоматизированные тритиевые комплексы установок ТРИТОН и АКУЛИНА позволили провести исследования процессов мюонного катализа в смесях изотопов водорода в широком диапазоне температур, давлений и концентраций, получить нейтронно-избыточные ядра 4Н и 5Н и изучить их характеристики.

На автоматизированном стенде ПРОМЕТЕИ проведены исследования явления сверхпроницаемости изотопов водорода через металлы, а также исследования явлений накопления и пропускания трития металлами и конструкционными материалами.

Опыт, накопленный при создании автоматизированных тритиевых комплексов установок ТРИТОН, АКУЛИНА и ПРОМЕТЕЙ обобщен в ряде публикаций, и может быть использован при решении задач автоматизации других экспериментальных установок, в которых применяются изотопы водорода.

Личный вклад автора

Проанализированы требования к программному обеспечению для автоматизации тритиевых комплексов исследовательских установок и разработан программный пакет CRW-DAQ (около 140 тысяч строк кода) - инструментальная среда для разработки высоконадежного программного обеспечения для их автоматизации.

Решегг ряд методических вопросов высоконадежного сбора данных и управления узлами комплекса подготовки газовой смеси (КПГС) и мишеггей установки ТРИТОН, установки для подачи изотопов водорода в ионный источник циклотрона У-400М, комплекса жидко-тритиевой мишени установки АКУЛИНА и измерительных ячеек исследовательского стенда ПРОМЕТЕЙ.

Разработана основная часть алгоритмов сбора данных и управления для ЛСКУ тритиевых комплексов установок ТРИТОН, АКУЛИНА и ПРОМЕТЕЙ.

Автор участвовал в подготовке и проведении большинства физических экспериментов, выполненных на установках ТРИТОН и АКУЛИНА, а также в подготовке экспериментов на стенде ПРОМЕТЕЙ.

На защиту выносятся

1. Инструментальная программная среда (пакет CRW-DAQ), дающая качественно новые возможности для разработки высоконадежных, отказоустойчивых, радиационно-безопасных распределенных автоматизированных систем контроля и управления газовакуумными комплексами исследовательских установок, работающих с изотопами водорода, включая тритий.

2. Методические решения и программное обеспечение для автоматизации уникальных тритиевых мишенных комплексов на установках ТРИТОН и АКУЛИНА, созданных для изучения мюонного катализа ядерных реакций синтеза в смесях изотопов водорода и для изучения нейтронно-избыточных легких ядер, образующихся при взаимодействии пучка ионов трития с тритиевой мишенью, а также управления системой подачи изотопов водорода в ионный источник циклотрона для получения тритиевого пучка.

3. Система автоматизации управления, технологических и физических измерений на установке низкого давления ПРОМЕТЕЙ, предназначенной для изучения явлений сверхпроницаемости изотопов водорода, а также накопления и пропускания трития металлами и конструкционными материалами.

Апробация работы

Материалы, представленные в диссертации, докладывались на семинарах во ВНИИЭФ (г. Саров), ОИЯИ (г. Дубна); на 1, 2 и 3 международных семинарах "Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами (IHISM)", Саров'2001, Саров'2004, Санкт-Петербург'2007; международном Уральском семинаре "Радиационная физика металлов и сплавов", Снежинск'2003; на 1 и 7 международных конференцях "Мюонный катализ и связанные экзотические атомы. (jCF-01, |íCF-07 ", Япония, Шимода'2001, Дубна'2007; международной конференции по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, Саров'2001; международных симпозиумах по экзотическим ядрам, Байкал'2001, Ладога'2004; международной конференции по тритиевой науке и технологиям, Германия, Баден-Баден'2004.

Публикации

Материалы, вошедшие в диссертацию, опубликованы в 20 печатных работах, в том числе 16 в реферируемых журналах: ВАНТ - 4, ЖЭТФ - 2, Материаловедение - 2, Приборы и техника эксперимента - 1, Известия РАН - 1, Ядерная Физика - 1, Nuclear Instruments and Methods - 2, Fusion Science and Technology - 2, Physics Letters В - 1.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и приложения. Общий объем 119 страниц. Диссертация содержит 57 рисунков, 6 таблиц и список использованных источников из 81 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели работы, изложены научная новизна и значимость, отмечена научная и практическая ценность работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена вопросам автоматизации комплекса подготовки газовой смеси (КПГС) и мишеней, созданных в РФЯЦ-ВНИИЭФ для установки ТРИТОН (ЛЯП ОИЯИ, г. Дубна), предназначенной для изучения процессов МК ядерных реакций в НЛ)/Т-смесях в диапазоне температур 2(И 800 К, давлений до 160 МПа и активности трития в свободном состоянии до 10 кКи (3,7-1014 Бк).

В начале главы дано представление о физической сущности процесса мюонного катализа [1] в смесях изотопов водорода и отмечено, что важной особенностью МК является зависимость течения ядерной реакции синтеза от макроскопических (температура Т, плотность <р, давление Р) и химических (состав 11/О/Т смеси) условий, влияющих на образование мезомолекул.

Установка ТРИТОН состоит из ядерно-физического (Рис.1,а) и тритиевого (Рис. 1,6) комплексов. Ядерно-физический комплекс создан специалистами ЛЯП ОИЯИ для регистрации частиц от реакций (1-1 синтеза и распада мюонов. Сцинтилляционные счетчики 1, 2, 3 и пропорциональный счетчик 4 регистрируют прохождение мюона в мишень. Детекторы полного поглощения N01, N02 регистрируют нейтроны, возникающие в реакции сЫ синтеза. Пропорциональный счетчик 5 и сцинтилляторы 1-е, 2-е регистрируют электроны от распада мюонов.

d+t+n=a+n+p. etc

' n

Зп

СРК

H/D/T target

Ж

КПГС

а)

б)'.

АСКУ САГС

ЖТМ

ТМВД

дмвд

Мишень

Рис.1. Ядсрно-фнзическии (а) и трпгисвый (б) комплекс установки ТРИТОН.

В задачу специалистов РФЯЦ ВНИИЭФ входило создание радиациопно-безопасного тритиевого комплекса, обеспечивающего безаварийную работу с нужными количествами трития в условиях неспециализированной лаборатории.

Тритиевый комплекс служит для подготовки смеси ИВ требуемого изотопного состава, заполнения мишени, контроля и стабилизации температуры и давления в мишени, контроля радиационной обстановки. Он включает комплекс подготовки газовой смеси (КПГС) [2], структура которого показана на Рис.2, криогенную установку и сменные мишени: жидко-тритиевую мишень (ЖТМ), тритиевую мишень высокого давления (ТМВД), дейтериевую мишень высокого давления (ДМВД). В него также входят: система анализа состава газовой смеси

(СЛГС), система радиационного контроля по тритию (СРК) [3] и автоматизированная система контроля и управления [4].

Рис.2. Структурная схема КПГС. D - точки дозиметрического контроля.

Для решения задач автоматизации тритиевых комплексов автором был создан инструментальный программный пакет С11\У-ВАС2 [5,6,7], предназначенный для разработки высоконадежных систем автоматизации газовакуумных комплексов исследовательских установок.

Программное обеспечение АСКУ в пакете С11\\М5АС) делится на два класса: базовое и прикладное (Рис.3), что облегчает техническую поддержку АСКУ и позволяет повысить надежность прикладных программ.

Рис.3. Структура программного обеспечения ЛСКУ в пакете CRW-DAQ.

Базовое ПО обеспечивает единую для всех АСКУ совмещенную графическую среду разработки и исполнения, а также единый программный интерфейс (API) и встроенные языки программирования. Его можно условно разделить на

подсистемы CRW (для наблюдения и offline обработки измеренных данных) и DAQ (для разработки, запуска и исполнения кода прикладных АСКУ).

Прикладное ПО реализует специфику конкретной АСКУ и содержит средства, индивидуальные для каждой измерительной системы. Оно состоит из файлов конфигураций, задающих параметры и структуры данных и прикладных программ, задающих алгоритмы управления на встроенных в пакет языках прикладного программирования. Таким образом, пакет CRW-DAQ является самостоятельной инструментальной средой для создания ПО АСКУ.

Для визуализации измеряемых данных в реальном времени и диалога с пользователем разработан многооконный графический интерфейс (GUI). Графическая среда пакета обеспечивает создание и редактирование файлов конфигурации АСКУ, компиляцию исходных кодов прикладных программ, отображение измеренных данных в реальном времени в виде текста, графиков, кривых и поверхностей. Окна также содержат большой набор команд для online и offline обработки полученных данных.

Для обработки измеряемых данных online (в реальном времени) и offline (в интерактивном режиме) разработаны математические библиотеки, программные интерфейсы и графически-ориентированные инструменты для математического анализа, фильтрации, сглаживания измеренных данных, их импорта/экспорта в стандартные математические пакеты (Excel, Origin и т.д.). Реализованы: подгонка моделей по МНК, сглаживающие сплайны, пороговый медианный фильтр, Фурье-анализ, непараметрические методы сглаживания, цифровые FIR фильтры.

Для создания прикладного ПО АСКУ пакет включает несколько встроенных языков высокого уровня (ЯВУ) - компилятор DAQ Pascal, интерпретатор файлов конфигураций DAQ Config, интерпретатор С-подобного языка DAQ Script. Они отличаются возможностями, решают разные задачи и взаимно дополняют друг друга. Благодаря наличию этих языков, средств редактирования и отладки пакет содержит полноценную среду разработки и исполнения для создания АСКУ.

Главным средством разработки прикладных программ АСКУ в пакете является язык DAQ Pascal (Рис.4), созданный на базе классического компилятора Pascal-S Н.Вирта. В его основе лежит несколько идей: виртуальная машина (VM), JIT (Just In Time) компиляция «на лету», ясность и безопасность языка, асинхронный режим исполнения, параллелизм, высокая отказоустойчивость.

Рис.4. Структура компонентов DAQ Pascal.

Код программы на языке DAQ Pascal (1) в момент загрузки АСКУ транслируется ЛТ-компилятором (2) в промежуточный код (P-Code) виртуальной машины (3) и выполняется интерпретатором Р-кода (4), который с помощью интерфейса CRWAPI (5) обращается к функциям ядра пакета (6), реализующим графический интерфейс с оператором (7) или драйверы (8) для аппаратуры (9).

Идея JIT-компиляции состоит в том, что компилятор не создает ЕХЕ файлов, а генерирует исполняемый Р-код прямо в памяти. Идея VM в том, что исполняемым является код абстрактной виртуальной машины, реализуемый на данной платформе VM-интерпретатором (3). Снижение скорости при введении VM оправдано повышением надежности и отказоустойчивости прикладных программ, которое обеспечивает VM-интерпретатор.

DAQ Pascal содержит большую (-500) библиотеку встроенных функций, позволяющих создавать драйверы для устройств ISA, PCI, CAN, RS-232, RS-485, точно измерять время, работать с процессами, файлами, каналами связи и т.д.

Уникальное свойство DAQ Pascal - возможность создания и отладки прикладных программ и драйверов в реальном времени, в процессе измерений. Объединенная среда разработки и исполнения пакета и многопоточный режим работы позволяют редактировать и компилировать программы в процессе измерений. Это ускоряет разработку драйверов и управляющих программ АСКУ.

Одним из достоинств пакета является хорошо развитая система для калибровки измерительных каналов. Для их описания используются файлы калибровки, хранящие исходные массивы точек калибровки. Коэффициенты полиномов вычисляются при загрузке файла, что позволяет при необходимости изменять метод аппроксимации, не производя новых калибровочных измерений.

Пакет поддерживает создание распределенных систем управления, которые строятся в виде многомашинных систем из компьютеров в сети Ethernet, либо в виде сети интеллектуальных контроллеров и модулей удаленного сбора данных на базе интерфейсов RS-232, RS-485, CAN. Для межмашинной связи используется технология DIM (Distributed Information Manager), разработанная в ЦЕРН для проведения экспериментов на ускорителях.

Автоматизированная системы измерений [4] и управления тритиевого комплекса установки ТРИТОН, структурная схема которой показана на рисунке (Рис.5), реализована в виде распределенной сети интеллектуальных модулей, связанных с управляющим компьютером по стандарту RS-232 и RS-485. В ней используется 23 измерительных устройств, включая 17 модулей серии 1-7000, 2 контроллера TPG-256, 3 интеллектуальных контроллера КРО и карту цифрового ввода-вывода D10-144. Суммарно система имеет 140 измерительных каналов (включая 101 цифровых и 39 аналоговых) и 30 каналов управления.

Все программное обеспечение для автоматизации тритиевого комплекса установки ТРИТОН создано с помощью разработанного инструментального программного пакета CRW-DAQ.

АСКУ обеспечивает технологические измерения (температур, давлений и вакуума) и управление узлами комплекса (вакуумными насосами, вентилями и клапанами), регулирование температуры источников и фильтров; измерение состава газовой смеси для наполнения мишени, измерение и поддержание параметров газовой смеси в мишени в ходе эксперимента. Она также служит для блокировки исполнительных устройств (при возникновении аварийно-опасных ситуаций), аварийного оповещения в случае радиационной опасности, ведения протокола эксперимента, визуализации состояния комплекса в реальном времени и первичной математической обработки данных.

Измерение изотопного и молекулярного состава смеси изотопов водорода осуществляется с помощью газового радиохроматографа, включающего датчик теплопроводности (катарометр) и ионизационную камеру (Рис.6).

г*

Вентили и щипаны

JL

1 I

Ш

VP, VE

i'C_l

KS-iiMlSJOU

1-7 J 88

((•Ml (ONU

Дозконтроль

ИК1 -ИК2 -

ИКЗ -

RS-Ш 11 '

На,;,е.

(DSI-BS4, M IJ)

шH

(USI-BS4, П-KÎ)

ИМИ (USI-I1S4,

1-7053 1-7043 1 1-7043 2

Вакуум

ДВ1

ДВ2

ИЛ

| Температуры и дарения \

il <H- л

t

i-7«I8_2

х

J

Рис.5. Структурная схема АСКУ подсистемы КПГС и СРК установки ТРИТОН.

РС_1- управляющий компьютер подсистемы; 1-7188- PC-совместимый микропроцессорный контроллер; DIO-I44- 144-канальный ISA-адаптер дискретного ввода/вывода; VP, VE- контролируемые вешили и электромагнитные клапаны; КРО- микропроцессорные кошроллеры радиационной обстановки; ИК-ионизациониые камеры; TPG-256- 6-канальный контроллер для вакуумных датчиков фирмы Bal/ers; ДВ-датчики вакуума фирмы Balzers; D- датчики давления САИФИР-22-Ex-M; Г1МТ- лампы типа ПМТ-4; БПМТ- блок подключения ламп ПМТ; ПТ- преобразователи термопарные; I'MII- регуляторы мощности полупроводниковые; РБ- реле блокирующие; ДДТ- датчики давления тснзометрические; 1-7018- 8-канальный модуль аналогового ввода; 1-7043- 16-канальпый модуль дискретного вывода; 1-7053- 16-каналышй модуль дискретного «вода; ДДВ- датчики давления воды.

Г1Б ~ пост баллонный; БА - блок аналитический; Б11П - блок подготовки и напуска газа; БУ - блок утилизации; РД - мало вакуумметры; Д1, Д2 -дросселирующие вешили; ФГО - фильтр грубой очистки; ФТО - фильтр тонкой очистки; ДТ11 - детектор по теплопроводности; ИК - проточная ионизационная камера; К разделительная колонка; КД - крап-дозатор штоковый; Г1Р - пробоотборник с анализируемым газом; СУ1 демпфирующая ёмкость; - жидкий азог; ДЗ - пегля пробоотборника.

Рис.6. Принципиальная схема газового радиохроматографа дли анализа состава И/О/Т смеси.

Графический программный интерфейс КПГС и интерфейс подсистемы изотопного и молекулярного анализа смеси ИВ, основанные на мнемосхемах, показаны на рисунках (Рис.7, Рис.8). В интерфейсе КПГС используются привычные для физиков-экспериментаторов условные изображения физических

устройств: клапанов, вентилей, нагревательных элементов, насосов, атомизаторов, датчиков воды, ионизационных камер и т.д.

Рис.7. Главная мнемосхема КПГС установки ТРИТОН.

D СЗ rZ~B - M» 7 Ç 02] [ В.7»|[~1.9»7Ц

!!ТЕЗ| ~ B7lW8918lH| B.MSB267]|g | B.S9| f В.6В28|

Opal 9-117287| I B.59| [Ü5T7WI |б>.1В87|

птаГЛ 7~.гШЛ*1 g?I 1273з]ВЗ I 0~.Щ{>12.76891

'Vf Яйt_ i .576«sj] БЗ1 гТГизза^и Г tt-39H~9.'mKl[li.M63|

H/D/T composition analysis done 2002 .04.21-14 23 12

S kat S ion Molecular,% Isotope,% КОЧ

Не 0 - 0.0000 0.0000 0 57

Н2 0 - 0.0000 1.2750 1 00

HD 0.4975 - 1.9471 - 0 74

HT 0.1049 0.0650 0.6028 - 0 59

D2 9.117 - 44.7547 67.1087 0 59

DT 7 .235 4.6127 42.7609 - 0 49

Т2 1.576 2.1433 9.9344 31.6163 0 39

Normalization : peak DT

Рнс.8. Внешний вид программы анализа молекулярного и изотопного состава H/D/T смеси (а) и пример файла с результатом анализа состава смеси (б).

В 1997-2004 гг. на автоматизированной установке ТРИТОН было проведено более 80 экспериментов [8] по исследованию процесса МК в D/T смесях в широком диапазоне параметров смеси — от 0.2 до 1.2 LHD по плотности (в единицах плотности жидкого водорода LHD=4,25-1022aT/cM3), от 20 до 800 К по температуре, от 15% до 86% по содержанию трития. Каждой точке диаграммы (Рис.9) соответствует 4^5 измерений при разных концентрациях ИВ в исследуемой смеси и экспозициях 6 -Н2 часов (Рис.10). Все операции по подготовке газовых смесей, анализу их состава, заправке мишени и стабилизации её температуры, утилизации отработавших тритий-содержащих смесей и радиометрическому контролю воздуха проводились под управлением АСКУ комплекса, работавшей непрерывно и безотказно на всех этапах эксперимента. Кроме того, АСКУ обеспечивала измерение ключевых физических параметров (температура, давление и состав смеси ИВ), непосредственно используемых в обработке результатов измерений.

V. Li ID

1.2 • ■ > 1 1 -Г- 1 1 ■ г 1 • . г 1 1 I- J I 1 1 J 1 1 1 ......

Ci =0.15 - 0.80

1.0

• •

•

•

0.G • • • •

• • •

(J.-1 • • • • • •

• • •

(.!.•> • • • • •

100 200 300 400 500 ООО 700

800 900 Г. к

Рис.9. Облапь параметром о. Г, с, для МК экспериментов в смесях ИВ, проведённых в 1997-2004 гг. |8|.

Время, час

Рис.10. Пример трафиков давлений мишени, с обозначением точек измерений.

По результатам измерений [8] впервые была получена зависимость (Рис.11) числа циклов МК от концентрации трития в газовой О/Г-смеси в широком диапазоне условий при температурах 37+800 К и плотностях 0,143 И,024 У10.

Рис.11. Пример нолученных результатов измерений [8|: среднее число циклов МК на один мюон при различных параметрах (плотность, температура, содержание трития) D/T смеси (а); аппроксимация среднего числа циклов МК в 1)Л смеси как функции температуры и концентрации з рития при <:> 0.4 LHD (б), как функции температуры и плотности при концент рации С, =0.35 (в).

Для газообразного дейтерия были проведены экспериментальные исследования температурной зависимости скорости образования ¿¿///-молекулы

при температурах 300 -н 800 К и давлениях до 150МПа [9]. Данные при температурах выше 400 К (Рис.12) были получены впервые.

Т, К

Рис.12 Зависимость Л^ф2 от температуры |9|: •-ТРИТОН, ЬАМРГ,--расчеты

На дейтериевой мишени высокого давления была исследована реакция радиационного захвата дейтрона ъййц молекуле [10] и впервые получена экспериментальная оценка выхода этой реакции из состояния 1 =1 молекулы на уровне т]у< 2-Ю"5 на один акт синтеза.

Полученные результаты имеют важное научное и практическое значение, например, при создании мюонно-каталитического гибридного реактора и интенсивного источника монохроматичных нейтронов с энергией 14 МэВ [11].

Во второй главе рассматриваются вопросы автоматизации системы подачи [12] изотопов водорода (СПИВ) в ионный источник циклотрона У-400М (Рис.13), а также комплекса [13] жидко-тритиевой мишени (Рис.14), созданных для опытов по изучению нуклонно-нестабильных легких ядер (4Н, 5Н), образующихся в тритиевой мишени в реакциях Ж—с1 и ?+</—>4№-р на пучках ионов трития, ускоренных на циклотроне У-400М и доставляемых к мишени сепаратором АКУЛИНА [14]. Программное обеспечение этих систем было разработано в инструментальном пакете СЯХУ-ОАС}, с использованием опыта, накопленного при создании АСКУ установки ТРИТОН.

Система подачи ИВ, установленная непосредственно над циклотроном, используется для получения ускоренного пучка ионов трития. В ее функции входит хранение ИВ на металлогидридных источниках, получение и тонкое регулирование потоков молекул ИВ, подаваемых в ионный источник.

АСКУ системы подачи ИВ [12] представляет собой распределенную сеть, состоящую из управляющего компьютера, установленного в пультовой комнате на расстоянии ~100м от циклотрона, набора модулей аналогового и дискретного ввода/вывода серии 1-7000, датчиков вакуума с контроллером ТРО-256 фирмы Ва1геге. В состав СКУ входит 29 измерительных каналов (14 аналоговых, 15 цифровых), 8 каналов управления (Рис.13). Измерительная аппаратура и аппаратура управления размещены на платформе, находящейся под потенциалом до 30 кВ, поэтому особое внимание уделялось её гальванической изоляции.

Система обеспечивает регулирование и стабилизацию температуры металлогидридных источников ИВ, а также регулирование и стабилизацию потоков ИВ за счет управления нагревом натекателей.

да

Эй?

1 ; >

Е^ЬС

Рис.13. Принципиальная схема СПИВ (а) и структура АСКУ (б).

БПИВ - блок подачи ИВ: СУ - система утилизации: ВЯЬВЯЗ - источники ИВ: ВЯ4-В$5 - ловушки: Н1. Н2 - иатекатели: Д1 - измеритель вакуума (РКК261); Д2 - датчик давления (ТЮ<261); ДЗ датчик давления (СМР261); Ш - насос форвакуумный; УП вентили сильфонные вакуумные: Т - термопары.

Комплекс тритиевой мишени обеспечивает наполнение мишени тритием, стабилизацию температуры мишени, утилизацию трития после измерений, а также контроль объемной активности (ОА) на всех этапах эксперимента.

АСКУ комплекса (Рис.14) представляет собой распределенную сеть, состоящую из 2 компьютеров и набора автономных сетевых модулей, связанных между собой по интерфейсу К.8-232 и 118-485. Она включает 80 измерительных каналов (17 аналоговых, 63 цифровых), 17 каналов управления.

БУ |—|~УЕ~

Вентили

УЕ Датчики

]ЕН™

Рис.14. Принципиальная схема комплекса тритиевой мишени (а) и структура АСКУ (б).

СИ - система наполнения: СУ - системы утилизации и контроля трития; МБ мишенный блок: ТМ - тритиевая мишень: РК - реакционная камера: В81/2/3 - источник протия/дейтерия/трития; ВЯ4(5) - ловушка: Б(Б1) баллон с гелием; Д1(4) - измеритель вакуума (РРК261); Д2 - датчик давления (ТЯК261): ДЗ - датчик давления (СМЯ261): ИК1(2) - ионизационная камера: РД1(2) - электроконтактный мановакуумметр; ФН1(2) - насос форвакуумный: ТН 1(2) - насос турбомолекулярный; В1-3, УП4-21 — вентили; УП22-25 - вентили сильфонные вакуумные; УП1-6 - вентили электромаг нитные: V - мерная емкость; Т1-Т5 - термопара; Г) (2) - геттер; ТД термодиод: КР - криорефрижератор

В функции АСКУ входит: управление узлами комплекса при заполнении мишени тритием, регулирование и стабилизация температуры мишени, контроль объемной активности трития в газовых коммуникациях системы и рабочих помещениях [15].

Автоматизированная система подачи ИВ позволила получить тритиевый пучок, необходимый для экспериментов по изучению нейтронно-избыточных ядер. С ее помощью регулировались потоки ИВ, подаваемые в ионный источник циклотрона У-400М. В результате токи ионов ¿>2+, £>3+ и 0+, выходящих из источника (Рис.15), имели величину 30, 10 и 6 мкА. Суммарный ток иоиов ОТ* и 02(-Г был около 100 нА. Ток пучка ускоренных тритонов с энергией 58,2 МэВ, выведенного из циклотрона методом обдирки па тонкой графитовой фольге, был около 10 нА. Интенсивность пучка тритонов на входе в сепаратор составляла МО9 с"1.

К

4 6 8 10 Bp (arbitrary units)

4 6 8 10 Bp (arbitrary units)

12

I'm. 1 x Спектр ионов 1)/T |I2|: полная шкала (а), увеличенная шкала (б).

Для синтеза тяжелых ИВ ( Н, Н) в реакциях передачи нейтронов Н,

Ш->(1+4Н, 1+с1->р+4Н использовались тритиевые и дейтериевые мишени. Автоматизированный мишенный комплекс обеспечивал заправку криогенных мишеней, утилизацию трития, радиационный контроль и стабилизацию температуры мишени в диапазоне 18+300К с точностью ±0, Ж (Рис. 16), что позволило провести ряд экспериментов по получению и изучению ядер 4Н, 5Н.

зоо -------------------------21.85

Li 250 --- V----------------Ь! 21.8

g. 200 -----V. -------- - - р. 21.75

| 150---------- ---- — « 21'7

1 100 — — - X. | -> 65

50------ --- ------\ — £ 21.6

0 ---- — 4- 21-55

40 60 80 100 120 140 160 130 135 140 145 150 155

Время, мин g) Время, мин Гие.16 Характерный вил кривой охлаждения (а) и температура мишени на участке стабилизации (б).

В измерениях с тритиевым пучком и жидкой тритиевой мишенью впервые были исследованы резонансные состояния ядра Н в реакции передачи двух нейтронов 1:+1-^р+5Н £17]. При этом в спектре энергий 5Н обнаружен резонанс с энергией (1,8+0,1) МэВ (Рис.17,а) с неожиданно малой наблюдаемой шириной Гнабл<0,5 МэВ. Наличие этого пика было объяснено интерференцией основного (спин 1/2+) и возбужденных состояний (3/2 ^ и 5/2+) ядра 5Н [18].

В измерениях [19] с тритиевым пучком и жидкой дейтериевой мишеныо п реакции (1 И->р (411 были изучены резонансные уровни ядер4Н. В спектре энергии ядра 4Н (Рис.17,б) наблюдается резонанс с энергией Ере,= (3,22±0,15) МэВ и наблюдаемой шириной Г„„й, = (3,33+0,25) МэВ.

Рис.] 7. Спектры энергий 'Н в реакции 1(1, р()пп (а) и II в реакции (К(. [1(}п |П). полученные метолом

недостающей массы.

В третьей главе изложены вопросы автоматизации тритиевого комплекса низкого давления исследовательского стенда ПРОМЕТЕИ [20], созданного в РФЯЦ-ВНИИЭФ для изучения явлений накопления и пропускания трития металлами и конструкционными материалами в 2001 году. Стенд состоит из двух объединенных комплексов для исследования сверхпроницаемости [21] трития сквозь металлические мембраны, а также изучения проницаемости, проникновения и накопления [22] трития в КМ, поиска и исследования защитных покрытий, повышающих безопасность использования тритий-содержащих газовых сред. Он включает (Рис.18) газовакуумную, масс-спектрометрическую, радиометрическую системы и автоматизированную систему контроля и управления [23].

Газона куумпан система

('штсма н»пуска и копгрлля (1.1

нехилной ГМ1ТН :

Исследовательская часть I

Лнялш гяювои

СМССИ ::

Я 2

1Г

Система на куу миро ванн и

Технологическая чисть

Сипумя Рал.

утилизации контроль

ЛСКУ

система управления

САБ О

управление газовой

Олгч и

масс-спектрометры

Ш>М.Ч СI

■Ц /чьчномстрч'комй система (сердар):

К1>М8 ^

Рис.18. Структурная схема стенда ПРОМЕТЕЙ.

Газовакуумная система состоит из исследовательской (для основных физических измерений) и технологической (для подготовки и утилизации газовой смеси ИВ) частей. В исследовательскую часть входят ячейка Я1 для исследования защитных покрытий металлов и КМ, ячейка Я2 для изучения явления сверхпроницаемости ИВ и система масс-спектрометрического анализа газовой

смеси. Технологическая часть состоит из систем напуска и контроля параметров исходной газовой смеси, вакуумной откачки и утилизации трития.

Тритий в установке хранится в закрытых источниках активностью до 1 кКи в связанном состоянии, в виде тритида урана 238И. При проведении исследований тритий выделяется из источников путем их управляемого нагрева до температуры 650^700 К и поступает в газовые коммуникации. При работе в газовых коммуникациях в свободном состоянии может находиться до 10 Ки (3.710м Бк) трития.

Для стенда была создана высоконадежная АСКУ, обеспечивающая подготовку и утилизацию смеси ИВ, регистрацию и архивирование большого числа технологических и физических параметров, автоматизированное управление исполнительными устройствами, отображение измеряемых данных и контроль радиационной обстановки в помещении и газовых коммуникациях.

АСКУ стенда содержит 172 измерительных каналов (79 аналоговых, 93 цифровых), 44 канала управления. Измеряются температуры (термопарами хромель/алюмель, хромель/копель и пирометрами), давления и вакуум (вакуумными лампами ПМТ, вакуумными датчиками Balzers, тензодатчиками), парциальные давления молекул ИВ (двумя масс-спектрометрами QMS-200). Управляемыми устройствами являются нагреватели источников и ловушек ИВ, электромагнитные клапаны, магниторазрядные и форвакуумные насосы. Ведется контроль радиационной обстановки с помощью 8 радиометрических каналов с ионизационными камерами (ИК). Проведение опытов обеспечивают также 4 управляемых атомизатора: 3 в ячейке Я2 для исследования сверхпроницаемости и один в ячейке Я1 для исследования проницаемости ИВ методом концентрационных импульсов МКИ [22]. Для нормального функционирования аппаратуры дополнительно задействован ряд технологических каналов контроля водяного охлаждения насосов и диагностики разрыва спирали, охранной блокировки нагревателей, контроля контакта термопары мембраны Я1 на землю, контроля тока ламп ПМТ, контроля напряжения и тока атомизаторов.

АСКУ включает четыре компьютера в сети Ethernet. Сервер GAS управляет системами напуска и контроля состава исходной смеси, вакуумирования и утилизации, проведением экспериментов на ячейках Я1 и Я2, сохраняет результаты измерений в базе данных и выполняет визуализацию технологических и физических параметров. Сервер QMS обеспечивает сбор масс-спектрометрических данных, анализ газовой смеси с использованием двух масс-спектрометров QMS-200 и передает их серверу GAS по протоколу DIM. Сервер RDMS обеспечивает управление радиометрической системой, измеряющей объемную активность трития в 8 точках в рабочем помещении и воздуховодах, а также передачу данных на сервер GAS. Клиент RDMS служит для удаленного наблюдения радиационной обстановки из комнаты службы доз. контроля.

В системе управления используется модули удаленного сбора данных серии 1-7000 (ICP DAS), которые опрашивают датчики температур, давлений, контролируют состояние и управляют нагревателями, клапанами, насосами, задают ток накала атомизаторов и т.д. 30 цифровых каналов ввода реализовано на карте DIO-144 (Advantech) с интерфейсом ISA. Для вакуумных измерений используется два интеллектуальных контроллера TPG-256 фирмы Balzers, с подключенными к ним датчиками вакуума типа 1KR-261 или TPR-260. Для анализа состава газа используется два квадрупольных масс-спектрометра QMS-200 фирмы Balzers.

Связь модулей, масс-спектрометров и контроллеров с ПК осуществляется через интерфейсы RS-485, RS-232. Для контроля радиационной безопасности создана радиометрическая система RDMS, использующая радиометры трития РТЛ-4, которая может работать как в автономном режиме, так и в составе ЛСКУ.

Все ПО для ЛСКУ, включая алгоритмы управления и драйверы устройств, были реализованы в пакете CRW-DAQ, в основном на языке DAQ Pascal. Особое внимание уделялось отказоустойчивости системы управления и обеспечению быстрой реакции на события.

За 8 лет постоянной эксплуатации автоматизированного стенда ПРОМЕТЕЙ, коллективами под руководством Л.А.Юхимчука (ВНИИЭФ), Л.А. Курдюмова (НИИФ СПбГУ) и M.E. Ноткина (СПбГУТ) были получены важные физические результаты. В экспериментах [24] по изучению сверхпроницаемости изотопов водорода через ниобиевые цилиндрические мембраны большой площади впервые сверхпроницаемость была подтверждена для трития. Была измерена скорость мембранной откачки для протия, дейтерия и трития (Рис.19). Показано, что наблюдаемые максимальные скорости мембранной откачки для изотопов водорода (Рис. 19,а) составляют 2,5 л/(см2-с) для протия, 1,8 л/(см2-с) для дейтерия и 1,5 л/(см2-с) для трития. Опыты также продемонстрировали возможность эффективной откачки, разделения ИВ от гелия и остаточных газов, компрессии и рекуперации ИВ на мембранах из ниобия.

Г

! " ш«:**

j N . f ■ »IQ

i V V .

а) ' Пи.....................б) . V,,. I:,»-:-,!:«.

Рис.19. Скорость мембранной откачки ИВ на стенде ПРОМЕТЕЙ при термической атомизации а) на ниобии при Т=1800 К [26]; б) на ванадии при Т=1800-20(10 К |25|.

В опытах [25] по сверхпроницаемости тепловых атомов ИВ, включая тритий, через ванадиевую цилиндрическую мембрану продемонстрирована возможность эффективной откачки, компрессии и рекуперации ИВ и даны оценки удельной скорости откачки (Рис.19,б) и предельной степени компрессии мембранного насоса на основе сверхпроницаемой мембраны из ванадия. Показано, что максимальная удельная скорость мембранной откачки при температуре атомизатора Т= 1800^2000 К и давлении 10~7-И0"5 мбар для мембраны из ванадия составляет 2,4 л/(см2 с) для протия, 1,7 л/(см2-с) для дейтерия и 1,2 л/(см2-с) для трития.

На стенде исследовали применение эффекта сверхпроницаемости для откачки и рециркуляции топливной D/T смеси в ТЯР с помощью мембран из ванадия, ниобия или тантала [26,27]. Была продемонстрирована возможность успешной откачки, компрессии и рециркуляции трития с помощью сверхпроиицаемых ниобиевых и ванадиевых мембран.

В заключении формулируются основные результаты, полученные в диссертационной работе.

Для решения задач автоматизации тритиевых комплексов исследовательских установок ТРИТОН, А1СУЛИНА и ПРОМЕТЕИ создан инструментальный программный пакет CRW-DAQ [6,7], содержащий встроенные языки прикладного программирования и средства отладки, инструменты для online и offline обработки и сглаживания данных, калибровки каналов, высоконадежные встроенные драйверы для разнообразной измерительной аппаратуры и управления.

Пакет обеспечивает полный цикл разработки, отладки и поддержки АСКУ и позволяет в короткие сроки создавать высоконадежные многопоточные, многопроцессные и многомашинные распределенные системы управления. Его достоинствами являются открытость, простота освоения, ясная структура, высокая скорость создания прикладных программ, их безопасность и отказоустойчивость.

Создано ПО для распределенной автоматизированной системы контроля и управления тритиевым комплексом высокого давления установки ТРИТОН для исследований процессов МК ядерных реакций в смесях ИВ в широком диапазоне температур, плотностей и концентраций ИВ. АСКУ комплекса [4,5] обеспечивает измерение большого числа аналоговых и дискретных параметров и управление узлами комплекса, измерение изотопного и молекулярного состава смеси ИВ, измерение и стабилизацию параметров мишени в процессе измерений, радиометрический контроль OA трития в газовых линиях и рабочих помещениях. Принятый подход к построению АСКУ позволял быстро адаптироваться к изменениям, возникающим при подготовке к новым экспериментам, обновлении аппаратуры и вводе новых датчиков и каналов.

Под управлением АСКУ на установке ТРИТОН проведен большой цикл измерений параметров МК, получены уточненные и новые данные для параметров цикла МК в дейтерии, в двойной D/T смеси и в тройной H/D/T смеси в широком диапазоне температур, давлений и концентраций [8,9,10].

Для экспериментов по получению и изучению нейтронно-избыточных ядер 4Н и 5Н, проводящихся в ЛЯР ОИЯИ, созданы автоматизированные системы для управления напуском изотопов водорода в ионный источник циклотрона У-400М [12] и управления газовым комплексом жидкой тритиевой мишени [13,15].

Обеспечено тонкое регулирование потоков ИВ, что позволило реализовать точное поддержание требуемых рабочих параметров пучка тритонов в жестких условиях функционирования электронной аппаратуры на ускорителе [12]. Обеспечено управление процессом заполнения мишени и утилизации трития, стабилизация температуры мишени в ходе экспериментов, а также радиационный контроль объемной активности трития в газовых коммуникациях комплекса и рабочих помещениях [13,15].

С использованием разработанных автоматизированных систем проведены эксперименты по изучению резонансных состояний ядер 4Н и 5Н, образующихся при облучении дейгериевой или тритиевой мишени пучком тритонов, в которых получены новые физические результаты [17,18,19].

Решены вопросы безопасного управления тритиевым комплексом низкого давления исследовательского стенда ПРОМЕТЕЙ и автоматизации экспериментов на исследовательских ячейках для изучения взаимодействия ИВ с КМ и изучения сверхпроницаемости ИВ через металлические мембраны. АСКУ комплекса [23] обеспечивает подготовку газовых смесей, регистрацию и архивирование

технологических и физических параметров, масс-спсктрометричсские измерения, радиометрический контроль по тритию, автоматическую блокировку устройств и аварийное оповещение персонала при возникновении радиационной опасности.

На автоматизированном стенде ПРОМЕТЕИ проведен большой цикл экспериментов по изучению свсрхпроницаемости ИВ через металлические мембраны, проницаемости и накопления ИВ в металлах и КМ [24,25,26,27]. Длительный опыт эксплуатации стенда подтвердил правильность методических и программных решений, использованных при создании АСКУ.

Все прикладное программное обеспечение для АСКУ тритиевых комплексов исследовательских установок ТРИТОН, АКУЛИНЛ и ПРОМЕТЕЙ было реализовано полностью в среде созданного автором пакета CRW-DAQ и надежно работало под его управлением. Накопленный при создании АСКУ опыт и программный инструментарий могут использоваться для автоматизации других исследовательских установок в области тритиевых технологий [6,7].

Разработанный программный инструментарий нашел применение и в других исследовательских проектах. Например, при автоматизации системы управления системой охлаждения, измерений и стабилизации температуры фотонного спектрометра PHOS [16] в эксперименте ALICE на Большом Адронном Коллайдере LHC в ЦЕРН.

В приложении приводятся дополнительные сведения о методических и программных решениях, которые применялись при реализации пакета CRW-DAQ и АСКУ тритиевых комплексов ТРИТОН, АКУЛИНЛ и ПРОМЕТЕЙ. Обсуждаются вопросы построения отказоустойчивых систем управления реального времени. Рассматриваются вопросы создания распределенных многомашинных систем управления с использованием разработанного в ЦЕРН протокола DIM и WEB-технологий. Обсуждаются детали реализации встроенных в пакет CRW-DAQ языков программирования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. С.С. Герштейн, Ю.В. Петров, Л.И. Пономарев. Мюонный катализ и ядерный бридинг. // Успехи физических наук, 1990, Т. 160, Вып. 8, С.3-46.

2. А.А.Юхимчук, В.А. Апасов, Ю.И. Виноградов и др. Комплекс газового обеспечения экспериментов по мюонному катализу ядерных реакций синтеза. // Приборы и техника эксперимента, 1999, №6, С.17-23.

3. Ю.И. Виноградов, С.М. Придчин, A.B. Кури кип и др. Многоканальная автоматизированная система радиационного мониторинга // Материаловедение. 2002, № 6. С. 53-55.

4. Ю.И. Виноградов, B.C. Арюткин, A.B. Курикин и др. Автоматизированная система контроля и управления комплексом подготовки газовой смеси для экспериментального исследования мюонного катализа ядерных реакций синтеза // Приборы и техника эксперимента, 2004, № 3. С.29-41.

5. Yu.I. Vinogradov, A.V. Kuryakin. The basic software for "TRITON" and "ACUL1NA" - the automated tritium complexes. // Proceedings of the International Conference of Muon Catalyzed Fusion and Related Topics (nCF-07). June 18-21, 2007. Dubna, P. 361-368.

6. Yu.l.Vinogradov, A.V. Kuryakin, A.A. Yukhimchuk. Measurement and control systems of tritium facilities for scientific research. // Fusion Science and Technology, July/August 2005, Vol.48, Num.1, P.696-699.

7. A.B. Курякин, Ю.И. Виноградов. Программное обеспечение автоматизированных измерительных систем в области тритиевых технологий. // ВАНТ, серия «Термоядерный синтез», 2008 г., выпуск 2, стр. 80-90.

8. V.R. Bom, A.M. Demin, A.V. Kuryakin et al. Experimental investigation of muon-catalyzed dt fusion in wide ranges of D/T mixture conditions. // ЖЭТФ, 2005, Том 127, Вып.4, C.752-779.

9. V.R. Bom, V.V. Filchenkov, ..., A.V.Kuryakin et al. Measurement of the temperature dependence of the ddfi molecule formation rate in dence deuterium at temperatures 85-790 К // ЖЭТФ, 2003, T.123, №. 3, C.518-526.

10. L.N.Bogdanova, V.R.Bom, A.V.Kuryakin et al. Search for the radioactive capture d+d -> 4He+y reaction from the dd|i muonic molecule state. // ЯФ, 2002, Том 65, №10, С. 1826-1832.

11. Л.И. Пономарев. Синтез и деление ядер как основа будущей энергетики. // Сборник докладов международного семинара "1HISM-04", 2005, С. 15-22.

12. A.A.Yukhimchuk, Yu.I. Vinogradov, A.V. Kuryakin et al. Gas feeding system supplying the U-400M cyclotron ion source with hydrogen isotopes. // Fusion Science and Technology, July/August 2005, Vol.48, Num.1, P.704-707.

13. A.A.Yukhimchuk, V.V. Perevozchikov, A.V.Kuryakin et al. Tritium target for research in exotic neutron-exess nuclei. //NIM A, 2003, V.513, No 3, P.439-447.

14. Yu.Ts. Oganessian, A.M. Rodin, A.V. Kuryakin et al. Status of ACCULINNA beam line. //NIM. B, 2003, Vol.204, P. 114-118.

15. Ю.И. Виноградов, B.C. Арюткин, A.B. Курикин и др. Система контроля и управления комплекса тритиевой мишени для исследования экзотических нейтронно-избыточных ядер. // ВАНТ, Серия: Физика ядерных реакторов, вып. '/г, 2002, С.197-200.

16. V.I. Manko, A.V. Kuryakin et al. A high resolution electromagnetic calorimeter based on lead-tungstate crystals. //NIM A, 2005, V.550, Issues 1-2, P.169-184.

17. Yu.Ts. Ogancssian, A.M. Rodin, A.V. Kuryakin et al. Evidences for resonance states in 5H. // Physics Letters B, 2003, V.556, P.70-75.

18. M.S. Golovkov, L.V. Grigorenko, A.S. Fomichev, Yu.I. Vinogradov et al. Observation of Excitcd States in 5H // Physical Review Letters, 2004, Vol.93, P.262-501(1-4).

19. Ю.Ц. Оганесян, Г.М. Тер-Акопян, Ю.И. Виноградов, А.В. Курякин и др. Изучение структуры ультранейтронно-избыточных ядер водорода и гелия с использованием реакций радиоактивных пучков на тритиепой мишени. // Известия РАН, Сер. Физическая, 2002, Т. 66, № 5, С.619-624.

20. S.K.Grishechkin, A.N.Golubkov, E.V. Gornostaev et al. Device for investigations of tritium retention in and permeation through metals and structural materials. // Hydrogen Recycling at Plasma Facing Materials, 2000, Vol. 1, P.339-348.

21. A.I. Livshits, M.E. Notkin, Yu.M. Pustovoit, A.A. Samartsev. Superpermeability of solid membranes and gas evacuation. // Vacuum, 1979, Vol.29, P.l 13.

22. И.Е. Габис. Метод концентрационных импульсов для исследования транспорта водорода в твердых телах. //ЖТФ, 1999, Т.69, С.99-103.

23. Ю.И.Виноградов, А.В. Курякин и др. Автоматизированная система контроля, управления и сбора данных стенда "Прометей". // Материаловедение, 2002, №1, С.46-50.

24. R.K. Musyaev, B.S. Lebedev, S.K. Grishechkin, A.A. Yukhimchuk et al. Tritium superpermeability: experimental investigation and simulation of tritium recirculation in "Prometheus" setup. // Fusion Sci. Technol., 2005, Vol.48, P.35-38.

25. P.K. Мусяев, Б.С. Лебедев, A.A. Юхимчук и др. Исследование явления сверхпроницаемости изотопов водорода через ванадиевую мембрану на установке "Прометей". // Сборник докладов международного семинара "IIIISM-07", 2008, С.165-169.

26. А.И. Лившиц, А.А. Юхимчук, Р.К. Мусяев и др. Сверхпроницаемость водорода в металлах V группы — применение для откачки и рециркуляции топливной смеси в термоядерных реакторах. // Материаловедение, 2005, №8, С.40.

27. R.K.Musyaev, A.A. Yukhimchuk, B.S. Lebedev et al. Study of hydrogen isotopes superpermeation through vanadium membrane on Prometheus setup. // Fusion Science and Technology, 2008, Vol.54, P.523-525.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ю.И. Виноградов, B.C. Арюткин, А.В. Курякин и др. Автоматизированная система контроля и управления комплексом подготовки газовой смеси для экспериментального исследования мюониого катализа ядерных реакций синтеза // Приборы и техника эксперимента, 2004, № 3. С.29^41.

2. Yu.Ts. Oganessian, A.M. Rodin, A.V. Kuryakin et al. Status of ACCULINNA beam line.//NIM. B, 2003, Vol.204, P. 114-118.

3. A.A.Yukhimchuk, Yu.I. Vinogradov, A.V. Kuryakiit et al. Gas feeding system supplying the U-400M cyclotron ion source with hydrogen isotopes. // Fusion Science and Technology, July/August 2005, Vol.48, Num.1, P.704-707.

4. A.A. Юхимчук, М.Д. Вихарев, А.В. Курякин и др. Тритиевая мишень для исследования экзотических нейтронно-избыточных ядер и комплекс ее газового обеспечения. // ВАНТ, Серия: Физика ядерных реакторов, выи. Д 2002, С. 183-190.

5. A.A.Yukhimchuk, V.V. Perevozchikov, A.V.Kuryakin et al. Tritium target for research in exotic neutron-exess nuclei. // N1M A, 2003, V.513, No 3, P.439-447.

6. Ю.И. Виноградов, B.C. Арюткин, А.В. Курякин и др. Система контроля и управления комплекса тритиевой мишени для исследования экзотических нейтронно-избыточных ядер. // ВАНТ, Серия: Физика ядерных реакторов, вып.'Д 2002, С. 197-200.

7. Ю.И.Виноградов, А.В. Курякин и др. Автоматизированная система контроля, управления и сбора данных стенда "Прометей". // Материаловедение, 2002, №1, С.46-50.

8. V.I. Manko, A.V. Kuryakin et al. A high resolution electromagnetic calorimeter based on lead-tungstate crystals. //NIM A, 2005, V.550, Issues 1-2, P. 169-184.

9. V.R. Bom, A.M. Demin, A.V. Kuryakin et al. Experimental investigation of rnuon-cataly/.ed dt fusion in wide ranges of D/T mixture conditions. // ЖЭТФ, 2005, Tom 127, Вып.4, C.752-779.

10. V.R. Bom, V.V. Filchenkov, ..., A.V.Kuryakin et al. Measurement of the temperature dependence of the ddfi molecule formation rate in dence deuterium at temperatures 85-790 К // ЖЭТФ, 2003, Т. 123, №. 3, C.518-526.

1 l.L.N.Bogdanova, V.R.Bom, A.V.Kuryakin et al. Search for the radioactive capture d+d -> 4He+y reaction from the dd(i muonic molecule state. // ЯФ, 2002, Tom 65, №10, C.1826-1832.

12. Yu.Ts. Oganessian, A.M. Rodin, A.V. Kuryakin et al. Evidences for resonance states in 5H. // Physics Letters B, 2003, V.556, P.70-75.

13. Ю.Ц. Оганесян, Г.М. Тер-Акопян, Ю.И. Виноградов, А.В. Курякин и др. Изучение структуры ультранейтронно-избыточных ядер водорода и гелия с использованием реакций радиоактивных пучков на тритиевой мишени. // Известия РАН, Сер. Физическая, 2002, Т. 66, № 5, С.619-624.

14. А.В. Курякин, Ю.И.Виноградов. Программное обеспечение для автоматизации исследовательских установок. // Сборник докладов международного семинара "IHISM-04", 2005, С.411-419.

15.Yu.I.Vinogradov, A.V. Kuryakin, A.A.Yukhimchuk. Measurement and control systems of tritium facilities for scientific research. // Fusion Science and Technology, July/August 2005, Vol.48, Num.1, P.696-699.

16. Yu.l. Vinogradov, A.V. Kuryakin. The basic software for "TRITON" and "ACULINA" - the automated tritium complexes. // Proceedings of the International Conference of Muon Catalyzed Fusion and Related Topics (pCF-07). June 18-21,2007. Dubna, P. 361-368.

17.A.B. Курякин, 10.И. Виноградов. Программное обеспечение автоматизированных измерительных систем в области тритиевых технологий. // ВЛИТ, серия «Термоядерный синтез», 2008 г., выпуск 2, стр. 80-90.

18.П.В. Ширнин, Ю.И.Виноградов, А.В. Курякин и др. Количественный анализ изотопов водорода газовым радиохроматографом РХТ-2. // Препринт ВНИИЭФ 83-2002.

19. С.В. Фильчагин, Ю.И. Виноградов, А.В. Курякин и др. Автоматизация радиохроматографа РХТ-3 для изотопного и молекулярного анализа водородосодержащих газовых смесей. // ВАНТ, серия «Термоядерный синтез», 2008, Вып.2, С.93-97.

20. Ю.И. Виноградов, С.М. Придчин, А.В. Курякин и др. Многоканальная автоматизированная система радиационного мониторинга ll Материаловедение. 2002, № 6. С. 53-55.