Radiation Harsh Application | 强辐射环境应用
强辐射环境下FPS3010激光干涉测量
Laser Interferometry in Radiation Harsh Environments using the FPS3010
介绍
目前，同步辐射应用已经扩展到多种邻域中，如生物科技（蛋白质晶体），医药研究（微生物），工程应用（高分辨率裂缝演变成像），高级材料研究（纳米结构材料）。

在纳米领域许多应用中，如透镜组，布拉格反射器，狭缝以及目标定位等都需要非常高的分辨率。

机械结构需要高集成度，高稳定性，并且要减小温漂以及定位误差的影响。

另外，运动部件的质量需要严格控制到最低，从而提高机械特性，并且减小位置误差。

针对以上讨论，这意味着编码必须在待测物附近，也就是说，编码器即使不是在X光或者粒子束中，也需要安置在辐射区内。

FPS3010激光干涉仪最大的特点是皮米级分辨率，兼容真空环境，并且在此类应用中，可以采用远程控模块。

因此，FPS3010可以工作在强辐射环境下，也就是将干涉仪系统以及子系统安装在同步辐射光源或者束线附近，以及其他高辐射的环境中。

在目前的传感器选型中，“M12”传感器探头可以工作在高达10MGy的辐射环境下。

这个研究主要针对这些新型传感器的耐辐射强度。

实验主要工作在60Co源下(1.17 MeV / 1.33 MeV γ- and 0.31 MeV β-rays)。

实验证明在3MGy辐射强度下传感头的读数没有明显偏差。

在第二步骤测试中，对比传感器头放置在10MGy强辐射环境前后，对固定目标的测量值。

对比结果为传感器所得目标值没有明显偏差。

将两个UHV真空兼容 M12传感头（一个是带AR膜透镜，一个是不带AR膜透镜），安装到聚酰亚胺光纤上，放置在1Gy/s辐射区域中。

两个探测头都安装在铝支架上，实验过程中将会有20 nm/°C的温漂。

为避免曝光情况，采用镀了金膜的耐辐射镜子，搭建3m反射腔。

FPS3010控制器放置在探头测试腔体外，另一个带温控无辐射腔内。

在整个测量周期内，腔内温度稳定性高于1℃。

测试的最后，总累积量达3.024MGy。

测量
图2a显示在测试过程中，测得的位置值。

编码器位置采样率为1kHz。

在图中，每一个点为100次独立测量平均值。

位置漂移观察周期为34天，采用镀膜传感器测量，3MGy累积量为150nm；未镀膜传感器3MGy累积量为400nm。

由于信号保持性较好，所以测得位置值的不确定性（标准偏差）优于10nm。

在未镀膜传感器头，在累积总量达2MGy之后，漂移会略微增大（22.5天）。

达到这点之后，可进行两个传感器头性能比较。

图2b显示编码器（红线）以及控制器位置（蓝线）的温漂情况。

整个周期中，温度漂移小于1℃。

图2：a）传感器头对比图（34天）。

每个传感器位置值是100个样品测量值的平均值。

b）编码器位置以及真空腔内控制器位置的温度值。

图1：测试装置侧视图和俯视图。

上图：侧视图。

一个传感器安装在发射源轴向方向上；另一个传感器安装在发射源底下。

发射源在辐射中间位置。

下图：俯视图。

真空法兰安装在下方，同样受到辐射影响。

总结
完成了FPS3010激光位置传感器的两个M12传感器探头在强辐射环境下的测试。

根据机械振动标准，机构和装置都是稳定的。

在34天测量周期内位置值不确定性小于10nm。

在整个周期内测量位置稳定在100nm之内。

强辐射环境的工作能力将会带来新的应用和技术发展。

在强磁环境，超高真空下，可实现聚焦镜，劳厄镜片等位移量的测量。

测试由CERN完成，辐射测试则是在夫琅禾费实验室完成。

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