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本论文依据上海光源(SSRF,Shanghai Synchrotron Radiation Facility)生物大分子学晶体学光束线站(MX,macromolecular crystallography beamline)的需求,对光束强度和位置的高精度实时监测,以及实现光束线站光束高度自动化准直方法进行了研究。在此基础上,研制成功国内第一台一维位置灵敏电离室；设计了一套基于EPICS平台的光束自动准直系统。
现代生物学的最终目标是要在分子水平上了解生物体内的各种过程,而生物大分子三维结构信息对于理解这些生物过程是必不可少的。生物大分子晶体学光束线站性能指标瞄准国际先进水平,是国家重大科学工程上海光源首批建设完成的线站之一。该光束线选取小间隙真空室内波荡器作为同步辐射光源,具有很高的光谱亮度。利用该线站可以在生物大分子复合物结构、膜蛋白结构、结构基因组学等结构生物学中的前沿领域开展高水平的研究工作,同时也为国内开展基于结构的新药物研发提供一种重要平台。
近些年来,同步辐射应用发展迅速,在此平台上发展的实验方法得到了很大的提高,实验对同步辐射光源稳定性的要求也变得越来越高,因此在实验过程中对光束的实时监测显得尤为重要。以气体作为探测介质的电离室是X射线探测器的一种。随着核电子技术的不断发展,仅有强度监测功能的电离室经过结构改进,同时实现了对光束位置的监测。这种兼具强度和位置监测的电离室不但可以达到较高的精度,而且结构简单,方便拆装,具有广泛的应用前景。论文作者研制了一台一维位置灵敏电离室,该设计改进了劈裂式极板的结构,应用在生物大分子晶体学光束线站,实现了对光束强度和位置的实时监测,为得到高质量的衍射数据提供了可靠的保障。
先进的同步辐射装置需要现代化控制系统的支撑,完备的控制系统是实现光束线站自动控制的基础。EPICS(Experimental Physics and industrial ControlSystem)是由美国Argonne和Los Alamos等实验室联合开发的典型的分布式控制系统软件开发工具。EPICS基于标准模型的客户机/服务器模式,具有可移植性、可互操作性、可裁减性以及可重用性特点。论文作者设计了一套光束自动准直系统,该系统基于EPICS平台,根据四象限BPM和一维位置灵敏电离室的读出信息自动调整光束的位置,为实现光束线站的高度自动化奠定了基础。
本论文创新性工作为:
1、研制成功国内第一台一维位置灵敏气体电离室,具有强度和位置监测功能,经实际使用与测试,性能稳定可靠。该电离室的收集电极由两块完全一样的相互独立并彼此绝缘的单元构成,每个单元有两路劈裂式极板,根据输出的电流信号可获得X射线束的强度和位置。前后两个单元同时监测,可使监测更为可靠。
2、设计了一套光束自动准直系统,该系统基于EPICS平台,可根据四象限BPM和一维位置灵敏电离室的读出信息实现光束线的自动准直功能。不需要操作人员手动,快速、准确,高效率,具有一定的先进性,为国内同步辐射光束线站的首次尝试。