Russia, Pskov, Pskov polytechnical institute SPbGTU, e-mail: belov@ppi.psc.ru, ppi@ppi.psc.ru

In the report the structure and features of operation of the trained system of the analysis power spectrum neutral atoms containing in the structure a source of unknowns of particles, time-of-flight analyzer, data processing system, system of creation of images, information base of standard images of sources of particles and dynamic consulting model is circumscribed.

Россия, Псков, Псковский политехнический институт СПбГТУ,

e-mail: belov@ppi.psc.ru, ppi@ppi.psc.ru

В докладе описана структура и особенности функционирования обучаемой системы анализа энергетического спектра нейтральных атомов, содержащая в своем составе источник неизвестных частиц, время-пролетный анализатор, системe обработки данных, систему формирования образов, информационную базу эталонных образов источников частиц и динамическую экспертную систему.

При проведении научных экспериментов, связанных с применением плазмы, существует необходимость измерения энергетических параметров медленных потоков атомов. Одним из направлений диагностики плазмы при этом является корпускулярный анализ излучаемых ею частиц. Использование методов диагностики заряженных частиц невозможно в силу наличия в плазменных установках сильных магнитных полей, по этим причинам при определении энергетического спектра следует использовать методы анализа нейтральных частиц, базирующиеся на измерении абсолютной энергии потока и распределении атомов по энергиям.

Традиционно при анализе энергетического спектра нейтральных атомов используется метод "обдирки" нейтральных атомов с последующим анализом в скрещенных электрических и магнитных полях. Однако эффективность этого метода резко снижается при энергиях атомов менее 100 эВ из-за малого сечения ионизации. В этом случае для измерения спектра энергии нейтральных атомов в интервале энергий 10…1000 эВ целесообразно использовать время-пролетный метод. Суть метода в следующем.

Из потока нейтральных частиц с помощью специального барабана со щелями, вращающегося с большой частотой, отсекаются порции атомов. Измеряя время пролета порций частиц от прерывателя до детектора можно судить об энергии нейтральных атомов.

Используя время-пролетный метод можно построить интеллектуальную систему для анализа энергетического спектра потоков нейтральных атомов и тем самым решить множество задач, связанных с диагностикой и анализом неизвестных источников частиц, спектральным анализом неизвестных материалов и т.п. Структура такой системы имеет вид, подобный представленной на рис.1.

Рис.1. Структура интеллектуальной системы анализа энергетического спектра нейтральных атомов.

Подключив к время-пролетному анализатору и детектору систему обработки данных, можно на основании полученных сведений сформировать образ источника атомов, описывающий энергетические параметры отдельных порций атомов, распределение энергий в пучке, средний атомный вес частиц и т.п. Этот образ поступает в динамическую экспертную систему, где он сравнивается с некоторым эталонными образами источников атомов, которые хранятся в информационной базе "Эталонные образы источников".. В информационной базе хранятся не только эталоны, но также знания о возможных отклонениях от него, алгоритмах обработки информации в случае отсутствия соответствующих эталонов и т.д. Экспертная система в конечном итоге и принимает решение о том, какому эталону соответствует образ анализируемого источника нейтральных частиц, то есть по существу она дает заключение об атомном составе пучка, о составе материала источника частиц, его энергетических свойствах и т.п.

Перед началом эксплуатации система анализа энергетического спектра нейтральных атомов обязательно проходит первичное обучение. Процедура обучения состоит в следующем. В качестве источника частиц устанавливается управляемый источник известных атомов, с известными энергетическими свойствами. Далее, замкнув цепь управления источником частиц на экспертную системы и запустив время-пролетный анализатор, снимаются первичные данные об энергетических свойствах пучков-сгустков атомов при определенных состояниях управляющих сигналов и соответствующих им параметрах потока частиц, излучаемого калибровочным источником. Результаты анализа фиксируются в информационной базе. Изменяя параметры источника атомов по определенным алгоритмам можно получить достаточно полную картину о временных параметрах пролета порций частиц от прерывателя до детектора при различных начальных энергиях атомных пучков. В конечном итоге в информационной базе формируется достаточно полный образ источника конкретных атомов, который в дальнейшем и считается эталоном при анализе параметров неизвестных частиц, излучаемых неуправляемым проверяемым источником.

Устанавливая поочередно несколько разных калибровочных источников частиц, обучаем систему и заполняем информационную базу столькими эталонами, сколько необходимо в зависимости от области применения данного анализатора. При обучении системы необходимо также ввести в базу знаний пределы допустимых отклонений от эталона, алгоритмы склеивания нескольких эталонов в композиционный эталон для случаев анализа не моноатомных источников, алгоритмы экстраполяции образов в случае отсутствия эталонов и т.п.

После первичного обучения система анализа спектра готова к эксплуатации. Следует отметить, что подобная структура позволяет легко переобучить систему на анализ других материалов, других атомных пучков путем замены эталонов в информационной базе либо с использованием встроенных средств, либо путем переноса эталонов из другой аналогичной системы. Кроме того, в процессе нормального функционирования системы анализа спектра всегда имеется возможность пополнения базы знаний новыми эталонами; новыми алгоритмами обработки данных; уточнения и коррекции отдельных эталонов. Также эталонные образы отдельных источников можно пополнять дополнительными компонентами, полученными как извне из других систем аналогичного назначения, так и при работе самой системы при проведении анализа источников известных частиц с известными энергетическими свойствами.