高能电子成像直线加速器低电平控制系统研制

为了能开展高能电子成像相关实验研究,中国科学院近代物理研究所建造了一台S波段的射频电子直线加速器。为保证实验用束流品质和加速器稳定运行的要求,设计了一套低电平控制系统,利用上下变频、IQ解调技术,实现了相位的反馈控制。本文介绍了低电平控制系统的设计及数字化算法的实现,给出了系统闭环实验的测试结果,实现相位控制精度达到±0.5°(峰峰值)和0.110 8°(均方根)。该系统利用成熟的商业化模拟微波器件和相关的PXI板卡实现,基于LabVIEW软件开发了相关的控制程序和界面,具有搭建方便、开发时间短、结构简单紧凑、易于使用和维护的特点。     

15-MeV电子直线加速器的低电平系统

15-MeV电子加速器驱动的光中子源装置(TMSR Photo-Neutron Source Phase 1,TPNS1)是专为钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor,TMSR)核数据测量设计和建造的。为保证直线加速器提供稳定的、高品质的束流,开发了基于可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)技术的低电平控制系统,利用上下变频、IQ(In-phase and Quadrature)调制解调技术实现了直线加速器幅度和相位的反馈控制。经测试,幅度和相位的控制精度达到±0.4%,可达±0.6°。长时间的运行表明,整个数字化环路的响应时间快,稳定性好,满足中子源装置的运行要求。     

高能电子成像直线加速器控制系统设计

针对近代物理研究所高能电子成像实验和电子直线加速器稳定运行的要求,基于实验物理与工业控制系统(EPICS)设计了一套直线加速器控制系统。首先介绍了控制系统的总体设计,然后较为全面地介绍了各子系统的硬件结构和软件开发,最后介绍了系统远程界面和测试结果。控制系统已经投入运行一年,运行过程中性能可靠稳定,满足电子直线加速器的控制要求。     

基于FPGA的电子直线加速器低电平系统前馈功能的实现

用于驱动光中子源装置(TMSR Photo-Neutron Source Phase1,TDSN1)的15 Me V直线加速器,由于腔体中瞬态束流负载效应的存在使得束团在经过腔体后头部的能量过高,会导致束流能散变大,降低了束流的传输效率。"数字前馈补偿"方法在原有的数字低电平控制系统的现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中加入前馈模块,通过直接削弱输入腔体的射频场的头部场强来达到降低束团头部能量的目的。实际数据表明,低电平系统前馈功能工作稳定,束流能散降低,束流的传输效率显著变高,克服了传统束流补偿法不能在大束团、高流强模式下工作的缺陷。     

新型加速器数字低电平系统射频前端设计

本文介绍了基于MicroTCA.4标准的新型宽带射频前端的设计。该射频前端可以实现300MHz~6 GHz频率范围内的下变频及50 MHz~6 GHz范围内的矢量调制上变频。同时射频前端具有可调衰减、温度监测、功率检波、IQ校准、板卡管理等功能。通过测试,板卡下变频端口间隔离度大于70d B,下变频线性区间大于35 d B,幅度误差小于0.03%,相位误差小于±0.03°;上变频载波泄露小于-45 d Bm,边带抑制大于50 d B。     

加速器质谱测量岩石样品中41Ca的初步研

⁴¹Ca在核天体物理及地质年代学方面可能具有较高的应用价值。为测量天然岩石样品中⁴¹Ca的本底水平,探讨了⁴¹Ca-AMS测量中岩石样品的CaF₂制备,提出了二次氟化的制备方法。在此基础上,通过对导电介质与靶锥的改进,设计了一种提高CaF^-₃束流引出强度的方案。该方案可有效提高CaF^-₃束流引出强度。实验结果表明,天然岩石样品中⁴¹Ca/⁴⁰Ca（⁴¹Ca、⁴⁰Ca原子个数比）的本底水平低于8×10^-14。     

用于回旋加速器低电平系统的通用软硬件系统设计与实现

针对回旋加速器射频系统幅度、相位、频率、自动启动逻辑、联锁保护、在线参数修改等控制需求,设计了一种用于回旋加速器低电平系统的软硬件系统。该系统的硬件基于ZYNQ系列FPGA和高速ADC及DAC。采用数字下变频技术实现了幅度、相位和调谐控制;采用数字电路实现了腔体打火的快速检测。幅度控制精度为0.015%,相位控制精度为0.04°。该系统充分发挥了数字低电平系统的全可编程优势,通过上位机修改参数即可适用于多种回旋加速器。     

用于制备高纯度123I的124Xe气体靶系统研制

在CIAE-30加速器上建立了用于制备高纯度¹²³I的¹²⁴Xe气体靶系统。该系统包括¹²⁴Xe气体靶站和与之相连的30 MeV质子束流传输线、靶密封窗和束流线真空窗的He冷却循环系统、水冷却系统、靶腔真空系统、¹²⁴Xe处理系统和¹²³I化学处理系统,以及外围的¹²⁴Xe气体保留系统、液氮传输系统、氦气配送系统和¹²⁴Xe气体补充系统,还有辐射防护和检测系统、加速器束流调节、测量和气体靶控制系统。系统调试及批量试生产结果显示,该系统生产¹²³I的批产能达111~148 GBq（3~4 Ci）,产额大于296 MBq/(μA•h) (8 mCi/(μA•h))。¹²³I核纯度大于99.8%,放化纯度大于95%,满足规模化生产的要求。     

高能γ光子成像针孔准直器的解析设计方法

在对高辐射环境进行射线源分布成像时,需要为γ相机设计专门的用于高能光子成像的针孔准直器。为了简化针孔准直器的设计过程,使用几个新的解析公式来描述准直器各参数与性能间的关系。首先,采用解析方法推导了更通用的有效孔径公式、角分辨率公式和几何相对效率公式;然后,与采用蒙特卡罗方法模拟计算得到的数值进行比较。结果表明,解析方法提供的计算结果在一定范围内准确可靠。因此,本工作使用的针孔准直器解析设计方法简单方便,物理图像清晰,具有一定的实用价值。     

10 MeV辐照电子直线加速器控制系统

本工作为1台10 MeV辐照用电子直线加速器研制控制系统。该控制系统采用分布式网络控制,由多个子系统构成。硬件采用SIEMENS PLC芯片和监控计算机,PLC间采用PROFIBUS、MPI等高速总线进行连接,与监控计算机采用以太网连接,使用TCP/IP协议,能在互联网上远程监视和维护,进行网络控制。软件采用STEP 7和C语言等编写,对各子系统及子系统间连接均采用独立的数据块和功能函数块。部分硬件功能由软件来实现,使得整个系统更易于测试、制造和维护升级。     

射频四极场加速器低能强束流传输注入系统的实验研究

对加速器驱动的次临界系统（ADS）的射频四极场（RFQ）加速器的低能强流束流传输系统进行实验研究,给出了在强流离子束束腰附近测量束流参数的方法,并测量了强流质子注入系统在RFQ入口处的束流参数。目前,该系统已成功地应用于强流射频四极场质子加速器中。     

基于数字信号处理器的数字式控制插卡

研制了用于加速器射频低电平系统的数字信号处理器(DSP)控制卡。该插卡使用两个数字信号处理器,实现了3路PID(比例-积分-微分)调整、在线参数整定等功能。与传统模拟控制相比,数字控制方式具有较高的灵活性,降低了100MeV加速器射频系统,特别是射频低电平系统开发的复杂程度。控制器输入级使用采样率为500kHz的18位高精度高速AD转换器,经测量,控制带宽高于20kHz。此数字控制器已用于100MeV加速器低电平控制系统试验原型。经测试,控制器增益及零点在控制器带宽内全程可调。     

医用回旋加速器高频控制系统设计

中国工程物理研究院流体物理研究所自主研制了用于医疗诊断的PET医用回旋加速器。为满足该医用回旋加速器安全、稳定运行的要求,采用了不带低电平控制功能的高频系统,避免了直接接触高压的危险。选用西门子的S7-1500可编程控制器为前端控制器,完成了系统工作频率的精确扫描,实现了高频系统相位稳定、幅度稳定、安全联锁等。该系统连续运行的结果表明：控制系统的设计满足加速器运行及调试要求,为系统的稳定运行提供了支撑。     

核电厂低功率时蒸汽发生器水位的模糊控制

本文针对压水堆核电厂在低功率运行时蒸汽发生器水位控制容易造成停堆的实际情况，提出了蒸汽流量的估算方法，设计了以模糊控制为核心的水位控制器。模糊控制器的输入信号是水位偏差，以及通过对核电厂中所测得的具有一定精度的变量进行综合计算得出的流量偏差，它们的隶属度函数分别由流量偏差和水位偏差决定。分析表明，该控制器在核电厂低功率运行时能够有效的控制蒸汽发生器水位．可避免水位的大幅度脉动与紧急停堆，对提高的可用性、减少不必要的停堆有积极的意义与工程实用价值。     

用于回旋加速器射频低电平系统的通用DSP固件程序设计

针对回旋加速器射频系统幅度、相位、启动逻辑、联锁保护、在线参数修改等控制需求,编写了一种基于有限状态机的通用DSP固件程序。该固件程序将射频系统启动过程划分为5个状态:封锁RF信号、搜索腔体谐振点、提升射频功率、匹配相位、幅相闭环控制。该固件程序通过串口与本地上位机和远程控制机进行实时通信,支持在线修改射频系统启动参数;采用异步事件驱动方式,实现对打火和反射功率过大等异常情况快速响应。该固件程序成功应用于CYCIAE-100回旋加速器射频低电平系统中,在CYCIAE-100回旋加速器调束过程中,完成了射频系统的启动控制和设备保护,满足加速器控制系统的需求。     

核电厂高压给水加热器应急疏水阀控制方案改进及应用

核电厂高压给水加热器系统的应急疏水阀用于加热器的水位控制。本文根据某核电厂的经验反馈，对CPR100机组应急疏水阀的控制逻辑进行优化。试验结果表明，优化后的控制方案实施效果良好，高压给水加热器水位在瞬态过程中的较大扰动下能迅速稳定。     

基于BDMP的核电厂蒸汽发生器水位控制系统可靠性评价

数字化仪表与控制系统(DICS)已广泛应用于核电厂安全/非安全相关的系统中。作为中枢神经系统,DICS的可靠性对核电厂运行过程的操作和维护至关重要。基于蒸汽发生器水位控制系统（SGWLCS）的结构和控制逻辑,采用布尔逻辑驱动的马尔科夫过程（BDMP)方法对系统进行了评价,分别得到可修复系统与不可修复系统随仿真步长增加的累积分布概率（CDP）。通过KB3搭建了BDMP模型,通过蒙特卡罗仿真软件YAMS对搭建的系统进行生产力分析,定量化分析出系统随仿真步长增加的CDP的变化趋势,以此计算系统的失效概率。通过对系统各组件的敏感性分析可直观得到各组件对系统的重要度影响。