质子加速器注入、引出磁铁电源的纹波抑制

在国产首台质子治疗示范装置研制项目中,质子加速器的注入、引出磁铁电源采用模块电源并联方式,但注入、引出磁铁的电感量较小不利于开关电源噪声抑制。为满足项目需要,提出了一种错相设计方案,并推导了三相错相的纹波归一化量值,理论上验证了方案的可行性。在此基础上,用MOSFET以H桥结构作为基本单元,采用3单元移相120°的方式构成模块电源。经测试,3台静磁切割磁铁电源开关纹波满足设计和使用要求,同时证实了电源拓扑结构的可行性。3台电源自投入使用以来,无故障可靠稳定运行20个月以上。     

质子治疗装置脉冲电源研制

上海质子治疗装置项目中质子注入系统凸轨磁铁需要脉冲电源励磁,要求两台电源脉冲峰值幅度可调和波形一致,且运行可靠。本文介绍了凸轨磁铁脉冲电源的设计和测试。脉冲电源电路采用LC串联谐振作为脉冲成形发生电路,电路设计可调电感用于调整波形脉宽。晶闸管为电流开关,快恢复二极管串联晶闸管弥补大功率晶闸管的关断延迟和下冲,并增加饱和电抗器抑制励磁电流反向电流尖峰。测试结果表明,当励磁电流峰值为3 732 A时,励磁电流触发抖动小于±25 ns,励磁电流峰值重复稳定度小于0.1%,反向电流尖峰下降为峰值电流的3.75%,快恢复二极管和饱和电感器对抑制励磁电流反冲的效果明显,满足了设计要求。     

中国散裂中子源快周期同步加速器磁铁电源系统的研究

目前正在进行可行性研究的中国散裂中子源的主体结构是1台强流质子同步加速器。该加速器的一期目标为注入能量70MeV、引出能量1.6GeV、束流功率100kW、循环工作频率25Hz。文章阐述系统总体结构的设计原则以及二极磁铁（B）和四极磁铁（Q）磁场的跟踪误差要求。     

基于FFT的超低纹波检测系统实验研究

超低纹波检测是超低纹波电源研制的重要条件,新型质子医疗加速器装置对其励磁电源的输出电流纹波提出了<10–6的性能指标要求。本文以数字化电源控制器为基础,提出了一种超低纹波电流检测方法,设计搭建了一个超低纹波检测系统,并进行了比对验证,最后利用此系统对典型的加速器磁铁电源进行了实际测试。测试和比对数据表明,此检测系统能够用于10–6数量级纹波电流的检测。     

300MeV/A H_2~+可变能量超导回旋加速器束流引出物理设计研究

针对单粒子效应测试对质子束能量的要求,中国原子能科学研究院设计了一台300 MeV/A H_2~+超导回旋加速器,该加速器使用超导线圈实现主磁铁小型化,剥离引出H_2~+离子获得可变能量的质子束。通过调节剥离点位置和分析剥离后质子的轨迹与束流包络,对该加速器引出过程的束流动力学进行了研究,完成了引出过程的物理设计。结果表明,此台加速器可在205~240 MeV、265~300 MeV内连续变能量引出质子,在更低能量范围内有单能量点引出质子的能力。     

基于EPICS的注入凸轨脉冲电源控制样机研制

中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）是一台高束流功率质子加速器,凸轨磁铁脉冲（BUMP）电源是CSNS注入系统的重要设备。根据CSNS工程建设的要求,需在预研阶段研制一套凸轨电源控制样机,用于研究和解决控制系统建造中的一些关键技术。注入凸轨电源样机通过横河公司生产的WE7000测量系统实现对脉冲电源的控制,根据物理设计需要可完成对电源的任意波形给定输出并实现对电源输出波形的回采显示。本文主要介绍了基于EPICS系统的WE7000设备驱动的开发,以及在此基础上研制的注入凸轨脉冲电源控制样机的应用。通过联机测试的结果表明,该样机满足对注入凸轨脉冲电源的控制要求,达到了预研目的。     

CYCIAE-50轴向注入系统和中心区研究

<正>中国原子能科学研究院正为中国科学院空间科学与应用研究中心建造一台50 MeV紧凑型回旋加速器CYCIAE-50。CYCIAE-50通过螺旋偏转板轴向注入30keV的负氢离子束,剥离引出可得到能量30～50 MeV、流强10μA的质子束。CYCIAE-50主磁铁采用直边扇结构,包括4对磁极,中心区磁场为0.9T。加速模式为四次谐波加     

Kicker高压充电电源设计

为满足强流重离子加速器高频率束流的注入引出需求,设计了一台Kicker高压大功率充电电源。电源采用串联谐振技术,实现了开关管零电流开通关断,充电电压0～20 kV范围内可调,平均充电速度为16 kJ/s,最大输出功率为32 kW。测试结果表明:实测波形与仿真结果一致,该电源满足强流重离子加速器注入引出系统的性能要求。     

HIRFL-CSR二极磁铁电源的研制

研制了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)二极磁铁电源,提出了一种基于晶闸管相控整流技术和IGBT脉宽调制(PWM)变换技术的同步加速器二极磁铁电源的设计方案,分析、仿真了其工作原理,并设计、生产了1套完整的电源样机。经现场试验、长期运行及测试,电流稳定度±5×10-5/8h,跟踪精度±2×10-4,电流纹波1×10-5。该方案满足HIRFL-CSR二极磁铁对电源技术指标的要求。     

HIRFL-CSR注入引出KICKER磁铁

以难度最大的快引出ＫＩＣＫＥＲ磁铁为例,介绍了兰州重离子加速器冷却储存环注入引出ＫＩＣＫＥＲ磁铁和电源设计的基本概念和所达到的指标。     

数字电源控制模块的设计

为加速器高精度磁铁稳流电源设计了数字电源控制模块DPSCM,以硬开关拓扑结构的磁铁电源作为被控对象,实现电源的全数字化控制。DPSCM以现场可编程门阵列FPGA为控制部件,实现对高精度ADC和DAC的控制,由数字调节器产生高精度数字脉宽调制信号,并实现电源的逻辑控制和联锁保护功能。通过模拟负载测试了DPSCM的基本功能,并在数字电源样机上测试了DPSCM长期运行的可靠性及稳定性,样机电源连续运行72h,电流稳定度优于5×10^-5。     

基于数字控制大功率整流电源的设计

针对典型的大功率整流电源,提出了一种基于数字控制的设计方案。通过对大功率中性束注入器离子源灯丝电源的方案设计和实验结果,验证了数字控制方案的可行性与优越性。由于数字控制方案的应用,使得灯丝电源的设计更加智能化和简单化,为相关的应用场合提供了参考。     

加速器磁铁电源的被控对象辨识模块设计

国内加速器磁铁电源的控制策略基本上以比例-积分-微分(Proportion-Integral-Derivative,PID)控制为主,对被控对象的处理是基于物理模型归纳传递函数,并在此基础上设计控制器。该方法受制于物理模型中元器件参数的不精确性和结构上的不确定性,更重要的是控制器设计一般不关注被控对象的内部机理而是其输入输出(Input-output,I/O)特性。本文提出一种可工作于电源数控平台上的辨识建模方法,其表现出了更好的实时性、适用性和通用性。借助一类子空间模型辨识方法(Multivariable Output Error State s Pace,MOESP),在现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上有针对性地设计模块,并使用可编程片上系统(System On a Programmable Chip,SOPC)集成软核处理器来完成数据处理和参数计算。基于北京正负电子对撞机II期(Beijing Electron Positron Collider II,BEPCII)和加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)磁铁电源数控平台的被控对象辨识模块已成功运用在BEPCII和ADS电源样机上。经过严格的测试表明,辨识模型可以对电源的实际输出电流作出较精确的预报。该辨识模块易于使用,为控制系统设计提供了关键信息,适用于各种特性的负载。     

Design and Analysis of the Poloidal Field Grid Power Supply System for the HT-7 Tokamak

This paper reports a new project - the poloidal field （PF） grid power supply system to replace the ac flywheel generator power supply system on the basis of the present running parameters of the HT-7 poloidal field and the short-circuit capacity of our transformer substation. The designed parameters of the PF grid power supply system have been verified to meet the requirements of the heating field （HF） and the vertical field （VF）. In the meantime, in order to reduce the disturbance to the local power grid, the device of reactive power and harmonic current compensation has been added. Experimental results have confirmed the feasibility of the PF grid power supply system. Compared with the ac flywheel generator, the PF grid power supply system has the advantages of lower noise, precise control, convenient maintenance, simple operation and cost savings.     

高精度磁铁电源的本地智能化控制

针对北京正负电子对撞机二期工程（BEPCII）对电源系统的要求,设计、研制了高精度磁铁稳流电源的本地智能控制器。电源电流给定值通过18位的D／A转换器AD760,电流值的回采通过24位的A／D转换器ADS1210实现。简要介绍了控制器软硬件的设计,并给出了控制器在电源工程样机上测试的数据,验证了设计的合理性和使用的可靠性。     

重离子加速器磁铁电源控制系统研制

重离子加速器通过一定周期的磁场对带电粒子进行约束,磁铁电源是产生所需磁场的关键部件,因此,要求磁铁电源控制系统具备高效性、稳定性、精确性。磁铁电源需按加速器运行周期进行响应运行。重离子加速器磁铁电源的时序必须严格按重离子加速器控制系统的控制时序进行控制。本工作研制了重离子加速器磁铁电源控制系统,通过磁铁电源控制器与同步时钟系统的通信进行控制时序的运行;通过与中央数据库的数据通信获取磁铁电源控制器所需的全部数据(如同步事例数据、波形数据等)。同步时钟信号一旦触发,磁铁电源控制器进行相应的数据获取并进行插值运算输出至磁铁电源进行控制。重离子加速器磁铁电源控制系统同步精度为1μs,实验平台测试控制器平台纹波精度为100ppm,能满足重离子加速器实验运行的要求。     

加速器自均衡稳流电源可靠性研究

大型加速器电源系统可靠工作对整个加速器的长期有效运行具有重要意义,在当前可实施的电源技术下,采用N+1模块化自均衡并联冗余电源可明显提高电源系统的可靠性。本文对这种结构的磁铁稳流电源进行了研发及可靠性分析,并对电源的可靠性进行了估算。结果表明,该电源1 a故障时间（MTTR）比单个模块少1/3;上半年的MTTR小于单个模块的1/2。N+1模块化自均衡并联冗余电源的故障率呈现前期低、后期高的特点,且这种电源在电源可靠度高时能展现更大的可靠性优势,是加速器电源的理想选择。