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。     

230 MeV超导回旋加速器高频低电平系统设计与桌面实验研究

中国原子能科学研究院正在研发一台230 MeV医用超导回旋加速器,用于天津肿瘤医院的质子治疗项目。为满足加速器高频系统的腔体负载Dee电压稳定度、高频频率稳定度及加速电压幅度平衡度的要求,本文研制一套包含模拟数字混合型幅度环、数字型调谐环和数字型电压平衡环3个环路的低电平控制系统。该低电平系统通过串口与上位机进行通信,以实现本地调试;利用Profibus-DP通信协议,实现低电平系统和PLC组网的交互通信。在1个缩比例无氧铜实验腔体上完成了低电平系统低功率桌面实验与联合调试,验证了电压调平衡算法的有效性,并实现了低电平控制系统的一键启动,无需人工干预,满足了加速器高频系统对低电平控制系统的需求。     

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。     

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。     

回旋加速器束流输运系统离子光学特性分析

为了提高束流在输运系统中的传输效率,改善靶点的束斑特性,本文用TRANSPORT程序对四川大学回旋加速器束流传输系统的光学特性进行了计算和分析。 TRANSPORT是采用矩阵方法计算带电粒子束在输运系统中光学特性的通用计算机程序,并能利用非线性最小二乘法和耦合系数方法对系统参数实行优化,广泛用于束流传输系     

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。     

强流质子回旋加速器射频功率源级间功率稳定性研究

本文对强流质子回旋加速器射频功率源固态放大组合与电子管末级间的功率稳定性进行了研究和分析,针对实验中表现出来的不稳定现象进行了计算和仿真。结果表明,灯丝在室温和运行状态下所导致的级间电压驻波比系数（VSWR）分别为1.06和6.89;末级输入调节电容随平行板电容间距变化过于剧烈。通过阻抗匹配仿真、三维电磁场仿真及实验研究解决了由灯丝阻抗变化导致的末级输入端VSWR过大问题,并将输入调节电容的敏感度由每0.5 mm改变10 pF降至每5 mm改变1 pF。     

强流回旋加速器射频功率源末级谐振放大器的研制

为适应强流回旋加速器综合实验装置强流束调束需求,开展了对射频系统中功率源的末级谐振放大器的研制。功率源末级谐振放大器采用阴极驱动模式的三级真空电子管作为核心放大器件,充分地考虑了输入阻抗、输出调谐和输出耦合的调节需求,通过射频电路仿真和三维电磁场仿真等手段实现了对末级谐振放大器各参数的仿真。网络分析仪对末级谐振放大器的各项参数的测量表明:制造结果与设计参数高度一致;示波器对末级谐振放大器进行实验测试表明:8h假负载考验中功率稳定度好于1%,输出效率达70%,可为强流回旋加速器综合实验装置强流束调试提供射频功率的技术支持。     

CYCIAE-100回旋加速器射频低电平系统嵌入式IOC设计

为对CYCIAE-100回旋加速器射频系统进行远程监测与控制,实现与CYCIAE-100回旋加速器主控制系统的联锁,研制了一种基于ARM9系列处理器的嵌入式IOC。该嵌入式IOC运行Linux操作系统,使用EPICS建立了IOC作为控制软件。通过软、硬件协同设计,扩展了ARM9系列处理器的SPI从设备数量,开发了ADC和DAC设备的Linux驱动程序和EPICS设备驱动程序。使用Python语言开发了EPICS串口设备支持程序。经过长期运行考验,该嵌入式IOC稳定可靠,满足远程监测和控制的需求。     

230 MeV超导回旋加速器高频腔体的研制

中国原子能科学研究院目前正在研制一台用于质子治疗的230 MeV超导回旋加速器。本文设计用于230 MeV超导回旋加速器的高频腔体,其采用螺旋结构,由4个腔体组成,高频系统采用二次谐波加速,高频腔体工作频率约71.25 MHz。4个半波长的电容加载型谐振腔工作于Push-Pull模式,其中两个腔体在中心平面直连,另外两个腔体在中心区下方使用过桥连接,两组腔体之间存在电容耦合,相差180°。在腔体的设计过程中,采用计算机对4腔体进行联合仿真,经优化后,腔体加速电压分布在中心区部分的为75 kV,大半径部分的提升至110 kV,腔体的无载品质因数仿真结果约8 800。为保证腔体的高频性能,腔体主体材料采用无氧铜材料,其加工难度在于上、下外壳需分别焊接成一个整体,同时要控制其形变量。目前,腔体已完成加工,单个腔体的无载品质因数的测试表明,腔体的无载品质因数均好于7 000,满足要求。     

70 MHz回旋加速器谐振腔高频性能的数值研究

介绍了用数值模拟手段设计加速腔体的方法。在设计70MHz回旋加速器谐振腔的过程中，为满足回旋加速器磁铁的结构要求，对高频频率、Q值等高频参数进行了研究。在设计阶段，应用基于有限元方法的程序对高频实验进行模拟计算。回旋加速器腔体的初步设计结果将用于最终物理设计和工程设计。     

100 MeV强流质子回旋加速器超高真空系统研制

中国原子能科学研究院建成了一台强流质子回旋加速器,其引出能量为100 MeV,流强为200 μA。为减小粒子加速时束流损失的目的,其粒子加速腔内工作真空度要求为6.7×10^-6 Pa。由于是紧凑型加速器结构,该加速器能提供给真空系统利用的通路有限,为此主真空系统设计为内置式低温冷板结合商业低温泵的排气方案以增加系统整体的抽气能力。设计、加工完成的真空系统已成功应用于100 MeV强流质子回旋加速器上,为加速器的束流调试和正常供束提供了有利的保障。     

CYCIAE-100回旋加速器质子照相束流线控制系统的研制

为了对质子照相束流线设备进行远程监测与控制,实现束流线各子系统的安全联锁功能,研制了一套采用标准控制模型结构的分布式EPICS控制系统。该控制系统通过PLC组态实现了开关逻辑设备的安全联锁及工艺流程控制。核心控制系统采用EPICS建立了多个IOC作为控制器。针对不同CPU构架下的服务器搭建了交叉编译环境。针对数字电源设备与真空仪表设备使用StreamDevice完成设备驱动及通信协议的开发,并通过建立IOC动态数据库,实现了IOC对流设备和PLC信号的监测与控制功能。使用CSS设计OPI,实现了上位机对EPICS IOC中数据的透明访问。该束流线控制系统已成功应用于CYCIAE-100回旋加速器的质子照相物理实验中。通过长时间的运行,控制系统的可靠性、安全性得到了验证。控制系统的稳定运行,为质子照相实验的开展奠定了基础,对类似的控制系统研制具有一定的参考价值。     

EAST离子回旋加热系统高功率射频放大器阳极电源的研制

离子回旋共振加热是EAST超导托卡马克核聚变实验中重要的辅助加热手段。高性能的高功率射频放大器阳极电源对整个加热系统的稳定运行起重要作用。本工作设计了基于脉冲阶梯调制（PSM）技术的阳极电源及其控制保护系统,通过采集电源的实验数据对电源的设计进行了验证。实验结果证明,本阳极电源的设计和参数选择均是合理正确的,电源的开通和关断以及控制保护的数据指标完全达到设计要求。