230MeV超导回旋加速器磁场测量装置

<正>磁场等时性和聚焦性是衡量230 MeV超导回旋加速器性能优劣的关键指标之一,其判断标准必须通过测量加速器中心平面磁场来确定。为得到准确可靠的磁场测量数据,本文设计了一套能同时搭载霍尔探头和感应线圈两种测量方式的磁场测量装置。该套磁场测量装置包括核磁共振探头驱动机构、角向驱动及定位机构、径向驱动及定位机构、搭载霍尔探头和感应线圈的滑动机构、测量臂和     

230 MeV超导回旋加速器磁场测量仪试验台架的研制

正磁场等时性和聚焦性是衡量一台加速器性能优劣的关键指标之一,其判断必须通过磁场测量完成,根据项目进展,目前主要部件已加工完成,需要进行装配测试。为了在开展最终测磁前对相关技术进行验证,最大程度上减小项目的风险,需要加工一台磁场测量装置支撑台架。支撑台架主要用来支撑磁场测量装置,并配套中心孔和旁轴孔,进行中心轴和旁轴的安装,满足测量仪整体安装和控制系统调试的要求。在没有加速器磁铁的情况下,整套系统需要在支撑台架上安装。支撑台架起到模拟加速器磁     

230MeV超导质子回旋加速器及治疗端研制进展

正在已建成的100 MeV强流回旋加速器技术基础上开展了230 MeV超导等时性回旋加速器关键技术研制,包括降能器设计、束流输运线技术和治疗端的前期技术研究,以研制出我国具有自主知识产权的230MeV医用超导回旋加速器及束流输运线、旋转机架、治疗头等治疗端放疗装备。     

230 MeV超导回旋加速器轴向偏转板物理设计

正在230 MeV超导回旋加速器的高频腔头部放有一件轴向偏转板,用于实现束流的快速通断,在相对的高频腔头部内侧位置放有配套的准直器。轴向偏转板在粒子轨迹前几圈起作用,对粒子施加轴向动量,粒子同时受固有的轴向振荡和偏转板电场力的作用,当粒子的轴向坐标过大时,在准直器上损失掉。轴向偏转板的角度约为30°,在计算程序中添加电场分布较为困难,因此将偏转板的作用视为δ函数。粒子每次运动到偏转板中心的方位角时,附加1个轴向动量并继续跟踪。偏转板的电压、准直器的孔径均会影响粒子通过准直器的效率。     

230 MeV超导回旋加速器测磁线圈校准

正磁场测量与垫补系统是230 MeV超导质子回旋加速器主磁铁系统的子系统之一。目前,230 MeV超导质子回旋加速器主磁铁、线圈、配套电源均已完成加工,磁场测量工作即将展开。磁能量法是加速器中常用的磁场测量方法。磁能量法原理简单,但误差来源较丰富,需要对感应线圈探头的面积进行标定。利用回旋加速器研究设计中心临时厂房的标准C型二极铁提供高均匀度磁场,校准时利用NMR测量探头进行磁场标定。通过多次校准,经计算后取平均值可得到感应线圈的面积与厂家所     

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。     

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。     

230 MeV超导回旋加速器超导线圈系统运抵原子能院

正230 MeV超导质子回旋加速器的超导线圈系统采用液氦零挥发的冷却方式,由线圈绕组、低温恒温器、低温制冷机、液氦阀箱,以及真空系统、电源系统及失超保护系统组成。经过近一年半的艰苦攻关,超导线圈系统于2016年12月初在加工厂家完成了装配及过程中的一系列测试,超导磁体经过液氮及液氦淋浴降温,经过不到1周时间线圈降温到4.2K,如图1所示。超导线圈系统一次性成功励磁到场,并完成了不带铁芯的磁场测量与理论设计的磁场吻合。并于2017年的1月完成了源地验收。之后又进     

230 MeV超导回旋加速器引出静电偏转板电场模拟

正在230 MeV超导质子回旋加速器中,需要在引出区放置两个静电偏转板来引出束流。由于加速器结构紧凑,留给偏转板的空间十分狭小,若设计不合理,静电偏转板将极易发生高压打火。为此,采用三维有限元模型模拟出静电偏转板的三维电场分布,给出最有可能打火的位置,为静电偏转板的优化提供参考,最终提高加速器的运行稳定性。静电偏转板的模型如图1所示,电极材料为钛、切割板材料为钽、外框材料为铝、盖板材料为     

230 MeV超导回旋加速器Trim-rod驱动系统测试实验方案

正在230 MeV超导回旋加速器的中心区,为了最小化参考粒子的径向振荡,需要使用磁场调节棒(Trim-rod)产生一定幅值和相位一次谐波,修正参考粒子的径向位置。磁场调节棒通过步进电机驱动上下移动,因此实现对步进电机良好的控制显得十分必要。步进电机驱动器和控制器到步进电机的距离约为50m,因此驱动脉冲及传感器的反馈信号直接影响步进电机的控制性能。因此设计了一套Trim-rod驱动系统测试50m电缆长时的反馈信号衰减情况,测试实验方案如图1所示。本方案采用具有编程和调试功能的智能型步     

230 MeV超导回旋加速器降能器中子能谱模拟

正在质子治疗系统中,回旋加速器产生的质子能量为230 MeV,最大流强为1μA,但是在治疗终端需要的质子能量在230～70 MeV之间,因此需配套建设能量选择系统,以便获得能量连续可调的质子束流。降能器是能量选择系统的核心部件,质子穿过降能器时与降能器材料发生相互作用而损失能量,会产生较强的辐射场,其中中子辐射占主要地位,在辐射防护过程中对屏蔽外剂量贡献也主要由高能中子引起,因此在设计降能器时对中子能谱分布十分关注。为了获得较为详尽的中子能谱分布,采用蒙     

230 MeV超导质子回旋加速器引出静电偏转板高压试验

<正>230 MeV超导质子回旋加速器采用共振进动加静电偏转板、磁通道的引出方式。2019年5月,230MeV超导质子回旋加速器静电引出偏转板正式件加工完成,加工件包括偏转板两套、电极共4个、分钛材料及铝材料表面阳极化处理两种电极。2019年6月,对上述两种偏转板电极开展高压锻炼试验,试验过程如下。1)第1阶段试验回路仍采用原方案,串联的限流电阻和并联的滤波电容仍为原来的1MΩ、540pF的高压元器件(图1)。按照5kV递进,在漏电流稳定时     

230MeV超导质子回旋加速器超导磁体的预冷与降温

正230MeV超导质子回旋加速器主要由主磁铁、超导磁体、高频系统、离子源系统、引出系统等多个子系统组成,旨在制造一台能用于临床质子治疗的高性能超导回旋加速器。超导磁体的结构示于图1,由超导线圈组件、冷屏、阀箱、低温恒温器、低温传输管线、线圈支撑杆和失超保护系统等组成。     

230 MeV超导质子回旋加速器及治疗端放疗装备研究项目进展

<正>回旋加速器研究设计中心(以下简称回旋中心)承担的"230 MeV超导质子回旋加速器及治疗端放疗装备研制"是核能开发项目,是围绕质子治疗系统的重大产业化工程,具有工期紧、任务重、技术难度大等特点。该项目旨在发展具有自主知识产权的新一代放射治疗设备,逐步实现重大疾病的诊断和治疗设备的国产化。2019年是治疗端放疗装备关键技术突破的关键年,回旋中心团队完成了治疗端放疗设备关键技术突破。     

14 MeV医用小型回旋加速器磁场测量

<正>为满足恶性肿瘤、心脑血管等医疗行业重大疾病早期诊断的需求,回旋加速器研究设计中心正研制一台用于硼中子治疗(BNCT)的14 MeV医用回旋加速器。加速器主磁铁采用紧凑型结构,选择4叶片直边扇形磁极,引出束流强度为1mA,针对BNCT医用小型回旋加速器结构特点,采用一套全自动化的磁场测量系统对其进行磁场测量与垫补。     

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。     

19 100MeV紧凑型回旋加速器主磁铁的磁场测量系统方案设计

紧凑型的回旋加速器的磁场分布范围跨度较大，且对磁场测量的精度要求较高，磁场的测量误差直接影响到后续主磁铁的镶条垫补。磁场测量系统主要用于主磁铁中心平面上磁场分布的测量，对主磁场的测量精度及测量点相对位置精度要求极高，磁场偏离理想场的微小误差对粒子束流的运动有相当大的影响。磁场测量点的选取采用极坐标，最后给出磁场值的极坐标点分布结果。     

230 MeV超导回旋加速器引出静电偏转板实验装置水冷管设计与焊接

正230 MeV超导回旋加速器引出静电偏转板主要是由切割板和负高压电极组成,两者之间产生均匀度非常高的电场,使得粒子迅速偏离边缘场被引出。考虑到切割板入口处束流损失较为明显,因此设计过程采用高熔点的钽金属材料,但是钽的导热性较差,机械设计考虑利用切割板压板结构实现水冷降温。其加工难点在于水冷管与压板结构之间的焊接,焊接部件均为异性,且焊接后不可加工。切割板采用0.3mm钽片,并在其入口处进行抛光达到0.1mm的设计要求,其压板结构第一要     

SC200超导回旋加速器磁场垫补方法研究

考虑磁铁材料的非线性、不均匀性以及有限元数值计算的精度有限,在设计主磁铁时都留有一定裕量,在完成磁铁加工组装后,根据磁场的实际测量结果对磁铁进行垫补获得理想的目标磁场分布,这样可以保证工程稳妥实施。因此磁铁垫补是加速器主磁铁设计制造的一个重要环节。本文基于SC200主磁铁模型,利用有限元分析软件TOSCA,首先研究了不同的磁极切削参数对中平面主磁场的响应影响;其次考虑到相邻切槽对中平面磁场影响的叠加效应,从理论上推导出一种求解垫补量的方法;最后通过模拟的方法验证了磁场垫补的可行性,为将来实际磁场垫补提供了有效的依据。