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     

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超导回旋加速器磁场测量系统进展

正等时性是衡量一台回旋加速器的关键指标,需通过磁场测量评估。230 MeV回旋加速器要求测量的磁场范围为径向0～85cm、角向0°～360°的中心平面,最高磁场强度约为4.0T,要求的磁场测量精度为5×10~(-5)。计划采用感应线圈探头磁能量法进行磁场测量。目前,230 MeV超导回旋加速器磁场测量系统的主要进展如下。1完成磁场测量机械装置的研制测磁仪机械装置用于支撑测量设备和其他硬件,如图1所示。装置实现NMR探头伸入中心平面,获     

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     

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。     

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。     

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。     

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     

230 MeV质子束经降能器后散射特性的数值模拟

正进行质子治疗时,根据肿瘤本身的深度和厚度,可选用不同能量的质子。目前都采用质子通过介质,在介质中受阻而降低本身速度,从而达到降能的目的。为了分析束流通过不同材料降能器后散射特性,首先进行了理论上的数值计算,再使用MonteCarlo软件FLUKA和SRIM进行模拟,并与理论计算结果进行比较。模拟内容包括降能器厚度、能散、传输效率和发射度增长,材料包括现通常使用的石墨、铍和碳化硼。通过对模拟结果的分析,得到以下结论:230 MeV质子束降能器降至不同能量所需降能器厚度,铍和石墨无明显差异,比碳化硼高出约     

100MeV回旋加速器中心区结构设计

中国原子能科学研究院建成了100 MeV紧凑型强流质子回旋加速器,其引出能量为75~100 MeV,流强为200μA。安装在回旋加速器狭小磁极气隙的中心区与螺旋静电偏转板是关键部件,其结构设计涉及磁场、高频电场、高压静电场、真空、传热等方面。本文介绍了中心区与螺旋静电偏转板的结构设计及使用情况。在设计过程中,采取加大绝缘距离、优化高频连接结构、增加杂散束流阻拦装置等措施,解决了中心区与螺旋静电偏转板在强流注入时可靠工作的问题。本文对螺旋偏转板进行了传热分析,得出了该螺旋偏转板在强流束注入时的温度分布。设计的中心区和螺旋偏转板已安装在加速器上,20μA/100 MeV的引出束流通过了12h稳定性测试,在加速器测试过程中,中心区工作稳定可靠。     

10 MeV电子加速器X射线能谱模拟研究

本文建立了10 Mev电子轰击铅靶、铁靶、铝靶产生x射线的几何模型,使用蒙特卡罗程序模拟计算得到了0°~180°方向上产生的x射线能谱和O°、90°、180°方向上的剂量率发射常数。模拟结果表明剂量率发射常数具有明显的方向性,0°方向轰击铅靶最高,随着靶材原子序数的降低或角度的增大而减小;0°方向的X射线能谱最硬,随着靶材原子序数的降低或角度的增大而逐渐变软。     

100 MeV回旋加速器质量控制

100 MeV回旋加速器是中国原子能科学研究院(CIAE)串列加速器升级工程(BRIF)中最主要的工艺系统,技术要求高,系统复杂,质量控制难度大。为保证回旋加速器顺利出束,采取了一系列管理和技术措施,保证回旋加速器的质量,尤其对主要的工艺设备(离子源、主磁铁、高频系统、真空系统等),在设计、制造、安装调试各阶段均采取了有效方法实施控制,并取得成功。