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。     

18 CYCIAE-100回旋加速器主磁铁电磁力和形变的数值模拟

在CYCIAE-100回旋加速器的整体设计中，满足各种束流动力学要求的磁场分布的实现是最为关键的环节之一。在紧凑型回旋加速器中，磁铁的形变将严重影响中心平面及其附近的磁场分布。导致磁铁变形的主要因素有磁铁自身的重力、电磁力和外界的大气压力。其中对于重力和电磁力引起的磁铁形变，如果变形足够小，可留待磁场测量和垫补阶段处理；如果变形较大，则需在设计阶段对气隙的结构尺寸加以补偿。而对于大气压力引起的磁铁变形，由于磁场测量是在非真空条件下进行，因此需详细分析这样的变形对磁场的影响，为大气下测磁数据的真空校正处理提供依据。总之，主磁铁的结构力学研究对于CYCIAE-100最终磁场达到高的精度有重要意义。     

17 热应变引起CYCIAE-100回旋加速器磁场变化的初步计算

在紧凑型强流回旋加速器长时间运行过程中，由于需给位于真空室内部的高频谐振腔馈入高的高频功率，其中部分高频功率用于加速束流，部分由冷却水带走，但仍由于高频泄漏、冷却效率等原因，会导致磁极温度的慢漂移，在1994年建成的30MeV回旋加速器的运行过程中已注意到这样的效应，磁铁温度的变化大约为25℃。磁极温度的慢漂移所产生的热应力，使磁极热膨胀，磁极间隙变小，磁场发生变化，所以需定量研究温升变化对磁场的影响。     

CYCIAE-30回旋加速器主磁铁液压举升系统

研究设计了CYCIAE-30回旋加速器主磁铁液压举升系统的油路结构和控制系统,并说明了它的工作原理.6年来的实际使用情况证明,该系统各项功能指标均达到了设计时的要求;油缸的实际最大工作行程为850 mm,8个齐缝定位销回位重复定位精度为±0.01 mm,两油缸同步精度可控制在5～10 mm.该系统运行安全可靠,操作简便灵活.     

10 CYCIAE-100 MeV回旋加速器机械工程介绍

CYCIAE-100MeV回旋加速器非标机械结构主要包括离子源、轴向注入、中心区、高频腔体、频率自动微调、高频功率馈入、剥离靶引出、磁场调谐系统、对中线圈、径向束流探针、真空系统、相位探测系统、磁场测量系统、主线圈、束流诊断系统、束流调试靶、质子管道及传输元件、举升系统、运输安装与调节系统等。     

Mapper Design for CYCIAE-100 Project

There is a big range of magnetic field in the compact cyclotron, and the error caused by magnetic measurement in the main field will directly affect the shimming to magnetic field. Above all, in view of the fact that the tiny error deviating from the ideal field will exert a severe influence on the beam, it is critical to raise the precision of measurement to a high level.     

Beam Dynamics Study for CYCIAE-100

To meet the need of the installation of the RF cavities, the hill gap is increased from 5 cm to 6 cm in the central region, and from 4 cm to -5 cm at the outer region so as to provide space for the RF liner. In the meantime, the space between the hills in the central region brings an easier engineering design of the centering coils. However, for such kind of compact machine, the fringe field at both sides of the sector magnet is quite important for the vertical focusing. So, the basic geometry is studied again and the field distribution is produced for beam dynamics study.     

CYCIAE-100回旋加速器低温冷板参数的蒙特卡罗模拟

基于气体分子运动理论建立了气体分子与低温冷板的碰撞模型,用蒙特卡罗方法模拟了放置在CYCIAE-100回旋加速器主磁铁谷区的低温冷板粘附概率、传输概率等参数,并计算其捕获系数。根据模拟计算结果设计加工了低温冷板及其性能测试罩,对低温冷板的抽速性能进行测试。抽速测试结果表明,用蒙特卡罗方法模拟的低温冷板参数与测试结果符合较好,相对误差为2%。     

Magnet Design and Construction Preparation for CYCIAE-100

As the hill gap is required to increase by -1 cm due to the installation of RF, centering coils, beam diagnostics and etc., several adjusted geometries of the main magnet are investigated numerically and the new magnetic field distribution is provided for beam dynamics study in both acceleration and central region. Obviously, many key parameters of the magnet, e.g. the profile of hill gap, shimming bar, central plug, have to be re-designed while the excitation current is adjusted. In the year 2005, the basic geometry and its field distribution design were fixed, and many engineering aspects were in progress, including the mechanical structure design and construction preparation.     

100 MeV回旋加速器中心区实验台架主磁铁的测磁仪和磁场测量与垫补

100MeV回旋加速器中心区实验台架是用于加速负氢离子的紧凑型回旋加速器装置，它的中心平面磁场分布范围跨度较大，要求作为检测磁场分布和磁场垫补惟一手段的磁场测量应具有很高的精度、稳定性和重复性。     

100 MeV强流质子回旋加速器剥离靶驱动控制系统研制

100 MeV强流质子回旋加速器(CYCIAE-100)加速负氢离子,引出系统为电荷交换方式的双向剥离引出系统,剥离靶是引出系统的核心装置。剥离靶系统四维联动定位精度要求高。为满足剥离靶驱动控制系统要求,采用了PLC控制驱动电路,读取位置反馈信号,对运动控制形成负反馈闭环的控制方法,实现了引出系统的各项运动控制要求并达到了设计指标。经调试,该加速器于2014年7月首次成功引出75~100 MeV质子束流,引出效率达99%以上。剥离靶驱动控制系统经加工调试,满足引出系统的各项技术要求,目前已投入运行2 a,可靠性得到了验证。     

CYCIAE-100 Cyclotron Beamdump Beam Line Control System

<正>The CYCIAE-100 cyclotron Beamdump beam line will realize the acceptance and debugging of the beam strength of 200μA at the end of2017,and the beam collector will be stabilized at the Beamdump beam collector to the beam intensity 204.65μA.The control system of the CYCIAE-100cyclotron Beamdump beam system     

CYCIAE-100紧凑型回旋加速器低温板排气系统理论和实验研究

根据CYCIAE-100紧凑型回旋加速器的结构特点,设计了一套大抽速低温板排气系统,插入到CYCIAE-100紧凑型回旋加速器主磁铁谷区中,该套排气系统将使CYCIAE-100紧凑型回旋加速器加速腔内真空度好于5×10^-6 Pa。目前该套低温板排气系统已设计完成,用Monte-Carlo方法对其进行了优化,并进行了加工、安装和初步调试,调试时低温冷板上温度达19 K,CYCIAE-100紧凑型回旋加速器加速腔内真空度达到8×10^-6 Pa。     

CYCIAE-30医用回旋加速器束流输运系统升级改造

在中国原子能科学研究院CYCIAE－30医用回旋加速器现有的束流输运系统的基础上，根据气体靶生产新品种医用同位素的技术要求，用TRACE－3D对束流输运系统的升级改造方案进行设计，包括束流线的总体布局和光学设计。根据束流光学设计的结果，〖JP3〗设计了新增束流线的磁四极透镜和偏转磁铁。     

100MeV强流回旋加速器径向靶的研制

在100MeV强流回旋加速器调试过程中,需对束流在加速器内的轴向和径向参数进行测量。径向靶系统是束流诊断系统中用于获取上述参数的主要部件,本文研制了3套阻挡式径向靶系统,并安装到加速器主体,获得了束流在连续加速过程中的轴向和径向分布,为加速器运行提供了相应束流参数,并为后续加速器升级工作提供了必要的条件。     

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。     

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。     

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。