醫用回旋加速器的射頻啟動方法
2023-08-06 07:03:16 3
專利名稱：醫用回旋加速器的射頻啟動方法
醫用回旋加速器的射頻啟動方法技術領域
本發明屬於加速器技術領域，具體涉及一種醫用回旋加速器的射頻啟動方法。
背景技術：
在回旋加速器射頻腔體內，當距離、頻率及功率滿足一定條件時將產生次級電子倍增效應，該效應阻止射頻加速電場的建立，並有可能對腔體、耦合窗等結構產生破壞。從傳輸線的角度看，次級電子倍增效應發生等效於改變了射頻系統的等效負載，射頻匹配的惡化將導致射頻信號駐波比增大，觸發低電平系統或者發射機的反射保護，對射頻系統的啟動提出較高的要求。
一般情況下，在射頻系統整體調試運行前對腔體等結構做清潔、鍛鍊等預處理，可減小次級電子倍增效應發生的可能性。但此效應的克服並非單次的非可逆過程，停機檢修時的大氣接觸或汙損將導致預處理過程的逆變。因此，腔體內次級電子倍增效應的克服是射頻系統啟動方式的關注重點。傳統的射頻啟動方法，一般是直接採用微調電容板改變腔體的本徵頻率，實現本徵頻率與信號源頻率的吻合，但是由於電容板調節是採用位置反饋實現，易受加速器內外部機械振動的影響，進而導致微調電容板的非單調性抖動，調節過程可能出現重複的往復運動仍然搜索不到諧振頻率，啟動時間增長，效率降低。發明內容
(一)發明目的
本發明根據現有技術所存在的問題，提供了一種能夠有效克服射頻腔體內次級電子倍增效應並滿足射頻系統反射保護的射頻啟動方法。
(二)技術方案
為解決現有技術中所存在的問題，本發明是採用以下技術方案實現的
(I)採用射頻脈衝啟動，射頻信號以腔體冷態諧振頻率為中心，在±0. 2MHz範圍內，步進為O. OOlMHz,間隔O. 5s循環掃頻，脈衝狀態時調諧環禁止，微調電容板位置保持在行程的中間位置，並且脈衝時間T大於腔體特徵時間常數τ ；
(2)在脈衝循環掃頻過程中，當射頻脈衝內反射信號駐波比小於I. 2並且脈衝內信號功率水平達到出束功率的30°/Γ40%時，由模擬開關將脈衝狀態直接切換為連續狀態；
(3)當射頻系統由脈衝轉為連續，由PLL調諧腔體冷熱態之間的頻率變化，當腔體接近熱平衡時，啟動微調電容板調諧，由微調電容板和PLL共同將腔體頻率調至工作頻率後將PLL固定。
(4)射頻系統穩定至工作頻率後將功率提升至出束功率。
優選地，射頻脈衝初始佔空比為3:10，信號周期為10ms，脈衝佔空比由低電平輸出之前的一級射頻開關控制。
優選地，啟動微調電容板調諧後，PLL的工作方式為以當前頻率為起點，以步進O.002MHz、間隔Is的方式將腔體頻率調至工作頻率後固定。
優選地，射頻系統功率提升是在射頻系統的熱平衡之後進行，通過工作點電壓設置。
(三)有益效果
本發明提供的回旋加速器的射頻啟動方法，該方法採用主動搜尋腔體諧振的射頻脈衝啟動，並將PLL、微調電容板調諧相結合，能夠有效地克服次級電子倍增效應，縮短腔體諧振過程，可以實現從開機到出束運行全過程腔體調諧環路的完整覆蓋，提高效率，並滿足反射保護需求，實現射頻系統啟動。
圖I是射頻系統啟動流程圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖和具體實施方式
對本發明做進一步闡述。
以某醫用回旋加速器為例，介紹其射頻系統啟動過程。該加速器工作頻率 72. 7MHz，冷態腔體諧振頻率為72. 9MHz，實際運行所需功率(即出束功率)約16kW，包括腔體損耗14. 6kff及I. 4kff的束流功率。腔體取樣耦合度為-50. 6dB,則腔體取樣為3. 92Vpp (線損按5.2dB)。測得腔體特徵時間常數為14us。
實施例I
射頻系統上電後，射頻信號在72. 7MHz^73. IMHz範圍內，步進O. OOlMHz,間隔O. 5s 循環掃頻，脈衝狀態時調諧環禁止，微調電容板位置保持在行程的中間位置不變，射頻脈衝的初始佔空比為3:10，信號周期為10ms，PLL主動搜尋腔體諧振，避免電容板調節位置反饋時受加速器內外部機械振動的影響出現的非單調性抖動，縮短腔體諧振過程。
在脈衝循環掃頻過程中監測脈衝內反射信號及腔體取樣信號大小。當射頻脈衝內駐波比信號為I. 16，且脈衝內信號功率達到出束功率的30%即約4kW時，由模擬開關直接快速切換為連續狀態，對應的腔體取樣為2. 05Vpp。保證脈衝狀態下可快速穿越多電子效應對應的功率區間，同時轉連續時反射足夠小，避免轉連續瞬間PLL調過程中超調量可能觸發的反射保護。
隨後，由PLL開啟頻率引導功能，當腔體接近熱平衡時，啟動微調電容板調諧，PLL 以當前頻率值為起點，以步進O. 002MHz，間隔Is的方式引導至工作頻率72. 7MHz。兩種調諧方式的結合，屏蔽了腔體熱效應的影響，使得腔體調諧環路從開機到出束運行過程得以完整覆蓋。
最後，射頻系統穩定至工作頻率後進行功率提升，達到正常運行時的功率水平，實現射頻電壓幅度閉環和調諧環路閉環。PLL功率提升操作可通過數字通信放開幅度環工作點，也可在低電平機箱前面板手動設置。
實施例2
與實施例I的方法、步驟相同，不同的是，由模擬開關將脈衝狀態直接切換為連續狀態的條件是射頻脈衝內反射信號駐波比為1.10，並且脈衝內信號功率水平達到出束功率的40%。
實施例34
與實施例I的方法、步驟相同，不同的是，由模擬開關將脈衝狀態直接切換為連續狀態的條件是射頻脈衝內反射信號駐波比為I. 08，並且脈衝內信號功率水平達到出束功率的35%。
權利要求
1.醫用回旋加速器的射頻啟動方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)採用射頻脈衝啟動，射頻信號以腔體冷態諧振頻率為中心，在±O. 2MHz範圍內，步進為O. OOlMHz,間隔O. 5s循環掃頻，脈衝狀態時調諧環禁止，微調電容板位置保持在行程的中間位置，並且脈衝時間T大於腔體特徵時間常數τ ；(2)在脈衝循環掃頻過程中，當射頻脈衝內反射信號駐波比小於I.2並且脈衝內信號功率水平達到出束功率的30°/Γ40%時，由模擬開關將脈衝狀態直接切換為連續狀態；(3)當射頻系統由脈衝轉為連續，由PLL調諧腔體冷熱態之間的頻率變化，當腔體接近熱平衡時，啟動微調電容板調諧，由微調電容板和PLL共同將腔體頻率調至工作頻率後將 PLL固定；(4)射頻系統穩定至工作頻率後將功率提升至出束功率。
2.根據權利要求I所述的醫用回旋加速器的射頻啟動方法，其特徵在於，所述的步驟 (O中，射頻脈衝的初始佔空比為3:10，信號周期為10ms。
3.根據權利要求I或2所述的醫用回旋加速器的射頻啟動方法，其特徵在於，所述的射頻脈衝佔空比是由低電平輸出之前的一級射頻開關控制。
4.根據權利要求I所述的醫用回旋加速器的射頻啟動方法，其特徵在於，所述的步驟(3)中，啟動微調電容板調諧後，PLL的工作方式為以當前頻率為起點，以步進O.002MHz、 間隔Is的方式將腔體頻率調至工作頻率後固定。
5.根據權利要求I所述的醫用回旋加速器的射頻啟動方法，其特徵在於，所述的步驟(4)中射頻系統功率提升是在射頻系統的熱平衡之後進行，射頻系統功率提升通過工作點電壓設置。
全文摘要
本發明屬於加速器技術領域，公開了一種醫用回旋加速器的射頻啟動方法。該方法是採用射頻脈衝啟動，射頻信號以腔體冷態諧振頻率為中心，在±0.2MHz範圍內，步進為0.001MHz，間隔0.5s循環掃頻，在脈衝循環掃頻過程中監測反射信號及腔體取樣信號大小，由模擬開關直接切換為連續狀態，然後由PLL調諧腔體冷熱態之間的頻率變化，當腔體接近熱平衡時，啟動微調電容板調諧，最後將射頻系統穩定至工作頻率後將功率提升至出束功率。該法能夠有效地克服次級電子倍增效應，並滿足反射保護需求，實現射頻系統啟動。
文檔編號H05H13/00GK102933021SQ201210493458
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者張天爵, 殷治國, 李鵬展, 紀彬, 趙振魯, 李振國, 雷鈺, 付曉亮, 宋國芳 申請人:中國原子能科學研究院