基于快循环同步加速器的闪疗束流配送系统

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作者 史莹 张满洲 +2 位作者 李德明 韩学健 孙培涵 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第8期92-100,共9页

为了实现超高剂量率的质子Flash照射,基于快循环同步加速器建立了一个束流配送系统。快循环同步加速器能够在数百ns内快速引出质子束,通过改变不同的引出时间引出不同能量的束流,从而实现能量的快速切换。基于这个特性,考虑与层叠加照... 为了实现超高剂量率的质子Flash照射,基于快循环同步加速器建立了一个束流配送系统。快循环同步加速器能够在数百ns内快速引出质子束,通过改变不同的引出时间引出不同能量的束流,从而实现能量的快速切换。基于这个特性,考虑与层叠加照射方式相结合,束流的瞬时剂量率可以达到10~7 Gy/s。靶区在纵向上分成单独的层,每一层需要不同的能量。由于能量层切换的时间非常短,射程调制轮无法满足需求,选用纹波过滤器进行射程调制。使用蒙特卡罗软件FLUKA模拟了整个装置,包括了散射片,射程补偿器,纹波过滤器和准直器,最大化提高进入靶区的质子通量。在低、中、高三个能量区域,根据原始布拉格峰曲线设计了3种尺寸的纹波过滤器,将尖峰区域扩展成高斯分布,分别提供了2、6、13 cm宽度的3个扩展布拉格峰区域,有效减少了能量层数量,缩短了整体照射时间。将快循环同步加速器与层叠加的照射方式相结合,可以获得超高瞬时剂量率的照射野,为实现Flash照射提供了一种新的方法。 展开更多

关键词 质子治疗 Flash效应 束流配送系统 层叠加 快循环同步加速器

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中国散裂中子源快循环同步加速器射频系统的设计与研制进展 被引量：6

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作者 李晓 孙虹 +6 位作者 张春林 赵发成 龙巍 刘洋 朱俊裕 陈胜义 郑柯柯 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1307-1313,共7页

研制了大功率宽带快速扫频射频系统,其用于中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）中,主要包括铁氧体加载谐振腔、射频功率源、偏流源和低电平控制系统。射频系统工作重复频率为25Hz,扫频范围为1.022～2.444MHz,单个腔体（双加... 研制了大功率宽带快速扫频射频系统,其用于中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）中,主要包括铁氧体加载谐振腔、射频功率源、偏流源和低电平控制系统。射频系统工作重复频率为25Hz,扫频范围为1.022～2.444MHz,单个腔体（双加速间隙）可提供最大30kV加速电压。两级的调谐控制能解决快速扫频过程中的系统失谐问题,采用束流前馈、直接反馈等多种技术手段可对束流负载效应进行补偿。 展开更多

关键词 中国散裂中子源 快循环同步加速器 射频系统 铁氧体加载谐振腔

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中国散裂中子源/快循环质子同步加速器射频同步相位环路的数字化控制 被引量：5

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作者 李晓 孙虹 +2 位作者 邱颖伟 申泗荣 唐靖宇 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期475-479,共5页

介绍了中国散裂中子源/快循环质子同步加速器射频同步相位环路的数字化控制系统设计方案,并利用ALTERA公司的现场可编程门阵列开发面板进行了系统开发,完成了控制回路的编程与仿真,进行了桌面实验和低功率实验,并对其进行了分析与讨论... 介绍了中国散裂中子源/快循环质子同步加速器射频同步相位环路的数字化控制系统设计方案,并利用ALTERA公司的现场可编程门阵列开发面板进行了系统开发,完成了控制回路的编程与仿真,进行了桌面实验和低功率实验,并对其进行了分析与讨论。实验结果表明:同步相位环路运行稳定,控制误差小于1°,满足物理设计要求。 展开更多

关键词 同步相位 数字化控制 现场可编程门阵列面板 快循环同步加速器

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快循环同步加速器射频加速电压幅度的数字化控制 被引量：5

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作者 邱颖伟 孙虹 +1 位作者 唐靖宇 李晓 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期1908-1912,共5页

中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)中的射频低电平控制系统是基于FPGA的全数字控制系统,旨在完成对射频频率、加速电压和同步加速相位的控制。介绍了CSNS/RCS射频系统的低电平数字化控制设计方案,并着重对射频加速电压幅度控... 中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)中的射频低电平控制系统是基于FPGA的全数字控制系统,旨在完成对射频频率、加速电压和同步加速相位的控制。介绍了CSNS/RCS射频系统的低电平数字化控制设计方案,并着重对射频加速电压幅度控制回路进行了分析与讨论。电压幅度控制环路通过射频电压幅度信号与电压幅度设定值的比较,得到误差信号。误差信号经过控制器来控制输入到射频腔的功率,以达到稳定和改变腔压的目的。通过对控制对象的分析和建模,得到了满足系统要求的控制器。详细介绍了数字系统的实现,尤其是信号的解调和控制算法的实现。用ALTERA公司的DSP builder进行数字控制系统开发,系统仿真结果表明,环路误差信号大约于10μs(400个系统时钟)后归于0,整个电压幅度控制环路能稳定运行。 展开更多

关键词 中国散裂中子源 快循环同步加速器 加速电压 传递函数 闭环控制 I/Q解调 数字PI控制

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中国散裂中子源快循环同步加速器壁电流探测系统 被引量：1

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作者 孙纪磊 李芳 +1 位作者 王安鑫 徐韬光 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期105-110,共6页

在中国散裂中子源工程中,快循环同步加速器负责将剥离注入的能量为80MeV的质子束加速至1.6GeV后引出。在快循环同步加速器上共安装了两台壁电流探测器,用来观测束流从注入至引出过程中束团在时域上的变化情况。详细介绍了壁电流探测器... 在中国散裂中子源工程中,快循环同步加速器负责将剥离注入的能量为80MeV的质子束加速至1.6GeV后引出。在快循环同步加速器上共安装了两台壁电流探测器,用来观测束流从注入至引出过程中束团在时域上的变化情况。详细介绍了壁电流探测器在陶瓷间隙、磁性材料和匹配电阻等方面的设计考虑,以达到带宽满足百kHz到30 MHz的设计目标,并对实际带束流测量结果进行分析讨论。经实际在线运行测试,此壁电流探测器完全满足束流调试及运行需要。 展开更多

关键词 壁电流 纵向束团测量 宏观包络 单束团 快循环同步加速器

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中国散裂中子源快循环同步加速器束团长度研究 被引量：1

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作者 黄良生 刘汉阳 +3 位作者 李明涛 刘星光 许守彦 王生 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期1456-1464,共9页

束团长度是中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)束流动力学的关键参数,通过对束团长度的研究,可了解RCS的机器性能并进一步指导机器优化研究。本文对RCS 100 kW时的束团长度进行精确测量,100 kW引出时的束团长度为105 ns。RCS 50... 束团长度是中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)束流动力学的关键参数,通过对束团长度的研究,可了解RCS的机器性能并进一步指导机器优化研究。本文对RCS 100 kW时的束团长度进行精确测量,100 kW引出时的束团长度为105 ns。RCS 500 kW时束团长度可能超过无损引出允许值,需压缩束团长度。理论上提高腔压可压缩束团长度,本文模拟研究500 kW时束团长度随腔压曲线的变化规律,模拟结果表明提高加速后半阶段的腔压可压缩束团长度,给出了500 kW时无束流损失引出的腔压曲线。基于100 kW束流条件实验验证了通过提高加速后半阶段腔压来压缩束团长度的有效性和可行性,实验测量结果与模拟结果一致。因此,提高加速后半阶段腔压是500 kW时无损引出束流的有效方法。 展开更多

关键词 中国散裂中子源 快循环同步加速器 纵向束流动力学 束团长度 压缩

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壁电流探测器在中国散裂中子源快循环同步加速器调束中的应用 被引量：1

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作者 安宇文 李芳 +1 位作者 李明涛 许守彦 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1537-1540,共4页

快循环同步加速器(RCS)是中国散裂中子源(CSNS)的重要组成部分。负氢粒子束经直线加速器加速至80MeV,剥离成质子束注入至RCS环并加速累积至1.6GeV引出打靶。束流通过安装在RCS环的壁电流探测器(WCM)感应得到束流的强度信息,环高频与环... 快循环同步加速器(RCS)是中国散裂中子源(CSNS)的重要组成部分。负氢粒子束经直线加速器加速至80MeV,剥离成质子束注入至RCS环并加速累积至1.6GeV引出打靶。束流通过安装在RCS环的壁电流探测器(WCM)感应得到束流的强度信息,环高频与环主二极磁铁的失配会导致束流的实际振荡偏离理论预测。本文通过对WCM的数据进行分析得到了纵向工作点、束流的实际振荡频率、束团的电荷量、束团的形状变化等信息,方便了加速器的调束,并对参数测量中的测量误差进行了分析。 展开更多

关键词 快循环同步加速器 壁电流探测器 纵向工作点 束团形貌

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辐照用紧凑连续波电子加速器的物理设计 被引量：1

8

作者 曹新民 赵明华 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2151-2154,共4页

为适应工业电子加速器需求增多的现状,提出了一种新型的结构紧凑的连续波电子加速器,运行频率为180MHz。依靠置于加速腔外的多个偏转磁铁,使电子束多次穿越加速腔,从而得到持续的加速。设计过程中,用CST软件对谐振加速腔进行了优化,用Pa... 为适应工业电子加速器需求增多的现状,提出了一种新型的结构紧凑的连续波电子加速器,运行频率为180MHz。依靠置于加速腔外的多个偏转磁铁,使电子束多次穿越加速腔,从而得到持续的加速。设计过程中,用CST软件对谐振加速腔进行了优化,用Parmela软件模拟了束流的粒子动力学。粒子纵向稳定度和横向聚焦也通过模拟进行了分析和验证。结果显示:此种新型加速器能得到9MeV,100kW的稳定电子束流。 展开更多

关键词 循环加速器 偏转磁铁 粒子动力学模拟 物理设计

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中国散裂中子源铁氧体加载腔的性能研究 被引量：5

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作者 施华 孙虹 +4 位作者 黄蔚玲 张春林 李晓 唐靖宇 赵发成 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期93-98,共6页

利用同轴线理论分析了扫频工作的中国散裂中子源(CSNS)铁氧体加载同轴谐振腔的主要性能参数。给出了铁氧体加载腔在三维电磁场仿真计算中的建模过程,在场分析的基础上提出了陶瓷介质等效谐振电容的方法。将模拟计算得到的腔体的谐振特... 利用同轴线理论分析了扫频工作的中国散裂中子源(CSNS)铁氧体加载同轴谐振腔的主要性能参数。给出了铁氧体加载腔在三维电磁场仿真计算中的建模过程,在场分析的基础上提出了陶瓷介质等效谐振电容的方法。将模拟计算得到的腔体的谐振特性与同轴线理论计算和实际腔体测量结果相比较,三者吻合得非常好。通过对腔体样机母排引入的寄生模的实验和模拟研究,提出了解决寄生模问题的方法;通过对腔体内铁氧体环的填充系数的研究,给出了短尺寸腔的扫频工作方案。 展开更多

关键词 铁氧体环 寄生模 同轴谐振腔 快循环同步加速器 中国散裂中子源

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CSNS/RCS环射频腔用铁氧体环测试系统研制 被引量：2

10

作者 施华 孙虹 +5 位作者 龙巍 黄蔚玲 李晓 谷俊 唐靖宇 江波 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期184-188,共5页

为测试环射频铁氧体加载同轴谐振腔中铁氧体环的性能和批量筛选铁氧体环,研制了铁氧体双环测量系统。与国内外同类设备相比,该系统采用了扫频测量的闭环控制,可以模拟射频腔的运行工况、实现对铁氧体环性能的动态测量。扫频范围测量结... 为测试环射频铁氧体加载同轴谐振腔中铁氧体环的性能和批量筛选铁氧体环,研制了铁氧体双环测量系统。与国内外同类设备相比,该系统采用了扫频测量的闭环控制,可以模拟射频腔的运行工况、实现对铁氧体环性能的动态测量。扫频范围测量结果表明：该测试系统满足在0~3 000 A偏流调谐范围内的1.02~2.44 MHz频率覆盖要求,固定频率点的高功率测量结果和材料性能参数与日本J-PARC测量数据吻合。 展开更多

关键词 铁氧体环 同轴谐振腔 闭环控制系统 快循环同步加速器

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CSNS/RCS中的阻抗和束流不稳定性(英文) 被引量：1

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作者 刘瑜冬 黄良生 +2 位作者 王生 王娜 李勇 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期465-470,共6页

中国散裂中子源(CSNS)的快循环同步加速器(RCS)是一台强流质子加速器,其束流平均功率达到100kW。在此强流加速器中,真空部件的阻抗是引起束流不稳定的主要原因,它严重限制了束流强度及品质。对CSNS/RCS设计中的各种真空部件阻抗进行了... 中国散裂中子源(CSNS)的快循环同步加速器(RCS)是一台强流质子加速器,其束流平均功率达到100kW。在此强流加速器中,真空部件的阻抗是引起束流不稳定的主要原因,它严重限制了束流强度及品质。对CSNS/RCS设计中的各种真空部件阻抗进行了详细计算,并以计算结果为出发点,理论分析了各种不稳定性强弱,确定了各种不稳定性发生的阻抗阈值,为真空部件结构设计提供了参考。对比较严重的电阻壁阻抗,采用阻抗壁尾场模型进行跟踪模拟,得到不稳定性增长率与理论计算值符合较好。自然色品有助于束流稳定,加入自然色品后模拟,电阻壁不稳定性消失。 展开更多

关键词 中国散裂中子源 快循环同步加速器 阻抗 不稳定性 阻抗壁

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CSNS/RCS谐振电源系统输出特性模拟研究

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作者 王冠文 张旌 +1 位作者 齐欣 周清 《核电子学与探测技术》 北大核心 2017年第3期308-313,共6页

对于快循环同步加速器谐振电源系统而言,负载磁铁、电抗器会产生极高的感应电压,实际工作中不具备测量条件。本文利用仿真软件,观测设备对地电压变化情况,验证电源与负载连接方式的合理性。此外,激励源为受控电流源,电源输出特性集中体... 对于快循环同步加速器谐振电源系统而言,负载磁铁、电抗器会产生极高的感应电压,实际工作中不具备测量条件。本文利用仿真软件,观测设备对地电压变化情况,验证电源与负载连接方式的合理性。此外,激励源为受控电流源,电源输出特性集中体现为输出电压的变化,在电感非线性变化不能忽略的情况下,本文通过搭建的仿真模型,寻找负载谐振单元内电容匹配方案,优化电源输出特性,并利用实际测量数据验证模型的可靠性以及分析的可行性。 展开更多

关键词 快循环同步加速器 谐振电源 输出特性

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CSNS RCS射频系统双谐波模式低电平控制模拟实验 被引量：3

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作者 申泗荣 李晓 +2 位作者 张春林 孙虹 唐靖宇 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期2986-2990,共5页

介绍了中国散裂中子源/快循环质子同步加速器一期工程(CSNS-Ⅰ/RCS)拟采用的双谐波加速方案。针对该方案需要在加速周期内对8个射频腔之一进行工作模式切换的特殊要求,对设计实现的基于现场可编程门阵列(FPGA)技术的数字化低电平控制系... 介绍了中国散裂中子源/快循环质子同步加速器一期工程(CSNS-Ⅰ/RCS)拟采用的双谐波加速方案。针对该方案需要在加速周期内对8个射频腔之一进行工作模式切换的特殊要求,对设计实现的基于现场可编程门阵列(FPGA)技术的数字化低电平控制系统采取了一系列优化措施,包括模式切换时段控制回路的开环、功率源两级调谐回路的错时闭环等。在射频系统样机平台开展的模拟实验表明该低电平控制系统动态性能良好,双谐波方案可行性得到了一定程度的验证。 展开更多

关键词 中国散裂中子源 快循环同步加速器 双谐波加速 射频系统 低电平控制

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CSNS/RCS交流二极磁铁研制关键技术 被引量：2

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作者 李青 康文 +2 位作者 孙献静 邓昌东 陈宛 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期120-124,共5页

针对交流二极磁铁的磁场特性和涡流问题,利用电磁场分析软件对磁铁进行了优化设计和温度场计算,确定了交流二极磁铁关键技术的方案。对交流二极磁铁极头端面采用了罗高斯基曲线和谐波削斜的方法来提高磁铁磁场质量;对铁芯端部和端板进... 针对交流二极磁铁的磁场特性和涡流问题,利用电磁场分析软件对磁铁进行了优化设计和温度场计算,确定了交流二极磁铁关键技术的方案。对交流二极磁铁极头端面采用了罗高斯基曲线和谐波削斜的方法来提高磁铁磁场质量;对铁芯端部和端板进行开槽优化设计,有效切断磁铁端部主要的涡流回路,降低了磁铁温升;磁铁线圈采用铝绞线导线进行绕制,以减少磁铁线圈内的涡流损耗。最后,通过对样机磁铁的测试,磁场均满足物理要求,磁铁温度也控制在安全范围内。 展开更多

关键词 快循环同步加速器 带直流偏置的交流磁铁 罗高斯基曲线 端部削斜 开槽 温度分析

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