同步回旋加速器.docx

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1、同步回旋加速器由于相对论性效应，随着速度增大，粒子的质量增大，使绕行半圈的时间变长，以致逐步偏离了交变电场的加速状态，因此粒子的能量到达一定的限度就不能再增大。技术上有两种解决办法：一种是使磁极外圈的磁场逐步加强，抵消相对论性效应的影响；另一种是调节加速电场的变化频率，使之适应相对论性效应的影响。这两种方法都是为了使粒子在磁场中作圆周运动的频率与加速电场的变化频率维持同步。前一种改良措施发展成为扇形聚焦回旋加速器，后一种改良措施发展成为同步回旋加速器。在回旋加速器中粒子回旋的轨道半径逐步地由小到大，因此磁体本身必须是实心的圆柱，极为笨重，耗资昂贵。改良后的同步加速器只需要一个环形的磁极，带电粒

2、子先在一个较小的加速器中加速，然后引入同步加速器进一步加速。美国费米国家加速器实验室最大的质子同步加速器的加速管道圈的直径为2千米，质子加速可达500吉电子伏特，进一步使用超导强磁场，能量可提高到1000吉电子伏特。同步回旋加速器工作原理编辑播报同步回旋加速器之所以又被称稳相加速器，是由于它与著名的“自动稳相原理有关。V.韦克斯勒和E.麦克米伦在19441945年分别提出了这一原理：回旋频率与加速电场频率保持严格同步的粒子称同步粒子周围，有一群非同步粒子，只要它们与同步粒子在能量上和相位上的差异在一定的范围内，可以得到稳定加速。如设同步粒子处在高频电场下降的相区内，当某一非同步粒子的相位落后于

3、同步粒子时，则会得到比同步粒子稍小的能量增益，它的回旋周期开场减小，因此在下一次到达加速电场区域时，其相位较前一次更接近同步粒子。如此往复，使非同步粒子的相位总是在同步相位附近作稳定相振荡，并获得与同步粒子一样的平均能量增益。同步回旋加速器在构造上与经典回旋加速器特别类似，主要区别是在起加速作用的“D形电极的共振回路中使用可变电容器，以调变频率。频率调变的幅度通常在21左右，调制的重复频率约为60100赫。1同步回旋加速器性能构造编辑播报调频技术的采用，使加速器的能量上限由几十兆电子伏上升到几百乃至上千兆电子伏；但采用频率调变不再可能连续加速粒子，使粒子束不再是连续束，而成为脉冲束，因此使平均

4、流强下降到0.1%1%。它限制了束流的强度。这一缺点后被不变频的扇形聚焦回旋加速器所克制。另外，由于磁铁重量近似同能量E3成比例，能量增大时磁铁迅速变大，结果建造大磁铁的经济性成为新的限制。为了克制这个困难，在高能范围，一般采用具有环形磁铁的同步加速器构造见粒子加速器。1 2同步回旋加速器研究应用编辑播报超导同步回旋加速器随着超导技术的发展,采用极高的磁场,同步回旋加速器可小型化,并且由于其构造简单,非常方便安装于医院环境下用于质子治疗。中国原子能科学研究院计划建造一台230MeV超导同步回旋加速器,该项目被列入核工业集团龙腾2020的核心技术能力提升专项,其关键技术的研究为串列升级工程部近几

5、年的重要方向之一3。正超导同步回旋加速器正超导同步回旋加速器作为具有超小型构造、造价更低廉、更适用于医院环境使用的新一代质子治疗系统的核心装置,相对于现有的质子治疗系统,能够降低癌症的质子治疗费用、惠及群众健康,有宏大的经济效益与社会效益,因而日益得到各国先进加速器研究机构及高端医疗设备研发企业的重视4。医用回旋加速器医用回旋加速器控制系统是在HIRFLCSR控制系统上总结完善出来的，医用回旋加速器控制系统是一个基于网络的分布式控制系统，它由很多分控制系统组成。磁铁电源控制系统是回旋加速器控制系统中一个重要部分，它是一个集波形发生、数据收集、状态监测与一体的系统。输出波形的参数由实验需要而计算

6、得到。由于加速器所有的运行鼓励都由电源所控制，电源控制着磁场的状态，磁场的状态决定着加速器的状态，所以控制系统的直接控制对象就是磁场电源。在整个控制系统中最重要的就是控制波形的同步和波形的精度，这是同步加速器控制系统的关键所在。波形的同步由同步时序系统控制，这是回旋加速器成功运行的先决条件。数据的收集、电源状态的监测由数据收集模块CPLD+ARM负责完成，CPLD与ARM控制器结合，构成数据的上行通道。收集到的数据均存放在中央控制室的数据库中，以供参考、后期分析及应用。论文阐述了对医用回旋加速器电源控制器软件的设计实现。对磁铁电源控制系统，主要从系统的构造、I/O部件的硬件设计和软件设计这几个方面进行阐述；对软件系统，主要描绘各类硬件驱动设计、对数据预处理和与数据库通信的设计实现。本文的工作在医用回旋加速器控制系统中具有很重要的意义，为重离子束治疗肿瘤做了基础准备5