[發(fā)明專利]一種同步加速器高頻系統(tǒng)及其頻率及腔壓調(diào)控方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810653779.5
• 申請(qǐng)日: 2018-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN108684133B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文志;趙玉彬;趙申杰;鄭湘;徐凱;張志剛;常強(qiáng);趙振堂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所
• 主分類號(hào): H05H13/04
• 分類號(hào): H05H13/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;楊希

本發(fā)明涉及一種同步加速器高頻系統(tǒng)及其頻率及腔壓調(diào)控方法，其中，所述系統(tǒng)包括：一全固態(tài)放大器；一采用軟磁合金材料加載的同軸諧振腔；以及一低電平控制器，其包括：一時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)模塊；一模數(shù)轉(zhuǎn)換器；一數(shù)字處理器；一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；以及一信號(hào)合成模塊。本發(fā)明根據(jù)預(yù)設(shè)的參考頻率信息對(duì)提供給全固態(tài)放大器的合成信號(hào)的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且根據(jù)預(yù)設(shè)的腔壓參考幅度相位信息以及同軸諧振腔內(nèi)的腔壓實(shí)際幅度相位信息(該信息加載在同軸諧振腔輸出的射頻信號(hào)內(nèi))對(duì)提供給全固態(tài)放大器的合成信號(hào)的幅度相位進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)同軸諧振腔的頻率和腔壓的快速、精確的連續(xù)調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)子的加速控制，由此滿足不同癥狀對(duì)質(zhì)子速度的不同需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及質(zhì)子型同步加速器，尤其涉及一種同步加速器高頻系統(tǒng)及其頻率及腔壓調(diào)控方法。

背景技術(shù)

中國(guó)進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的大幅提高，同時(shí)我國(guó)的醫(yī)療衛(wèi)生條件也得到了進(jìn)一步改善。然而，癌癥已逐漸成為威脅人類生命健康的第一要素，特別是在發(fā)展中國(guó)家，比如中國(guó)，其發(fā)病率逐年提升。其中，2012年中國(guó)新增307萬(wàn)癌癥患者且造成約220萬(wàn)人死亡，分別占全球癌癥患者總量的21.9％和26.8％，死亡率達(dá)到71.66％。隨著新技術(shù)、新方法和新設(shè)備的不斷應(yīng)用，人們正在不斷探索新的技術(shù)來(lái)精準(zhǔn)和高效地對(duì)付癌癥。

對(duì)付癌癥的主要方法是以外科手術(shù)、放射性治療以及化學(xué)治療為主，但是這些方法具有嚴(yán)重的副作用和治療效果不佳等情況。質(zhì)子治療裝置治療癌癥具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、定位更精確；2、正常組織受損更小；3、治療適應(yīng)癥更廣；4、治療效果更佳；5、并發(fā)癥少等。

當(dāng)前日本和歐美等國(guó)家都擁有多家自己的質(zhì)子治療裝置，而國(guó)內(nèi)早年建設(shè)的萬(wàn)杰質(zhì)子治療中心和北京質(zhì)子治療中心，因全盤引進(jìn)，存在后續(xù)維護(hù)困難和經(jīng)濟(jì)性能差等缺點(diǎn)都暫停營(yíng)業(yè)。

目前，國(guó)內(nèi)質(zhì)子同步加速器中高頻系統(tǒng)均采用鐵氧體加載的同軸線型諧振腔，高頻腔工作于諧振狀態(tài)，即所加載的鐵氧體環(huán)需要通過繞在其上的偏磁直流線圈改變電流從而使鐵氧體材料的磁導(dǎo)磁變化來(lái)改變高頻腔的諧振頻率。從控制的角度來(lái)看，此種類型的高頻腔控制頻率和腔壓時(shí)需要同時(shí)控制幅度、偏磁電流及電流反饋；對(duì)功率源來(lái)講，由于高頻腔始終工作于諧振狀態(tài)，反射功率保護(hù)的壓力很小。因此，現(xiàn)有高頻系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：設(shè)備多，控制量多，控制難度大，造價(jià)相對(duì)高。

為此，目前急需研制一種純國(guó)產(chǎn)化的應(yīng)用于質(zhì)子型同步加速器的高頻系統(tǒng)，以在實(shí)現(xiàn)頻率和腔壓的連續(xù)可調(diào)的基礎(chǔ)上，解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種同步加速器高頻系統(tǒng)及其頻率及腔壓調(diào)控方法，以實(shí)現(xiàn)質(zhì)子型同步加速器在加速過程中頻率和腔壓的連續(xù)可調(diào)，從而使束流滿足不同病癥治療的需求。

本發(fā)明之一所述的一種同步加速器高頻系統(tǒng)，其包括：

一全固態(tài)放大器，其將一合成信號(hào)放大，并產(chǎn)生高頻功率信號(hào)；

一采用軟磁合金材料加載的同軸諧振腔，其接收并根據(jù)所述高頻功率信號(hào)，產(chǎn)生一射頻信號(hào)；以及

一低電平控制器，其包括：

一時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)模塊，其根據(jù)一基準(zhǔn)信號(hào)以及一頻率反饋信號(hào)，提供ADC采樣時(shí)鐘信號(hào)、FPGA工作時(shí)鐘信號(hào)以及DAC還原時(shí)鐘信號(hào)；

一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其接收并根據(jù)所述ADC采樣時(shí)鐘信號(hào)，將所述射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；

一數(shù)字處理器，其接收所述FPGA工作時(shí)鐘信號(hào)，并且一方面根據(jù)一掃頻觸發(fā)信號(hào)以及預(yù)設(shè)的參考頻率信息，提供所述頻率反饋信號(hào)，另一方面根據(jù)預(yù)設(shè)的腔壓參考幅度相位信息，對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，以獲得基頻數(shù)字序列、二倍頻數(shù)字序列和三倍頻數(shù)字序列；

一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，其接收并根據(jù)所述DAC還原時(shí)鐘信號(hào)，將所述基頻數(shù)字序列、二倍頻數(shù)字序列和三倍頻數(shù)字序列分別轉(zhuǎn)換成基頻信號(hào)、二倍頻信號(hào)和三倍頻信號(hào)；以及