[發明專利]一種用于BNCT回旋加速器的低電平系統

有效

• 申請號: 202110430921.1
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113260133B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 付曉亮;殷治國;張天爵;紀彬
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: H05H13/00
• 分類號: H05H13/00;H05H7/00
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 卓凡

本發明公開了一種用于BNCT回旋加速器的高頻低電平系統，包括兩路腔體控制系統和一路聚束器控制系統；該兩路腔體控制系統包括兩路幅度相位解調器、兩路相位鑒別器、兩路幅度PID控制器、兩路相位PID控制器；所述兩路相位鑒別器分別通過相位變化計算腔體諧振頻率和外部DDS輸出頻率的差值，再根據頻率差值調整腔體諧振頻率，使得腔體諧振頻率外部DDS輸出頻率保持一致；所述兩路腔體控制系統和一路聚束器控制系統采用三合一高集成度融合的方法將三個系統揉在一起，提高了FPGA和CPU的集成度、節省了ADC接口的數量、避免了采用外部商用信號源，減少了PCB板面積，實現了系統的高集成度。本發明實現了一種適用于BNCT回旋加速器的，高集成度的，低成本的低電平系統。

技術領域

本發明屬于加速器高頻系統技術領域，尤其涉及一種用于BNCT回旋加速器的高頻低電平系統。

背景技術

回旋加速器在國防科技以及核物理，材料科學和生命科學等基礎科學中有著重要的應用，在能源，工農業，醫學等領域的應用也十分廣泛。在國防核科技領域中，回旋加速器生產的強流質子束可用于構成核數據測量所需的白光中子源、單能中子源等；使用強流質子束轟擊靶產生的放射性核束，可用于測量不穩定核的核數據。在醫學領域中，回旋加速器生產的質子束可用于生產放射性醫用同位素；利用高能質子束可以對癌癥進行放射治療；基于強流加速器的硼中子俘獲治療(BNCT)中子源適合安裝在醫院實時生產藥物對病人進行治療。此外，回旋加速器生產的強流粒子束也是地面模擬研究核武器、核動力裝置和航天器等國防裝備的器件抗輻射加固技術經濟可行的方法。

BNCT回旋加速器可以分為單腔體和多腔體兩種類型。單腔體回旋加速器的高頻系統包含一個腔體，一臺發射機和一套低電平系統。多腔體回旋加速器包含兩個腔體，一般將這兩個腔體分為兩組進行控制，因此其高頻系統包含兩個發射機，兩套低電平系統。在BNCT回旋加速器中，為了提升束流強度，還需要在離子源輸入線上安裝聚束器系統。聚束器系統與低電平系統必須保持相參，兩套低電平系統之間也必須保持相參。在現有技術中，對多腔體BNCT回旋加速器和單腔體BNCT回旋加速器采用的低電平系統方案是完全不同的，而且解決方案的系統采樣頻率依賴于被采樣信號的頻率，使得系統的適應性受到限制。對于多腔體、包含聚束器系統的BNCT回旋加速器，其低電平系統需要控制三路信號的幅度相位閉環控制、兩組腔體的調諧控制、兩組腔體的打火檢測和反射功率檢測以及兩組腔體的自動啟動運行控制。

對于多腔體帶有聚束器系統的回旋加速器，現有技術實現的低電平系統結構復雜、集成度低、硬件成本高。結構復雜和集成度低的原因之一是：受半導體時代因素制約，傳統方式對于應用于回旋加速器兩個腔體和一個聚束器的場合，其解決方式是采用多片FPGA配上多片DSP實現功能，很顯然，1片FPGA本身占地就很大，如果是多片占地就更大，再在加上多片DSP，同時每個DSP為了運行還要外掛存儲器，FPGA本身運行還需要存儲器，這樣就形成多塊控制器芯片，再加上多個存儲器，這種結構很明顯占地大。除此以外，如此多器件放上去還要為PCB板留出走線的地方，這就很不容易做成豆腐塊大小的尺寸了。結構復雜和集成度低的原因之二是：三合一集成方式是一種簡單疊加的方式，簡單疊加方式只是把三個系統的板子復制粘貼在一起，其結果端口一個都能少，端口多則占地就多。結構復雜和集成度低的原因之三是：使用FPGA和處理器集成在一起的芯片的PCB設計難度很大。難度之一：多層高頻板布線需要嚴格控制走線長度和阻抗，失敗率非常高,對設計人員來說難度很大：難度之二：由于芯片本身集成了FPGA和ARM處理器，需要設計人員同時具備兩種處理器的專業知識，設計時如果一邊出錯整個系統就廢掉了，集成度高的損失就更大。難度之三：集成布線難上加難。FPGA本身布線很難，ARM處理器布線也很難，把兩個放到一起再布線就難上加難。

發明內容

本發明針對現有技術存在的問題，提出一種于BNCT回旋加速器的低電平系統，目的在于通過整個系統融合的技術，實現低電平系統的高集成度，簡化低電平系統結構，降低硬件成本，便于維護和調試。

本發明為解決其技術問題采用以下技術方案。