CN102933021B - 医用回旋加速器的射频启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于加速器技术领域，公开了一种医用回旋加速器的射频启动方法。该方法是采用射频脉冲启动，射频信号以腔体冷态谐振频率为中心，在±0.2MHz范围内，步进为0.001MHz，间隔0.5s循环扫频，在脉冲循环扫频过程中监测反射信号及腔体取样信号大小，由模拟开关直接切换为连续状态，然后由PLL调谐腔体冷热态之间的频率变化，当腔体接近热平衡时，启动微调电容板调谐，最后将射频系统稳定至工作频率后将功率提升至出束功率。该法能够有效地克服次级电子倍增效应，并满足反射保护需求，实现射频系统启动。

Description

医用回旋加速器的射频启动方法
技术领域
本发明属于加速器技术领域，具体涉及一种医用回旋加速器的射频启动方法。
背景技术
在回旋加速器射频腔体内，当距离、频率及功率满足一定条件时将产生次级电子倍增效应，该效应阻止射频加速电场的建立，并有可能对腔体、耦合窗等结构产生破坏。从传输线的角度看，次级电子倍增效应发生等效于改变了射频系统的等效负载，射频匹配的恶化将导致射频信号驻波比增大，触发低电平系统或者发射机的反射保护，对射频系统的启动提出较高的要求。
一般情况下，在射频系统整体调试运行前对腔体等结构做清洁、锻炼等预处理，可减小次级电子倍增效应发生的可能性。但此效应的克服并非单次的非可逆过程，停机检修时的大气接触或污损将导致预处理过程的逆变。因此，腔体内次级电子倍增效应的克服是射频系统启动方式的关注重点。传统的射频启动方法，一般是直接采用微调电容板改变腔体的本征频率，实现本征频率与信号源频率的吻合，但是由于电容板调节是采用位置反馈实现，易受加速器内外部机械振动的影响，进而导致微调电容板的非单调性抖动，调节过程可能出现重复的往复运动仍然搜索不到谐振频率，启动时间增长，效率降低。
发明内容
（一）发明目的
本发明根据现有技术所存在的问题，提供了一种能够有效克服射频腔体内次级电子倍增效应并满足射频系统反射保护的射频启动方法。
（二）技术方案
为解决现有技术中所存在的问题，本发明是采用以下技术方案实现的：
（1）采用射频脉冲启动，射频信号以腔体冷态谐振频率为中心，在±0.2MHz范围内，步进为0.001MHz，间隔0.5s循环扫频，脉冲状态时调谐环禁止，微调电容板位置保持在行程的中间位置，并且脉冲时间T大于腔体特征时间常数τ；
（2）在脉冲循环扫频过程中，当射频脉冲内反射信号驻波比小于1.2并且脉冲内信号功率水平达到出束功率的30%~40%时，由模拟开关将脉冲状态直接切换为连续状态；
（3）当射频系统由脉冲转为连续，由PLL调谐腔体冷热态之间的频率变化，当腔体接近热平衡时，启动微调电容板调谐，由微调电容板和PLL共同将腔体频率调至工作频率后将PLL固定。
（4）射频系统稳定至工作频率后将功率提升至出束功率。
优选地，射频脉冲初始占空比为3:10，信号周期为10ms，脉冲占空比由低电平输出之前的一级射频开关控制。
优选地，启动微调电容板调谐后，PLL的工作方式为：以当前频率为起点，以步进0.002MHz、间隔1s的方式将腔体频率调至工作频率后固定。
优选地，射频系统功率提升是在射频系统的热平衡之后进行，通过工作点电压设置。
（三）有益效果
本发明提供的回旋加速器的射频启动方法，该方法采用主动搜寻腔体谐振的射频脉冲启动，并将PLL、微调电容板调谐相结合，能够有效地克服次级电子倍增效应，缩短腔体谐振过程，可以实现从开机到出束运行全过程腔体调谐环路的完整覆盖，提高效率，并满足反射保护需求，实现射频系统启动。
附图说明
图1是射频系统启动流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。
以某医用回旋加速器为例，介绍其射频系统启动过程。该加速器工作频率72.7MHz，冷态腔体谐振频率为72.9MHz，实际运行所需功率（即出束功率）约16kW，包括腔体损耗14.6kW及1.4kW的束流功率。腔体取样耦合度为-50.6dB，则腔体取样为3.92Vpp（线损按5.2dB）。测得腔体特征时间常数为14us。
实施例1
射频系统上电后，射频信号在72.7MHz~73.1MHz范围内，步进0.001MHz，间隔0.5s循环扫频，脉冲状态时调谐环禁止，微调电容板位置保持在行程的中间位置不变，射频脉冲的初始占空比为3:10，信号周期为10ms，PLL主动搜寻腔体谐振，避免电容板调节位置反馈时受加速器内外部机械振动的影响出现的非单调性抖动，缩短腔体谐振过程。
在脉冲循环扫频过程中监测脉冲内反射信号及腔体取样信号大小。当射频脉冲内驻波比信号为1.16，且脉冲内信号功率达到出束功率的30%即约4kW时，由模拟开关直接快速切换为连续状态，对应的腔体取样为2.05Vpp。保证脉冲状态下可快速穿越多电子效应对应的功率区间，同时转连续时反射足够小，避免转连续瞬间PLL调过程中超调量可能触发的反射保护。
随后，由PLL开启频率引导功能，当腔体接近热平衡时，启动微调电容板调谐，PLL以当前频率值为起点，以步进0.002MHz，间隔1s的方式引导至工作频率72.7MHz。两种调谐方式的结合，屏蔽了腔体热效应的影响，使得腔体调谐环路从开机到出束运行过程得以完整覆盖。
最后，射频系统稳定至工作频率后进行功率提升，达到正常运行时的功率水平，实现射频电压幅度闭环和调谐环路闭环。PLL功率提升操作可通过数字通信放开幅度环工作点，也可在低电平机箱前面板手动设置。
实施例2
与实施例1的方法、步骤相同，不同的是，由模拟开关将脉冲状态直接切换为连续状态的条件是：射频脉冲内反射信号驻波比为1.10，并且脉冲内信号功率水平达到出束功率的40%。
实施例3
与实施例1的方法、步骤相同，不同的是，由模拟开关将脉冲状态直接切换为连续状态的条件是：射频脉冲内反射信号驻波比为1.08，并且脉冲内信号功率水平达到出束功率的35%。

Claims (4)

1.医用回旋加速器的射频启动方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)采用射频脉冲启动，射频信号以腔体冷态谐振频率为中心，在±0.2MHz范围内，步进为0.001MHz，间隔0.5s循环扫频，脉冲状态时调谐环禁止，微调电容板位置保持在行程的中间位置，并且脉冲时间T大于腔体特征时间常数τ；
(2)在脉冲循环扫频过程中，当射频脉冲内反射信号驻波比小于1.2并且脉冲内信号功率水平达到出束功率的30％～40％时，由模拟开关将脉冲状态直接切换为连续状态；
(3)当射频系统由脉冲转为连续，由PLL调谐腔体冷热态之间的频率变化，当腔体接近热平衡时，启动微调电容板调谐，由微调电容板和PLL共同将腔体频率调至工作频率后将PLL固定；
(4)射频系统稳定至工作频率后将功率提升至出束功率；所述的步骤(4)中射频系统功率提升是在射频系统的热平衡之后进行，射频系统功率提升通过工作点电压设置。
2.根据权利要求1所述的医用回旋加速器的射频启动方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，射频脉冲的初始占空比为3:10，信号周期为10ms。
3.根据权利要求1或2所述的医用回旋加速器的射频启动方法，其特征在于，所述的射频脉冲占空比是由低电平输出之前的一级射频开关控制。
4.根据权利要求1所述的医用回旋加速器的射频启动方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，启动微调电容板调谐后，PLL的工作方式为：以当前频率为起点，以步进0.002MHz、间隔1s的方式将腔体频率调至工作频率后固定。
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