KR20240066553A - Precise Automatic Control Method of Linear Accelerator System - Google Patents
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Abstract
선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법이 개시된다.
상기 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법은, 고주파를 발생시키는 마그네트론; 상기 마그네트론에 고전압 및 필라멘트 전압을 인가하여 상기 마그네트론을 발진시키는 펄스전원장치; 및 상기 펄스전원장치를 제어하는 제1 제어부;를 포함하는 선형가속기 시스템에 있어서, 상기 마그네트론의 최대출력조건에서의 출력 값에 따른 상기 펄스전원장치의 필라멘트 전압 조절 룩업 테이블을 상기 제1 제어부에 입력하는 '펄스전원장치의 필라멘트 전압 조절 룩업 테이블 입력 단계'를 포함한다.A method for precise automatic control of a linear accelerator system is disclosed.
The precise automatic control method of the linear accelerator system includes a magnetron that generates high frequencies; A pulse power device that applies a high voltage and a filament voltage to the magnetron to oscillate the magnetron; And a first control unit for controlling the pulse power device; In the linear accelerator system comprising a, a filament voltage adjustment lookup table of the pulse power device according to the output value at the maximum output condition of the magnetron is input to the first control unit. It includes a 'filament voltage control lookup table input step of the pulse power device'.
Description
본 발명은 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네트론을 포함하며 방사선 치료 등의 의료용에 적합한 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a precise automatic control method of a linear accelerator system, and more specifically, to a precise automatic control method of a linear accelerator system that includes a magnetron and is suitable for medical purposes such as radiation therapy.
선형가속기(Linear Accelerator, LINAC)란 고주파(Radio Frequency, RF) 등 전기적 에너지를 이용하여 전자 등의 하전 입자를 직선 방향으로 가속시키는 장치이다. 20세기 초 최초의 선형가속기가 만들어진 이래 고주파 발생 장치 및 증폭 장치 등의 개발과 함께 지속적인 발전을 거듭해 온 선형가속기는 의료용 치료기, 비파괴 검사 장비, 음식물 등의 살균 처리 등 다양한 분야에 적용되고 있다.A linear accelerator (LINAC) is a device that accelerates charged particles such as electrons in a straight line using electrical energy such as radio frequency (RF). Since the first linear accelerator was created in the early 20th century, linear accelerators have continued to develop along with the development of high-frequency generators and amplification devices, and are being applied to various fields such as medical treatment devices, non-destructive testing equipment, and sterilization of food.
근래 선형가속기는 특히 의료 용도로 많이 응용되고 있는데, 그 대표적인 예로서 가속된 전자빔을 이용하여 방사선을 발생시켜 암을 치료하는 선형가속기 기반의 방사선 치료기를 들 수 있다.Recently, linear accelerators have been widely used, especially for medical purposes. A representative example is a linear accelerator-based radiation therapy device that treats cancer by generating radiation using accelerated electron beams.
현대의 암치료에 사용되는 방사선 치료기는 고해상도의 MRI 또는 CT와 결합된 융합형 방사선 치료기로, 기존에 사용하던 단일 방사선 치료기를 대체하여 동일 공간을 활용하기 위해, 기존 치료기와 동일하거나 작은 크기인 것이 바람직하다.The radiation therapy used in modern cancer treatment is a fusion type radiation therapy combined with high-resolution MRI or CT. In order to utilize the same space by replacing the single radiation therapy used previously, it is the same or smaller in size as the existing treatment. desirable.
이에 따라 최근에 개발되고 있는 융합형 방사선 치료기의 방사선 발생 장치는 소형화가 가능한 마그네트론 기반의 고출력 선형가속기 시스템이 대부분 사용되고 있다.Accordingly, most of the radiation generating devices of convergence radiation therapy devices being developed recently are magnetron-based high-output linear accelerator systems that can be miniaturized.
본 발명은, 선형가속기 시스템을 정밀하게 자동으로 제어함으로써 안정적으로 방사선을 출력할 수 있고, 특히 선형가속기 시스템을 켰을 때 정해진 방사선량이 바로 출력될 수 있는 상태가 되도록 하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법을 제공하고자 한다.The present invention is a precise automatic control of a linear accelerator system that can stably output radiation by precisely and automatically controlling the linear accelerator system, and in particular, ensures that a predetermined amount of radiation can be output immediately when the linear accelerator system is turned on. We would like to provide a method.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 고주파를 발생시키는 마그네트론; 상기 마그네트론에 고전압 및 필라멘트 전압을 인가하여 상기 마그네트론을 발진시키는 펄스전원장치; 및 상기 펄스전원장치를 제어하는 제1 제어부;를 포함하는 선형가속기 시스템에 있어서, 상기 마그네트론의 최대출력조건에서의 출력 값에 따른 상기 펄스전원장치의 필라멘트 전압 조절 룩업 테이블을 상기 제1 제어부에 입력하는 '펄스전원장치의 필라멘트 전압 조절 룩업 테이블 입력 단계'를 포함하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a magnetron that generates high frequency; A pulse power device that applies a high voltage and a filament voltage to the magnetron to oscillate the magnetron; And a first control unit for controlling the pulse power device; In the linear accelerator system comprising a, a filament voltage adjustment lookup table of the pulse power device according to the output value at the maximum output condition of the magnetron is input to the first control unit. A precise automatic control method of a linear accelerator system is provided, including a 'filament voltage control lookup table input step of a pulse power supply device'.
상기 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법은, 입력된 상기 펄스전원장치의 필라멘트 전압 조절 룩업 테이블 값에 따라 상기 제1 제어부가 상기 펄스전원장치를 제어하여 자동으로 필라멘트 전압을 조절하는 '펄스전원장치 필라멘트 전압 자동 조절 단계'를 더 포함할 수 있다.The precise automatic control method of the linear accelerator system is a 'pulse power device filament' in which the first control unit controls the pulse power device to automatically adjust the filament voltage according to the input filament voltage control lookup table value of the pulse power device. A 'voltage automatic adjustment step' may be further included.
상기 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법은, 상기 제1 제어부에 상기 마그네트론 구동을 위한 펄스 폭 및 듀티 사이클 또는 펄스 반복 주파수 조건을 입력하는 '조건 입력 단계'; 상기 제1 제어부에서 상기 펄스전원장치의 필라멘트 전압을 점차 상승시키는 '전압 상승 단계'; 및 필라멘트 최대 전압에서 고전압 펄스를 점차적으로 상승시키는 '펄스 상승 단계';를 더 포함할 수 있고, 상기 '조건 입력 단계', 상기 '전압 상승 단계' 및 상기 '펄스 상승 단계'는, 상기 '룩업 테이블 입력 단계'와 사익 '필라멘트 전압 자동 조절 단계' 사이에 실시될 수 있다.The precise automatic control method of the linear accelerator system includes a 'condition input step' of inputting pulse width and duty cycle or pulse repetition frequency conditions for driving the magnetron to the first control unit; A 'voltage raising step' in which the first control unit gradually increases the filament voltage of the pulse power device; And it may further include a 'pulse raising step' of gradually raising the high voltage pulse at the filament maximum voltage, wherein the 'condition input step', the 'voltage raising step', and the 'pulse raising step' are the 'lookup step'. It can be carried out between the ‘table input step’ and the ‘filament voltage automatic adjustment step’.
상기 선형가속기 시스템은, 전자를 생성하는 전자총; 상기 전자총으로부터 공급받은 전자를 상기 마그네트론 모듈로부터 공급받은 고주파에 실어 전자선을 생성하는 가속관; 상기 마그네트론의 발진주파수를 조절하는 자동 주파수 제어기; 및 상기 자동 주파수 제어기를 제어하는 제2 제어부;를 포함할 수 있고, 상기 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법은, 상기 가속관의 온도에 따른 공진 주파수 룩업 테이블을 상기 제2 제어부에 입력하는 '공진 주파수 룩업 테이블 입력 단계'를 포함할 수 있고, 전송파와 반사파의 파형이 정확하지 않은 상기 마그네트론의 초기 발진 상태에서 상기 가속관의 공진 주파수와 상기 마그네트론의 발진 주파수를 매칭시킬 수 있다.The linear accelerator system includes an electron gun that generates electrons; an acceleration tube that generates an electron beam by applying electrons supplied from the electron gun to high frequencies supplied from the magnetron module; an automatic frequency controller that adjusts the oscillation frequency of the magnetron; and a second control unit that controls the automatic frequency controller. The precise automatic control method of the linear accelerator system may include inputting a resonance frequency lookup table according to the temperature of the accelerator tube to the second control unit. It may include a 'frequency lookup table input step', and the resonance frequency of the accelerator tube and the oscillation frequency of the magnetron may be matched in the initial oscillation state of the magnetron where the waveforms of the transmitted wave and the reflected wave are not accurate.
상기 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법은, 상기 가속관의 현재 온도를 측정하는 '가속관 온도 측정 단계'; 및 측정된 상기 가속관의 온도에 따른 공진 주파수를 상기 공진 주파수 룩업 테이블을 참조하여 확인한 후 상기 자동 주파수 제어기에서 상기 마그네트론의 조절축을 회전시켜 상기 마그네트론의 발진 주파수와 상기 가속관의 공진 주파수를 매칭시키는 '가속관 온도를 이용한 주파수 매칭 단계';를 포함할 수 있다.The precise automatic control method of the linear accelerator system includes an 'acceleration tube temperature measurement step' of measuring the current temperature of the accelerator tube; And after checking the resonance frequency according to the measured temperature of the acceleration tube with reference to the resonance frequency lookup table, the automatic frequency controller rotates the control shaft of the magnetron to match the oscillation frequency of the magnetron and the resonance frequency of the acceleration tube. It may include ‘frequency matching step using accelerator tube temperature’.
상기 '공진 주파수 룩업 테이블 입력 단계'에서, 상기 공진 주파수 룩업 테이블의 데이터를 얻기 위해, 상기 가속관의 온도를 일정 간격으로 변화시키면서 상기 가속관에 연결되 회로망 분석기의 어댑터를 통해 온도에 따른 S11을 측정할 수 있다.In the 'resonant frequency lookup table input step', in order to obtain data of the resonance frequency lookup table, the temperature of the acceleration tube is changed at regular intervals and S 11 according to the temperature is performed through an adapter of a network analyzer connected to the acceleration tube. can be measured.
상기 '가속관 온도를 이용한 주파수 매칭 단계'에서, 상기 마그네트론의 최대 발진을 위해 상기 펄스전원장치에서 상기 마그네트론에 인가하는 고전압을 점차적으로 상승시키면서, 전송파의 플랫 지점의 최대값과 반사파의 플랫 지점의 최소값의 차이가 최대가 되도록 상기 자동 주파수 제어기에 의해 상기 마그네트론의 조절축을 실시간으로 제어할 수 있다.In the 'frequency matching step using the accelerator tube temperature', the high voltage applied to the magnetron from the pulse power device is gradually increased for maximum oscillation of the magnetron, while the maximum value of the flat point of the transmitted wave and the flat point of the reflected wave are increased. The adjustment axis of the magnetron can be controlled in real time by the automatic frequency controller so that the difference between the minimum values of is maximized.
상기 선형가속기 시스템은, 상기 마그네트론의 발진주파수를 조절하는 자동 주파수 제어기; 및 상기 자동 주파수 제어기를 제어하는 제2 제어부;를 포함할 수 있고, 상기 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법은, 상기 마그네트론 발진 전의 백래시 오차와 발진 상태에서의 백래시 오차를 각각 측정한 후 비교하는 '백래시 오차 측정 단계'; 측정된 백래시 오차를 상기 제2 제어부에 입력하는 '백래시 오차 입력 단계'; 및 입력된 백래시 오차 값을 보정하여 상기 자동 주파수 제어기에 의해 상기 마그네트론의 조절축을 제어하는 '백래시 오차 보정 단계';를 포함할 수 있다.The linear accelerator system includes an automatic frequency controller that adjusts the oscillation frequency of the magnetron; and a second control unit that controls the automatic frequency controller. The precise automatic control method of the linear accelerator system may include measuring the backlash error before oscillation of the magnetron and the backlash error in the oscillation state and then comparing them. Backlash error measurement step'; 'Backlash error input step' of inputting the measured backlash error to the second control unit; and a 'backlash error correction step' of controlling the adjustment axis of the magnetron by the automatic frequency controller by correcting the input backlash error value.
상기 '백래시 오차 측정 단계'에서, 상기 마그네트론 발진 전에 측정된 백래시 오차 값과 상기 마그네트론 발진 상태에서 측정된 백래시 오차 값이 동일하거나 그 차이가 일정값 이하이면 백래시 오차가 정확히 측정된 것으로 간주할 수 있다.In the 'backlash error measurement step', if the backlash error value measured before the magnetron oscillation and the backlash error value measured in the magnetron oscillation state are the same or the difference is less than a certain value, the backlash error can be considered to have been accurately measured. .
상기 '백래시 오차 측정 단계'에서, 상기 마그네트론 발진 전의 백래시 오차를 측정하기 위하여, 회로망 분석기의 어댑터를 상기 마그네트론의 출력 포트에 연결한 후, 상기 마그네트론의 조절축을 회전시키면서 S11을 측정하여, 상기 마그네트론의 조절축 회전에 따른 주파수 데이터를 측정할 수 있다.In the 'backlash error measurement step', in order to measure the backlash error before oscillation of the magnetron, an adapter of a network analyzer is connected to the output port of the magnetron, and then S 11 is measured while rotating the control axis of the magnetron, so that the magnetron Frequency data can be measured according to the rotation of the control axis.
상기 '백래시 오차 측정 단계'에서, 상기 마그네트론 발진 상태에서의 백래시 오차를 측정하기 위하여, 상기 펄스전원장치를 구동하여 전송파가 최대 출력을 유지하도록 하고, 분기된 전송파와 연결된 주파수 측정기에서 상기 마그네트론의 조절축 회전에 따른 주파수 데이터를 측정할 수 있다.In the 'backlash error measurement step', in order to measure the backlash error in the magnetron oscillation state, the pulse power device is driven to maintain the maximum output of the transmission wave, and the frequency measurement connected to the branched transmission wave is used to measure the backlash error of the magnetron. Frequency data can be measured according to the rotation of the control shaft.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 고주파를 발생시키는 마그네트론; 상기 마그네트론에 고전압 및 필라멘트 전압을 인가하여 상기 마그네트론을 발진시키는 펄스전원장치; 상기 펄스전원장치를 제어하는 제1 제어부; 전자를 생성하는 전자총; 상기 전자총으로부터 공급받은 전자를 상기 마그네트론 모듈로부터 공급받은 고주파에 실어 전자선을 생성하는 가속관; 상기 마그네트론의 발진주파수를 조절하는 자동 주파수 제어기; 및 상기 자동 주파수 제어기를 제어하는 제2 제어부;를 포함하는 선형가속기 시스템에 있어서, 상기 선형가속기 시스템을 켰을 때 정해진 방사선량이 바로 출력될 수 있는 상태가 되도록 준비하는 '준비 상태 활성화 단계'를 포함하고, 상기 '준비 상태 활성화 단계'는 상기 제1 제어부에서 상기 펄스전원장치가 상기 마그네트론에 고전압을 인가하도록 하고, 상기 가속관의 실시간 온도를 측정하여, 측정된 상기 가속관의 온도에 따른 공진 주파수를 상기 제2 제어부에 입력된 공진 주파수 룩업 테이블을 참조하여 확인한 후 상기 자동 주파수 제어기에서 상기 마그네트론의 조절축을 회전시켜 상기 마그네트론의 발진 주파수와 상기 가속관의 공진 주파수를 매칭시키는 단계를 포함하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention for achieving the above object, a magnetron that generates high frequency; A pulse power device that applies a high voltage and a filament voltage to the magnetron to oscillate the magnetron; A first control unit that controls the pulse power device; an electron gun that generates electrons; an acceleration tube that generates an electron beam by applying electrons supplied from the electron gun to high frequencies supplied from the magnetron module; an automatic frequency controller that adjusts the oscillation frequency of the magnetron; and a second control unit that controls the automatic frequency controller, comprising a 'ready state activation step' that prepares the linear accelerator system to be in a state where a predetermined radiation dose can be output immediately when the linear accelerator system is turned on. , the 'ready state activation step' causes the pulse power device to apply a high voltage to the magnetron in the first control unit, measures the real-time temperature of the accelerator tube, and sets the resonance frequency according to the measured temperature of the accelerator tube. A linear accelerator comprising the step of matching the oscillation frequency of the magnetron and the resonance frequency of the accelerator tube by checking the resonance frequency lookup table input to the second control unit and then rotating the control axis of the magnetron in the automatic frequency controller. A method for precise automatic control of the system is provided.
상기 전송파의 피크 파워가 일정값을 초과하면, 상기 공진 주파수 룩업 테이블을 사용하지 않고, 실시간으로 측정된 전송파의 피크 전력 최대값과 반사파의 전력 최소값의 차가 가장 커지는 방향으로 상기 마그네트론의 조절축을 조절하여, 상기 마그네트론의 발진 주파수와 상기 가속관의 공진 주파수를 매칭시킬 수 있다.When the peak power of the transmitted wave exceeds a certain value, the control axis of the magnetron is adjusted in the direction where the difference between the maximum peak power value of the transmitted wave and the minimum power value of the reflected wave measured in real time is greatest, without using the resonance frequency lookup table. By adjusting, the oscillation frequency of the magnetron and the resonance frequency of the accelerator tube can be matched.
상기 선형가속기 시스템은, 상기 가속관 및 상기 전자총 내부를 진공으로 만드는 진공 시스템을 더 포함할 수 있고, 상기 진공 시스템의 진공값이 일정값 이상이 되면 상기 마그네트론 및 전자총의 고전압을 올리는 과정을 잠시 중단하고 진공값이 안정되면 고전압을 올리는 과정을 다시 진행할 수 있다.The linear accelerator system may further include a vacuum system that creates a vacuum inside the accelerator tube and the electron gun, and when the vacuum value of the vacuum system exceeds a certain value, the process of raising the high voltage of the magnetron and the electron gun is temporarily stopped. And when the vacuum value stabilizes, the process of raising the high voltage can be resumed.
상기 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법은, 상기 전자총으로부터 전자를 방출시켜 상기 가속관에서 전자선을 생성하고 엑스선 타겟으로부터 방사선을 방출시키는 단계; 및 상기 전자총에 인가되는 고전압과 필라멘트 전압을 조절하면서 최대 방사선량의 조건을 찾아 최대 방사선량 상태를 유지시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.The precise automatic control method of the linear accelerator system includes the steps of emitting electrons from the electron gun to generate electron beams in the accelerator tube and emitting radiation from the X-ray target; And it may further include a step of maintaining the maximum radiation dose by finding conditions for the maximum radiation dose while adjusting the high voltage and filament voltage applied to the electron gun.
본 발명은, 선형가속기 시스템을 정밀하게 자동으로 제어함으로써 안정적으로 방사선을 출력할 수 있어, 특히 환자에게 일정량의 방사선을 균일하게 출력해야 하는 의료용 선형가속기 시스템에 더욱 적합하게 적용될 수 있다.The present invention can stably output radiation by precisely and automatically controlling the linear accelerator system, so it can be more suitably applied to medical linear accelerator systems that must uniformly output a certain amount of radiation to patients.
또한, 본 발명은 선형가속기 시스템을 켰을 때 정해진 방사선량이 바로 출력될 수 있는 상태가 되도록 준비하는 '준비 상태 활성화 단계'를 포함함으로써, 특히 의료용 선형가속기 시스템의 경우, 치료 중에 선형가속기 시스템을 껐다 켜기를 반복하더라도 환자에게 동일한 양의 방사선을 바로 조사할 수 있다.In addition, the present invention includes a 'ready state activation step' that prepares the linear accelerator system to be in a state where a predetermined radiation dose can be output immediately when the linear accelerator system is turned on, so that, especially in the case of a medical linear accelerator system, the linear accelerator system can be turned off and on during treatment. Even if the procedure is repeated, the same amount of radiation can be immediately irradiated to the patient.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형가속기 시스템의 개략도이다.
도 2는 전송파의 피크 값에 따른 필라멘트 전압의 변화의 일례를 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 가속관의 온도에 따른 주파수의 변화의 일례를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4는 마그네트론 조절축의 회전수에 따른 주파수의 변화의 일례를 그래프로 나타낸 것이다.1 is a schematic diagram of a linear accelerator system according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing an example of the change in filament voltage according to the peak value of the transmission wave.
Figure 3 is a graph showing an example of the change in frequency according to the temperature of the accelerator tube.
Figure 4 is a graph showing an example of the change in frequency according to the number of rotations of the magnetron control shaft.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the structure and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The following examples may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
선형가속기 시스템의 구조Structure of linear accelerator system
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형가속기 시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a linear accelerator system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 선형가속기 시스템은, 마이크로파 등의 고주파를 발생시키는 마그네트론 모듈(100), 마그네트론 모듈(100)로부터 고주파를 공급받아 전자선을 가속시켜 방사선을 발생키는 선형가속기 모듈(200), 및 사용자로부터 명령을 입력 받아 다른 장치들을 제어하고 계측 데이터를 측정하는 제어 모듈(300)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the linear accelerator system of this embodiment includes a magnetron module 100 that generates high frequencies such as microwaves, and a linear accelerator module that receives high frequencies from the magnetron module 100 and accelerates an electron beam to generate radiation ( 200), and a control module 300 that receives commands from the user to control other devices and measure measurement data.
본 실시예의 마그네트론 모듈(100)은, 마그네트론(120)을 발진시키는 펄스전원장치(110), 펄스전원장치(110)로부터 전원을 공급받아 마이크로파 등의 고주파를 발생시키는 마그네트론(120), 마그네트론(120)의 발진주파수를 조절하는 자동 주파수 제어기(130), 발생된 고주파 출력이 마그네트론(120)으로 역반사 되는 것을 방지하여 마그네트론(120)을 보호하고 마그네트론(120)의 성능을 안정화시키는 순환기(Circulator, 140), 및 전송 및 반사되는 고주파를 측정하는 방향성 결합기(Directional Coupler, 150)를 포함한다.The magnetron module 100 of this embodiment includes a pulse power device 110 that oscillates the magnetron 120, a magnetron 120 that receives power from the pulse power device 110 and generates high frequencies such as microwaves, and a magnetron 120. ), an automatic frequency controller 130 that adjusts the oscillation frequency, and a circulator that protects the magnetron 120 by preventing the generated high-frequency output from being reflected back to the magnetron 120 and stabilizes the performance of the magnetron 120. 140), and a directional coupler (150) that measures transmitted and reflected high frequencies.
본 실시예의 선형가속기 모듈(200)은, 전자총(220)에 전원을 공급하고 그리드(Grid) 펄스를 발생시키는 전자총 전원장치(210), 전자총 전원장치(210)로부터 전원을 공급받아 전자를 생성하는 전자총(220), 전자총(220)으로부터 공급받은 전자를 마그네트론 모듈(100)로부터 공급받은 마이크로파 등의 고주파에 실어 높은 에너지로 가속된 전자선을 생성하는 가속관(230), 가속관(230) 내의 전자선의 초점과 위치를 맞추어 전자선을 정렬시키는 다수개의 스티어링 전자석(240), 및 가속관(230)으로부터 공급받은 가속된 전자선에 의해 치료에 필요한 방사선을 발생시키는 엑스선 타겟(250)을 포함한다. 엑스선 타겟(250)으로부터 방출된 방사선량은 모니터 챔버(600)를 통해 측정할 수 있다.The linear accelerator module 200 of this embodiment is an electron gun power supply device 210 that supplies power to the electron gun 220 and generates grid pulses, and generates electrons by receiving power from the electron gun power supply device 210. Electron gun 220, an acceleration tube 230 that generates an accelerated electron beam with high energy by loading the electrons supplied from the electron gun 220 into high frequencies such as microwaves supplied from the magnetron module 100, and the electron beam in the acceleration tube 230 It includes a plurality of steering electromagnets 240 that align the electron beams by focusing and positioning them, and an X-ray target 250 that generates radiation necessary for treatment by accelerated electron beams supplied from the acceleration tube 230. The amount of radiation emitted from the X-ray target 250 can be measured through the monitor chamber 600.
또한, 본 실시예의 선형가속기 모듈(200)은 전자총 전원장치(260)로부터 전자총(240)으로 공급되는 전류의 양을 측정하는 전류 측정기(260)를 더 포함할 수 있다.In addition, the linear accelerator module 200 of this embodiment may further include a current meter 260 that measures the amount of current supplied from the electron gun power supply device 260 to the electron gun 240.
스티어링 전자석(240)은 도 1에 도시된 바와 같이 전자선을 둘러싸도록 일정 간격으로 배치되는 것이 바람직하며, 일례로 네 개가 설치될 수 있다.As shown in FIG. 1, the steering electromagnets 240 are preferably arranged at regular intervals to surround the electron beam. For example, four steering electromagnets 240 may be installed.
본 실시예의 제어 모듈(300)은, 펄스전원장치(110)를 제어하는 제1 제어부(310), 자동 주파수 제어기(130)를 제어하는 제2 제어부(320), 전자총 전원장치(210)을 제어하는 제3 제어부(330), 스티어링 전자석(240)을 제어하는 제4 제어부(340), 및 계측 데이터를 측정하는 측정부(350)를 포함한다.The control module 300 of this embodiment controls the first control unit 310 for controlling the pulse power supply device 110, the second control unit 320 for controlling the automatic frequency controller 130, and the electron gun power supply device 210. It includes a third control unit 330 that controls the steering electromagnet 240, a fourth control unit 340 that controls the steering electromagnet 240, and a measurement unit 350 that measures measurement data.
또한, 본 실시예의 선형가속기 시스템은, 냉각 시스템(400) 및 진공 시스템(500)을 더 포함할 수 있다. 냉각 시스템(400)은, 마그네트론(120) 및 엑스선 타겟(210)을 냉각시킬 수 있고, 진공 시스템(500), 가속관(220) 내부를 진공으로 만드는 제1 진공펌프(510) 및 전자총(240) 내부를 진공으로 만드는 제2 진공펌프(520)를 포함할 수 있다.Additionally, the linear accelerator system of this embodiment may further include a cooling system 400 and a vacuum system 500. The cooling system 400 can cool the magnetron 120 and the ) It may include a second vacuum pump 520 that vacuums the interior.
본 실시예의 선형가속기 시스템에 의하면, 측정부(350)는 냉각 시스템(400), 주파수 측정기(710), 파워 측정기(720), 전류 측정기(250) 및 진공펌프(710, 720)의 계측 데이터를 측정할 수 있으며, 모니터 챔버(600)를 통해 측정된 방사선량이 측정부(350)에 표시될 수 있다.According to the linear accelerator system of this embodiment, the measurement unit 350 measures measurement data of the cooling system 400, the frequency meter 710, the power meter 720, the current meter 250, and the vacuum pumps 710 and 720. It can be measured, and the radiation amount measured through the monitor chamber 600 can be displayed on the measuring unit 350.
필라멘트 전압 자동 제어Filament voltage automatic control
펄스전원장치(110)는 마그네트론(120)의 음극(Cathode)과 양극(Anode) 사이에 고전압을 인가하고 마그네트론(120)의 음극을 가열하는 필라멘트(Filament) 전압을 인가하여 마그네트론(120)을 발진시킨다.The pulse power supply device 110 applies a high voltage between the cathode and anode of the magnetron 120 and applies a filament voltage that heats the cathode of the magnetron 120 to oscillate the magnetron 120. I order it.
마그네트론의 음극은 물질의 특성상 온도가 너무 높을 경우 전자 방사가 증가하여 치명적인 오동작을 유발하는 런어웨어(Runaway) 현상이 발생하고, 온도가 너무 낮을 경우 방사 전류의 부족으로 정상적인 발진이 지속되지 않는 모딩(Moding)을 일으켜 수명을 단축시킨다.Due to the nature of the magnetron's cathode material, if the temperature is too high, electromagnetic radiation increases, causing a runaway phenomenon that causes a fatal malfunction, and if the temperature is too low, normal oscillation does not continue due to a lack of radiation current (moding). Moding) and shortens lifespan.
따라서, 음극 필라멘트에 인가되는 전압은 발진에 따라 자동적으로 제어되는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 음극 필라멘트에 인가되는 전압을 마그네트론(120)의 발진에 따라 자동적으로 제어하는 방법을 제시한다.Therefore, it is desirable that the voltage applied to the cathode filament is automatically controlled according to oscillation, and the present invention proposes a method of automatically controlling the voltage applied to the cathode filament according to oscillation of the magnetron 120.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법은, 마그네트론(120)의 최대출력조건에서의 출력 값에 따른 펄스전원장치(110)의 필라멘트 전압 조절 룩업 테이블을 제1 제어부(310)에 입력하는 '펄스전원장치의 필라멘트 전압 조절 룩업 테이블 입력 단계', 및 입력된 펄스전원장치(110)의 필라멘트 전압 조절 룩업 테이블 값에 따라 제1 제어부(310)가 펄스전원장치(110)를 제어하여 자동으로 필라멘트 전압을 조절하는 '펄스전원장치 필라멘트 전압 자동 조절 단계'를 포함한다.The precise automatic control method of the linear accelerator system according to a preferred embodiment of the present invention uses a filament voltage adjustment lookup table of the pulse power device 110 according to the output value at the maximum output condition of the magnetron 120 to the first control unit 310. ), the 'filament voltage control lookup table input step of the pulse power device', and the first control unit 310 operates the pulse power device 110 according to the input filament voltage control lookup table value of the pulse power device 110. It includes a 'pulse power device filament voltage automatic adjustment step' that controls and automatically adjusts the filament voltage.
'필라멘트 전압 조절 룩업 테이블 입력 단계'에서, 제조사가 제공하는 룩업 테이블을 사용할 수도 있고, 실험을 통해 데이터 베이스를 구축하여 룩업 테이블을 생성할 수도 있다.In the 'filament voltage control lookup table input step', you can use the lookup table provided by the manufacturer, or you can create the lookup table by building a database through experimentation.
도 2는 마그네트론(120)의 최대출력조건에서의 출력 값, 즉 전송파의 피크(Peak) 값에 따른 필라멘트 전압의 변화의 일례를 그래프로 나타낸 것이다.Figure 2 is a graph showing an example of the change in filament voltage according to the output value under the maximum output condition of the magnetron 120, that is, the peak value of the transmission wave.
도 2에 도시된 바와 같이, 일례로 펄스전원장치(110)의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)를 50Hz, 75Hz, 100Hz, 125Hz, 150Hz, 175Hz, 200Hz로 변경시키면서, 각각의 펄스 반복 주파수마다 전송파의 피크 값에 따른 필라멘트 전압 값을 얻을 수 있다. 펄스 반복 주파수는 실제로 사용하는 조건 값을 선택하면 되며, 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.As shown in Figure 2, for example, the pulse repetition frequency of the pulse power device 110 is changed to 50Hz, 75Hz, 100Hz, 125Hz, 150Hz, 175Hz, and 200Hz, and transmission is performed at each pulse repetition frequency. The filament voltage value can be obtained according to the peak value of the wave. The pulse repetition frequency can be selected based on the condition value actually used, and is not limited to this embodiment.
이와 같이 실험을 통해 얻은 각각의 펄스 반복 주파수에 해당하는 전송파의 피크 값에 따른 필라멘트 전압 값들을 제1 제어부(310)에 입력할 수 있다.In this way, filament voltage values according to the peak value of the transmission wave corresponding to each pulse repetition frequency obtained through the experiment can be input to the first control unit 310.
한편, '펄스전원장치 필라멘트 전압 자동 조절 단계'에서, 마그네트론(120)의 출력 값을 측정하기 위하여 파워 측정기(720)를 사용할 수 있으며, 파워 측정기(720)에서 실시간으로 측정되는 마그네트론(120)의 최대출력조건에서의 출력 값, 즉 전송파의 피크 값에 따라, 제1 제어부(310)가 펄스전원장치(110)를 제어하여 자동으로 필라멘트 전압을 조절할 수 있다.Meanwhile, in the 'pulse power device filament voltage automatic adjustment step', the power meter 720 can be used to measure the output value of the magnetron 120, and the power meter 720 can be used to measure the output value of the magnetron 120 measured in real time by the power meter 720. According to the output value under the maximum output condition, that is, the peak value of the transmission wave, the first control unit 310 can control the pulse power device 110 to automatically adjust the filament voltage.
즉, 제1 제어부(310)는 입력된 룩업 테이블의 자료를 참조하여 파워 측정기(720)에서 실시간으로 측정된 전송파의 피크 값에 해당되는 필라멘트 전압이 되도록 펄스전원장치(110)를 제어할 수 있다.That is, the first control unit 310 can control the pulse power device 110 so that the filament voltage corresponds to the peak value of the transmission wave measured in real time by the power meter 720 by referring to the data of the input lookup table. there is.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법은, 펄스전원장치(110)를 제어하는 제1 제어부(310)에 마그네트론(120) 구동을 위한 펄스 폭(Pulse Width) 및 듀티 사이클(Duty Cycle) 또는 펄스 반복 주파수 조건을 입력하는 '조건 입력 단계', 제1 제어부(310)에서 펄스전원장치(110)의 필라멘트 전압을 점차 상승시키는 '전압 상승 단계', 및 필라멘트 최대 전압에서 고전압 펄스를 점차적으로 상승시키는 '펄스 상승 단계'를 더 포함할 수 있다.The precise automatic control method of the linear accelerator system according to a preferred embodiment of the present invention includes the pulse width and duty cycle for driving the magnetron 120 in the first control unit 310 that controls the pulse power device 110. (Duty Cycle) or 'condition input step' for inputting pulse repetition frequency conditions, 'voltage increase step' for gradually increasing the filament voltage of the pulse power device 110 in the first control unit 310, and high voltage at the filament maximum voltage. It may further include a 'pulse rising step' in which the pulse is gradually raised.
'조건 입력 단계', '전압 상승 단계' 및 '펄스 상승 단계'는, '룩업 테이블 입력 단계'와 '필라멘트 전압 자동 조절 단계' 사이에 실시된다.The 'condition input step', 'voltage raising step', and 'pulse raising step' are performed between the 'look-up table input step' and the 'filament voltage automatic adjustment step'.
'조건 입력 단계'에서 입력되는 펄스 폭 및 듀티 사이클 또는 펄스 반복 주파수에 따라 출력되는 전송파가 달라지게 되고, 전송파의 출력에 따라 방사선 출력이 결정된다.The output transmitted wave varies depending on the pulse width and duty cycle or pulse repetition frequency input in the 'condition input stage', and the radiation output is determined according to the output of the transmitted wave.
'전압 상승 단계'에서는, 일례로 필라멘트 전압을 0V에서부터 10V까지 상승시킬 수 있으며, 정해진 시간에 점차적으로 필라멘트 전압을 상승시킨다. 이 단계에서는 고전압을 인가하지 않은 상태이므로 파워 측정기(720)에서의 전송파가 계측 데이터 측정부에서 측정되지 않는다.In the 'voltage increase step', for example, the filament voltage can be increased from 0V to 10V, and the filament voltage is gradually increased at a set time. At this stage, since the high voltage is not applied, the transmission wave from the power meter 720 is not measured by the measurement data measurement unit.
'펄스 상승 단계'에서 파워 측정기(720)에서 전송파의 피크 값이 측정되면, '필라멘트 전압 자동 조절 단계'가 실시되어, 제1 제어부에 입력되어 있는 룩업 테이블에 따라 필라멘트 전압을 자동으로 낮추어 조절하게 된다.When the peak value of the transmission wave is measured by the power meter 720 in the 'pulse rising phase', the 'filament voltage automatic adjustment phase' is performed, and the filament voltage is automatically lowered and adjusted according to the lookup table input to the first control unit. I do it.
마그네트론(120)의 음극 필라멘트 전압은, 음극 역충격(Cathode Back Bombardment) 현상 때문에 예열시에 비하여 발진시에 음극 온도가 올라간다. 따라서, 특히 마그네트론(120) 발진 후에 음극의 필라멘트 전압을 발진 조건에 따라 적절하게 맞춰줄 필요가 있다.The cathode filament voltage of the magnetron 120 increases during oscillation compared to during preheating due to the phenomenon of cathode back bombardment. Therefore, especially after oscillation of the magnetron 120, it is necessary to appropriately adjust the filament voltage of the cathode according to the oscillation conditions.
본 발명에 의하면, 음극 필라멘트에 인가되는 전압이 마그네트론(120)의 발진에 따라 자동적으로 제어되므로, 마그네트론(120)을 안정적으로 구동시킬수 있고, 원하는 양의 방사선을 안정적으로 생성할 수 있다.According to the present invention, the voltage applied to the cathode filament is automatically controlled according to the oscillation of the magnetron 120, so the magnetron 120 can be stably driven and a desired amount of radiation can be stably generated.
마그네트론의 발진 주파수 자동 제어Automatic control of oscillation frequency of magnetron
자동 주파수 제어기(Automatic Frequency Controller, 130)는, 마그네트론(120)에 연결된 조절축을 실시간으로 제어하여, 가속관(230)의 공진 주파수와 매칭되도록 마그네트론(120)의 발진 주파수를 조절한다.The automatic frequency controller (Automatic Frequency Controller) 130 controls the control axis connected to the magnetron 120 in real time to adjust the oscillation frequency of the magnetron 120 to match the resonance frequency of the accelerator tube 230.
전자선을 최대한 가속시키기 위해서는 가속관(230)의 공진 주파수와 마그네트론(120)의 발진 주파수가 지속적으로 매칭되어야 하며, 주파수가 매칭이 되지 않는 경우 고주파가 온전히 전자선 가속에 사용되지 못하고 일부가 반사되어 나오게 된다. 전자선 가속에 사용되지 못하고 반사된 고주파는 파워 측정기(720)에서 반사파로 확인할 수 있다.In order to accelerate the electron beam as much as possible, the resonance frequency of the accelerator tube 230 and the oscillation frequency of the magnetron 120 must be continuously matched. If the frequencies are not matched, the high frequency is not fully used to accelerate the electron beam and some of it is reflected. do. High frequencies that are not used to accelerate the electron beam and are reflected can be confirmed as reflected waves in the power meter 720.
따라서, 파워 측정기(720)에서 전송파와 반사파의 파형을 측정하면서 자동 주파수 제어기(130)에 의해 가속관(230)의 공진 주파수와 마그네트론(120)의 발진 주파수를 매칭시키는데, 마그네트론(120)의 초기 발진 상태에서는 전송파와 반사파의 파형이 정확하지 않아 주파수의 매칭이 어렵다는 단점이 있다.Therefore, while measuring the waveforms of the transmitted and reflected waves in the power meter 720, the resonant frequency of the accelerator tube 230 and the oscillation frequency of the magnetron 120 are matched by the automatic frequency controller 130, and the initial frequency of the magnetron 120 is matched. In the oscillation state, the waveforms of the transmitted and reflected waves are not accurate, so matching the frequencies is difficult.
또한, 종래에는 입력 신호의 상대 위상에 따라 진폭이 달라지는 출력 신호를 생성하기 위해 직교 하이브리드 또는 위상 검출기를 이용하여야 하고, 위상차의 비례에 따라 불일치 정도를 판단하기 위하여 추가적인 장치들이 필요하여, 자동 주파수 제어기(130)가 복잡해지고, 정확한 제어가 보장되는 주파수 범위가 좁은 단점이 있다.In addition, conventionally, a quadrature hybrid or phase detector must be used to generate an output signal whose amplitude varies depending on the relative phase of the input signal, and additional devices are needed to determine the degree of mismatch according to the proportion of the phase difference, so an automatic frequency controller (130) has the disadvantage of becoming complicated and the frequency range over which accurate control is guaranteed is narrow.
본 발명은 종래의 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마그네트론(120)의 발진 주파수를 가속관(230)의 온도에 따른 공진 주파수와 매칭되도록 자동 주파수 제어기(130)에 의해 자동적으로 제어하는 방법을 제시한다.The present invention is intended to solve the problems of the prior art, and provides a method of automatically controlling the oscillation frequency of the magnetron 120 by the automatic frequency controller 130 to match the resonance frequency according to the temperature of the accelerator tube 230. present.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법은, 가속관(230)의 온도에 따른 공진 주파수 룩업 테이블을 제2 제어부(320)에 입력하는 '공진 주파수 룩업 테이블 입력 단계', 가속관(230)의 현재 온도를 측정하는 '가속관 온도 측정 단계', 및 측정된 가속관(230)의 온도에 따른 공진 주파수를 공진 주파수 룩업 테이블을 참조하여 확인한 후 자동 주파수 제어기(130)에서 마그네트론(120)의 조절축을 회전시켜 마그네트론(120)의 발진 주파수와 가속관(230)의 공진 주파수를 매칭시키는 '가속관 온도를 이용한 주파수 매칭 단계'를 포함한다.The precise automatic control method of a linear accelerator system according to a preferred embodiment of the present invention includes a 'resonance frequency lookup table input step' of inputting a resonance frequency lookup table according to the temperature of the accelerator tube 230 to the second control unit 320. The 'acceleration tube temperature measurement step' measures the current temperature of the acceleration tube 230, and the resonance frequency according to the measured temperature of the acceleration tube 230 is checked by referring to the resonance frequency lookup table, and then the automatic frequency controller 130 It includes a 'frequency matching step using the temperature of the accelerator tube' of rotating the control shaft of the magnetron 120 to match the oscillation frequency of the magnetron 120 and the resonance frequency of the accelerator tube 230.
도 3은 가속관의 온도에 따른 주파수의 변화의 일례를 그래프로 나타낸 것이다. '공진 주파수 룩업 테이블 입력 단계'에서, 공진 주파수 룩업 테이블의 데이터를 얻기 위해, 냉각 시스템(400)에 의해 가속관(230)의 온도를 일정 간격으로 변화시키면서 가속관(230)에 연결되 회로망 분석기(Vector Network Analyzer)의 어댑터(Adapter)를 통해 온도에 따른 S-매개변수 S11을 측정하여, 가속관(230)의 온도별 공진 주파수의 데이터를 수집할 수 있다.Figure 3 is a graph showing an example of the change in frequency according to the temperature of the accelerator tube. In the 'resonant frequency lookup table input step', in order to obtain data of the resonant frequency lookup table, the temperature of the accelerator tube 230 is changed at regular intervals by the cooling system 400, and a network analyzer is connected to the accelerator tube 230. By measuring the S-parameter S 11 according to temperature through the adapter of the (Vector Network Analyzer), data on the resonance frequency of the accelerator tube 230 according to temperature can be collected.
'가속관 온도 측정 단계'에서, 냉각 시스템(400)에 의해 가속관(230)의 온도를 실시간으로 측정할 수 있으며, '가속관 온도를 이용한 주파수 매칭 단계'에서 주파수 측정기(710)에 의해 마그네트론(120)의 발진 주파수를 실시간으로 측정할 수 있다.In the 'acceleration tube temperature measurement step', the temperature of the accelerator tube 230 can be measured in real time by the cooling system 400, and in the 'frequency matching step using the accelerator tube temperature', the temperature of the accelerator tube 230 can be measured by the magnetron 710. The oscillation frequency of (120) can be measured in real time.
'가속관 온도를 이용한 주파수 매칭 단계'에서, 마그네트론(120)의 발진 주파수와 가속관(230)의 공진 주파수가 매칭이 되는 상태란, 전송파의 플랫(Flat) 지점의 최대값과 반사파의 플랫(flat) 지점의 최소값의 차이가 최대가 되는 상태를 의미한다.In the 'frequency matching step using the accelerator tube temperature', the state in which the oscillation frequency of the magnetron 120 and the resonance frequency of the accelerator tube 230 are matched refers to the maximum value of the flat point of the transmitted wave and the flat point of the reflected wave. (flat) refers to the state where the difference between the minimum values of the point is maximum.
마그네트론(120)의 최대 발진을 위해 펄스전원장치(110)에서 마그네트론(120)에 인가하는 고전압을 점차적으로 상승시키면서, 파워 측정기(720)에서 실시간으로 측정되는 전송파와 반사파의 전력값을 통해, 전송파의 플랫(Flat) 지점의 최대값과 반사파의 플랫(flat) 지점의 최소값의 차이가 최대가 되도록 자동 주파수 제어기(130)에 의해 마그네트론(120)의 조절축을 실시간으로 제어한다.For maximum oscillation of the magnetron 120, the high voltage applied to the magnetron 120 from the pulse power device 110 is gradually increased, and the power values of the transmitted and reflected waves measured in real time by the power meter 720 are transmitted. The control axis of the magnetron 120 is controlled in real time by the automatic frequency controller 130 so that the difference between the maximum value of the flat point of the wave and the minimum value of the flat point of the reflected wave is maximized.
본 발명에 의하면, 전송파와 반사파의 파형이 정확하지 않은 마그네트론(120)의 초기 발진 상태에서도 가속관(230)의 공진 주파수와 마그네트론(120)의 발진 주파수를 매칭시킬 수 있어, 마그네트론(120)의 초기 발진시부터 안정적으로 구동이 가능하다는 장점이 있다.According to the present invention, the resonance frequency of the accelerator tube 230 and the oscillation frequency of the magnetron 120 can be matched even in the initial oscillation state of the magnetron 120 in which the waveforms of the transmitted wave and the reflected wave are not accurate. It has the advantage of being able to operate stably from the initial launch.
또한, 본 발명에 의하면 가속관(230)의 온도에 따른 공진 주파수의 데이터를 이용함으로써 종래 기술에 비하여 자동 주파수 제어기(130)를 간소하게 제작할 수 있고, 더 넓은 범위의 주파수의 정확한 제어가 보장된다는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, by using data on the resonance frequency according to the temperature of the acceleration tube 230, the automatic frequency controller 130 can be manufactured simply compared to the prior art, and accurate control of a wider range of frequencies is guaranteed. There is an advantage.
백래시 보정Backlash compensation
마그네트론(120)의 발진 주파수를 조절하는 조절축은 웜 기어(Worm Gear) 구조일 수 있는데, 윔 기어 구조는 원활한 회전을 위해 적절한 백래시가 필요하다. 그런데, 웜 기어 구조는 백래시로 인해 회전 방향이 바뀔 때마다 기계적인 백래시 오차가 발생하여 주파수 매칭에 영향을 미치게 되고 안정적인 방사선을 출력하기 어려워진다. The control shaft that controls the oscillation frequency of the magnetron 120 may have a worm gear structure, and the worm gear structure requires appropriate backlash for smooth rotation. However, in the worm gear structure, a mechanical backlash error occurs every time the rotation direction changes due to backlash, which affects frequency matching and makes it difficult to output stable radiation.
본 발명은 종래의 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기계적인 백래시 오차를 보정하여 마그네트론(120)의 조절축을 제어하는 방법을 제시한다.The present invention is intended to solve the problems of the prior art, and proposes a method of controlling the control axis of the magnetron 120 by correcting mechanical backlash error.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법은, 마그네트론(120) 발진 전의 백래시 오차와 발진 상태에서의 백래시 오차를 각각 측정한 후 비교하는 '백래시 오차 측정 단계', 측정된 백래시 오차를 제2 제어부에 입력하는 '백래시 오차 입력 단계', 및 입력된 백래시 오차 값을 보정하여 자동 주파수 제어기(130)에 의해 마그네트론(120)의 조절축을 제어하는 '백래시 오차 보정 단계'를 포함한다.The precise automatic control method of the linear accelerator system according to a preferred embodiment of the present invention includes a 'backlash error measurement step' in which the backlash error before oscillation of the magnetron 120 and the backlash error in the oscillation state are measured and compared, and the measured backlash It includes a 'backlash error input step' for inputting the error to the second control unit, and a 'backlash error correction step' for controlling the adjustment axis of the magnetron 120 by the automatic frequency controller 130 by correcting the input backlash error value. .
도 4는 마그네트론 조절축의 회전수에 따른 주파수의 변화의 일례를 그래프로 나타낸 것이다. 도 4의 (a)는 마그네트론(120) 발진 전의 백래시 오차를 측정한 것을 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 마그네트론(120) 발진 상태에서의 백래시 오차를 측정한 것을 나타낸 것이다.Figure 4 is a graph showing an example of the change in frequency according to the number of rotations of the magnetron control shaft. Figure 4(a) shows the backlash error measured before the magnetron 120 oscillates, and Figure 4(b) shows the backlash error measured when the magnetron 120 oscillates.
도 4를 참조하면, '백래시 오차 측정 단계'에서, 마그네트론(120) 발진 전의 백래시 오차를 측정하기 위하여, 회로망 분석기의 어댑터를 마그네트론(120)의 출력 포트에 연결한 후, 마그네트론(120)의 조절축을 회전시키면서 S11을 측정하여, 마그네트론(120)의 조절축 회전에 따른 주파수 데이터를 측정할 수 있다. 정확한 측정을 위해 마그네트론(120)의 조절축을 여러 번 회전시키면서 데이터를 얻을 수 있다.Referring to FIG. 4, in the 'backlash error measurement step', in order to measure the backlash error before oscillation of the magnetron 120, the adapter of the network analyzer is connected to the output port of the magnetron 120, and then the magnetron 120 is adjusted. By measuring S 11 while rotating the shaft, frequency data according to the rotation of the control shaft of the magnetron 120 can be measured. For accurate measurement, data can be obtained by rotating the control axis of the magnetron 120 several times.
마그네트론(120) 발진 상태에서의 백래시 오차를 측정하기 위하여, 펄스전원장치(110)를 구동하여 방향성 결합기(150)에서의 전송파가 최대 출력을 유지하도록 하고, 분기된 전송파와 연결된 주파수 측정기(710)에서 마그네트론(120)의 조절축 회전에 따른 주파수 데이터를 측정할 수 있다. 정확한 측정을 위해 마그네트론(120)의 조절축을 여러 번 회전시키면서 데이터를 얻을 수 있다.In order to measure the backlash error in the oscillation state of the magnetron 120, the pulse power device 110 is driven to maintain the maximum output of the transmission wave from the directional coupler 150, and a frequency measuring device 710 connected to the branched transmission wave is used. ), frequency data according to the rotation of the control shaft of the magnetron 120 can be measured. For accurate measurement, data can be obtained by rotating the control axis of the magnetron 120 several times.
마그네트론(120) 발진 전에 측정된 백래시 오차 값과 마그네트론(120) 발진 상태에서 측정된 백래시 오차 값이 동일하거나 그 차이가 일정값 이하이면 백래시 오차가 정확히 측정된 것으로 간주할 수 있다.If the backlash error value measured before the magnetron 120 oscillates and the backlash error value measured while the magnetron 120 oscillates are the same or the difference is less than a certain value, the backlash error can be considered to have been accurately measured.
'백래시 오차 입력 단계'에서는, '백래시 오차 측정 단계'에서 측정된 백래시 오차를 회전 각도로 환산하여 제2 제어부에 입력할 수 있다.In the 'backlash error input step', the backlash error measured in the 'backlash error measurement step' may be converted into a rotation angle and input to the second control unit.
본 발명에 의하면, 마그네트론(120) 조절축의 기계적인 변경 없이도 백래시 오차를 보정할 수 있으므로, 기존에 사용하던 장비에 본 발명을 바로 적용할 수 있어 활용성이 높다는 장점이 있다.According to the present invention, the backlash error can be corrected without mechanical change of the control axis of the magnetron 120, so the present invention can be directly applied to existing equipment, which has the advantage of high usability.
준비 상태 활성화Activate ready state
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법은, 선형가속기 시스템을 켰을 때 정해진 방사선량이 바로 출력될 수 있는 상태가 되도록 준비하는 '준비 상태 활성화 단계'를 포함한다.The precise automatic control method of the linear accelerator system according to a preferred embodiment of the present invention includes a 'ready state activation step' that prepares the linear accelerator system to be in a state in which a predetermined radiation dose can be output immediately when the linear accelerator system is turned on.
특히 의료용 선형가속기 시스템의 경우, 환자의 치료를 위해 선형가속기 시스템을 켰을 때(즉, 사용자가 ON 버튼을 눌렀을 때) 환자에게 바로 방사선을 조사하게 되므로, 선형가속기 시스템을 켬과 동시에 정해진 양의 방사선이 바로 출력되는 것이 중요하다. 치료 중에 선형가속기 시스템을 껐다 켜기를 반복할 수 있는데, 일시적으로 선형가속기 시스템을 끄더라도 다시 켰을 때 동일한 양의 방사선이 바로 출력될 수 있어야 한다.In particular, in the case of a medical linear accelerator system, when the linear accelerator system is turned on for patient treatment (i.e., when the user presses the ON button), radiation is irradiated directly to the patient, so a set amount of radiation is administered at the same time as the linear accelerator system is turned on. It is important that this is output right away. During treatment, the linear accelerator system can be repeatedly turned off and on. Even if the linear accelerator system is temporarily turned off, the same amount of radiation should be output immediately when turned on again.
'준비 상태 활성화 단계'에서는 필라멘트 전압 자동 제어, 마그네트론의 발진 주파수 자동 제어, 및 백래시 보정에서 설명한 단계들을 포함할 수 있으며, '준비 상태 활성화 단계'의 일례를 보다 구체적으로 설명하면 아래와 같다.The 'ready state activation step' may include the steps described in automatic filament voltage control , automatic control of the oscillation frequency of the magnetron , and backlash compensation . An example of the 'ready state activation step' is described in more detail as follows.
[제1 단계] 선형가속기 시스템에 포함된 각 장치에 전원을 인가하고 제어 모듈(300)에서 각 장치에 대한 상태 진단을 하는 단계[Step 1] Applying power to each device included in the linear accelerator system and diagnosing the status of each device in the control module 300
[제2 단계] 제어 모듈(300)에서의 상태 진단이 통과되면, 최대 방사선량 출력 조건을 입력하고 준비 상태를 활성화하기 위한 시작 버튼을 누르는 단계[Second step] If the status diagnosis in the control module 300 passes, entering the maximum radiation dose output condition and pressing the start button to activate the ready state
[제3 단계] 제1 제어부(310)에서 펄스전원장치(110)의 필라멘트 전압을 일정시간 안에 단계적으로 올리고(일례로, 0V에서 10V까지), 제3 제어부(330)에서 전자총 전원장치(210)의 필라멘트 전압을 일정시간 안에 단계적으로 올리는 단계(일례로, 0V에서 10V까지)[Third step] The first control unit 310 gradually increases the filament voltage of the pulse power supply device 110 within a certain period of time (for example, from 0V to 10V), and the third control unit 330 increases the filament voltage of the pulse power supply device 110 (210). ) step of gradually increasing the filament voltage within a certain period of time (for example, from 0V to 10V)
[제4 단계] 제1 제어부(310)에서 펄스전원장치(110)가 마그네트론(120)에 고전압을 인가하도록 하고, 가속관(230)의 실시간 온도를 냉각 시스템(400)을 통해 측정부(350)에서 측정하여(즉, '가속관 온도 측정 단계'), 측정된 가속관(230)의 온도에 따른 공진 주파수를 제2 제어부(320)에 입력된 공진 주파수 룩업 테이블을 참조하여 확인한 후 자동 주파수 제어기(130)에서 마그네트론(120)의 조절축을 회전시켜 마그네트론(120)의 발진 주파수와 가속관(230)의 공진 주파수를 매칭시키는 단계(즉, '가속관 온도를 이용한 주파수 매칭 단계')[Step 4] The first control unit 310 causes the pulse power device 110 to apply high voltage to the magnetron 120, and the real-time temperature of the accelerator tube 230 is measured by the measurement unit 350 through the cooling system 400. ) (i.e., 'acceleration tube temperature measurement step'), the resonance frequency according to the measured temperature of the acceleration tube 230 is checked by referring to the resonance frequency lookup table input to the second control unit 320, and then the automatic frequency A step of matching the oscillation frequency of the magnetron 120 and the resonance frequency of the accelerator tube 230 by rotating the control shaft of the magnetron 120 in the controller 130 (i.e., 'frequency matching step using the accelerator tube temperature')
- 측정부(350)에서 파워 측정기(720)를 통해 전송파 전력 파형과 반사파 전력 파형을 실시간으로 측정하며, 주파수 측정기(710)에서는 마그네트론(120)의 발진 주파수가 측정된다.- The measurement unit 350 measures the transmitted wave power waveform and the reflected wave power waveform in real time through the power meter 720, and the frequency meter 710 measures the oscillation frequency of the magnetron 120.
- 일례로 전송파 피크 파워 값이 초기 발진 상태에서는 100kW로 측정될 수 있으며, 전송파의 피크 파워가 일례로 1000kW로 측정될 때까지 제4 단계를 반복한다.- For example, the peak power value of the transmitted wave may be measured as 100kW in the initial oscillation state, and the fourth step is repeated until the peak power of the transmitted wave is measured as 1000kW, for example.
[제5 단계] 제3 제어부(330)에서 전자총 전원장치(210)가 전자총(220)에 고전압을 인가하여 동작 전압(일례로 16kV)까지 단계적으로 올리고, 전송파의 피크 파워가 일례로 1000kW를 초과하면, 공진 주파수 룩업 테이블을 사용하지 않고, 파워 측정기(720)를 통해 측정부(350)에서 실시간으로 측정된 전송파의 피크 전력 최대값과 반사파의 전력 최소값의 차가 가장 커지는 방향으로 마그네트론(120)의 조절축을 조절하여, 마그네트론(120)의 발진 주파수와 가속관(230)의 공진 주파수를 매칭시키는 단계[Step 5] In the third control unit 330, the electron gun power supply device 210 applies a high voltage to the electron gun 220 to gradually increase the operating voltage (for example, 16 kV), and the peak power of the transmitted wave is increased to, for example, 1000 kW. If it exceeds this, the magnetron (120) is moved in the direction where the difference between the maximum peak power value of the transmitted wave and the minimum power value of the reflected wave measured in real time by the measurement unit 350 through the power meter 720 is largest, without using the resonance frequency lookup table. ), matching the oscillation frequency of the magnetron 120 and the resonance frequency of the accelerator tube 230 by adjusting the control axis of the
- 진공 시스템(500)에서 측정부(350)로 읽어오는 진공값이 일례로 10-7 이상이 되면, 마그네트론(120) 및 전자총(210)의 고전압을 올리는 과정을 잠시 중단하고 진공값이 안정되면 고전압 올리는 과정을 다시 진행할 수 있다.- When the vacuum value read from the vacuum system 500 to the measuring unit 350 becomes, for example, 10 -7 or more, the process of raising the high voltage of the magnetron 120 and the electron gun 210 is temporarily stopped and when the vacuum value stabilizes, You can proceed with the process of increasing the high voltage again.
- 마그네트론(120)이 최대 발진 상태(일례로 전송파의 피크 파워 값이 1700 kW에 도달한 경우)가 될 때까지 제5 단계를 반복한다.- Repeat the fifth step until the magnetron 120 reaches the maximum oscillation state (for example, when the peak power value of the transmitted wave reaches 1700 kW).
- 마그네트론(120)이 최대 발진 상태가 된 후에도 전송파 전력 최대값과 반사파 전력 최소값의 차가 커지는 방향으로 마그네트론(120)의 조절축을 실시간으로 조절하여 마그네트론(120)의 발진 주파수와 가속관(230)의 공진 주파수를 지속적으로 매칭시킨다.- Even after the magnetron 120 is in the maximum oscillation state, the control axis of the magnetron 120 is adjusted in real time in a direction in which the difference between the maximum transmitted wave power and the minimum reflected wave power increases to adjust the oscillation frequency of the magnetron 120 and the acceleration tube 230. Continuously matches the resonance frequency of
- 마그네트론(120)의 최대 발진 상태와 전자총(220)의 최대 동작 상태가 완료되고 실시간으로 안정화 상태가 유지되면 다음 단계로 넘어간다.- When the maximum oscillation state of the magnetron 120 and the maximum operating state of the electron gun 220 are completed and the stable state is maintained in real time, the process moves on to the next step.
[제6 단계] 전자총(220)으로부터 전자를 방출시켜 가속관(230)에서 전자선을 생성하고 엑스선 타겟(250)으로부터 방사선을 방출시키는 단계[Step 6] Emitting electrons from the electron gun 220 to generate electron beams in the accelerator tube 230 and emitting radiation from the X-ray target 250
- 전자총(220)으로부터 전자를 방출시키기 위해 제3 제어부(330)에서 전자총 전원장치(210)가 그리드 펄스를 발생시키도록 할 수 있다. 전자총 전원장치(210)가 그리드 펄스를 발생시키면 전자총(220)의 그리드가 켜지게 되어 전자가 방출되고 측정부(350)에서 전류측정기(260)를 통해 전류값을 측정할 수 있다.- In order to emit electrons from the electron gun 220, the third control unit 330 can cause the electron gun power supply 210 to generate a grid pulse. When the electron gun power supply 210 generates a grid pulse, the grid of the electron gun 220 is turned on, electrons are emitted, and the measuring unit 350 can measure the current value through the current meter 260.
[제7 단계] 전자총(220)에 인가되는 고전압과 필라멘트 전압을 조절하면서 최대 방사선량의 조건을 찾아 최대 방사선량 상태를 유지시키는 단계[Step 7] A step of maintaining the maximum radiation dose by finding conditions for maximum radiation dose while adjusting the high voltage and filament voltage applied to the electron gun 220.
- 최대 방사선량을 유지하는 전자총(220)의 고전압 및 필라멘트 전압 조건을 기록 및 고정하여 최대 방사선량 상태를 유지시킬 수 있다.- The maximum radiation dose state can be maintained by recording and fixing the high voltage and filament voltage conditions of the electron gun 220 that maintain the maximum radiation dose.
- 엑스선 타겟(250)으로터 방출되는 방사선량은 모니터 챔버(600)를 통해 측정부(350)에서 확인할 수 있다.- The amount of radiation emitted from the X-ray target 250 can be confirmed in the measuring unit 350 through the monitor chamber 600.
- 최대 방사선량을 유지할 때 스티어링 마그넷(240)을 조절하여 다시 최대 방사선량을 찾아 그 때의 조건을 기록 및 고정하여 최대 방사선량 상태를 유지시킬 수 있다.- When maintaining the maximum radiation dose, the steering magnet 240 can be adjusted to find the maximum radiation dose again, and the conditions at that time can be recorded and fixed to maintain the maximum radiation dose state.
[제8 단계] 필요한 모든 조건을 기록 및 저장한 후 전자총(220)으로부터의 전자 방출을 정지하여 방사선이 출력되지 않도록 하는 단계[Step 8] After recording and storing all necessary conditions, stop emitting electrons from the electron gun 220 to prevent radiation from being output.
- 전자총(220)으로부터의 전자 방출을 정지시키기 위하여 제3 제어부(330)에서 전자총 전원장치(210)의 그리드 펄스의 발생을 정지시킬 수 있다. 전자총 전원장치(210)가 그리드 펄스의 발생을 정지시키면 전자총(220)의 그리드가 꺼지게 되어 전자 방출이 정지된다.- In order to stop the emission of electrons from the electron gun 220, the third control unit 330 may stop the generation of grid pulses of the electron gun power supply device 210. When the electron gun power supply 210 stops generating grid pulses, the grid of the electron gun 220 is turned off and electron emission is stopped.
제4 단계 및 제5 단계는 마그네트론(120)과 전자총(220)의 최대 구동 상태를 안정적으로 유지하는 단계이고, 제6 단계 내지 제8 단계는 전자총(220)을 정밀하게 제어하여 최대 방사선을 일정하게 유지시키는 단계이다.The fourth and fifth steps are to stably maintain the maximum operating state of the magnetron 120 and the electron gun 220, and the sixth to eighth steps are to precisely control the electron gun 220 to keep the maximum radiation constant. This is the step to maintain it.
'준비 상태 활성화 단계'가 완료된 후 다시 전자총(220)으로부터 전자를 방출시키면 바로 최대 방사선량이 출력되며, 필요에 따라 온오프(ON/OFF)를 반복하여도 즉각적으로 최대 방사선량이 출력된다.After the 'ready state activation step' is completed, when electrons are emitted from the electron gun 220 again, the maximum radiation dose is output immediately, and even if ON/OFF is repeated as necessary, the maximum radiation dose is immediately output.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it is obvious to those skilled in the art that the present invention can be implemented with various modifications or variations without departing from the technical gist of the present invention. It was done.
100: 마그네트론 모듈 110: 펄스전원장치
120: 마그네트론 130: 자동 주파수 제어기
140: 순환기 150: 방향성 결합기
200: 선형가속기 모듈 210: 전자총 전원장치
220: 전자총 230: 가속관
240: 스티어링 전자석 250: 엑스선 타겟
260: 전류 측정기 300: 제어 모듈
310: 제1 제어부 320: 제2 제어부
330: 제3 제어부 340: 제4 제어부
350: 측정부 400: 냉각 시스템
500: 진공 시스템 510, 520: 진공 펌프
600: 모니터 챔버 710: 주파수 측정기
720: 파워 측정기100: Magnetron module 110: Pulse power device
120: Magnetron 130: Automatic frequency controller
140: circulator 150: directional coupler
200: Linear accelerator module 210: Electron gun power supply device
220: electron gun 230: acceleration tube
240: Steering electromagnet 250: X-ray target
260: current meter 300: control module
310: first control unit 320: second control unit
330: third control unit 340: fourth control unit
350: Measuring part 400: Cooling system
500: vacuum system 510, 520: vacuum pump
600: monitor chamber 710: frequency meter
720: Power meter
Claims (15)
상기 마그네트론에 고전압 및 필라멘트 전압을 인가하여 상기 마그네트론을 발진시키는 펄스전원장치; 및
상기 펄스전원장치를 제어하는 제1 제어부;
를 포함하는 선형가속기 시스템에 있어서,
상기 마그네트론의 최대출력조건에서의 출력 값에 따른 상기 펄스전원장치의 필라멘트 전압 조절 룩업 테이블을 상기 제1 제어부에 입력하는 '펄스전원장치의 필라멘트 전압 조절 룩업 테이블 입력 단계'를 포함하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.A magnetron that generates high frequencies;
A pulse power device that applies a high voltage and a filament voltage to the magnetron to oscillate the magnetron; and
A first control unit that controls the pulse power device;
In a linear accelerator system including,
A linear accelerator system comprising a 'filament voltage control lookup table input step of the pulse power supply device' of inputting the filament voltage control lookup table of the pulse power supply device according to the output value at the maximum output condition of the magnetron to the first control unit. Precise automatic control method.
입력된 상기 펄스전원장치의 필라멘트 전압 조절 룩업 테이블 값에 따라 상기 제1 제어부가 상기 펄스전원장치를 제어하여 자동으로 필라멘트 전압을 조절하는 '펄스전원장치 필라멘트 전압 자동 조절 단계'를 더 포함하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.In claim 1,
Linear further comprising a 'pulse power device filament voltage automatic adjustment step' in which the first control unit controls the pulse power device to automatically adjust the filament voltage according to the input filament voltage control lookup table value of the pulse power device. Precise automatic control method of accelerator system.
상기 제1 제어부에 상기 마그네트론 구동을 위한 펄스 폭 및 듀티 사이클 또는 펄스 반복 주파수 조건을 입력하는 '조건 입력 단계';
상기 제1 제어부에서 상기 펄스전원장치의 필라멘트 전압을 점차 상승시키는 '전압 상승 단계'; 및
필라멘트 최대 전압에서 고전압 펄스를 점차적으로 상승시키는 '펄스 상승 단계';를 더 포함하고,
상기 '조건 입력 단계', 상기 '전압 상승 단계' 및 상기 '펄스 상승 단계'는, 상기 '룩업 테이블 입력 단계'와 사익 '필라멘트 전압 자동 조절 단계' 사이에 실시되는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.In claim 2,
A 'condition input step' of inputting pulse width and duty cycle or pulse repetition frequency conditions for driving the magnetron to the first control unit;
A 'voltage raising step' in which the first control unit gradually increases the filament voltage of the pulse power device; and
It further includes a 'pulse rising step' that gradually raises the high voltage pulse at the filament maximum voltage,
The 'condition input step', the 'voltage raising step', and the 'pulse raising step' are performed between the 'look-up table input step' and the 'filament voltage automatic adjustment step', and are performed for precise automatic control of the linear accelerator system. method.
전자를 생성하는 전자총;
상기 전자총으로부터 공급받은 전자를 상기 마그네트론 모듈로부터 공급받은 고주파에 실어 전자선을 생성하는 가속관;
상기 마그네트론의 발진주파수를 조절하는 자동 주파수 제어기; 및
상기 자동 주파수 제어기를 제어하는 제2 제어부;를 포함하고,
상기 가속관의 온도에 따른 공진 주파수 룩업 테이블을 상기 제2 제어부에 입력하는 '공진 주파수 룩업 테이블 입력 단계'를 포함하고,
전송파와 반사파의 파형이 정확하지 않은 상기 마그네트론의 초기 발진 상태에서 상기 가속관의 공진 주파수와 상기 마그네트론의 발진 주파수를 매칭시키는 것을 특징으로 하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.The method of claim 1, wherein the linear accelerator system:
an electron gun that generates electrons;
an acceleration tube that generates an electron beam by applying electrons supplied from the electron gun to high frequencies supplied from the magnetron module;
an automatic frequency controller that adjusts the oscillation frequency of the magnetron; and
It includes a second control unit that controls the automatic frequency controller,
A 'resonant frequency lookup table input step' of inputting a resonance frequency lookup table according to the temperature of the accelerator tube to the second control unit,
A precise automatic control method of a linear accelerator system, characterized in that matching the resonance frequency of the accelerator tube and the oscillation frequency of the magnetron in the initial oscillation state of the magnetron in which the waveforms of the transmitted and reflected waves are inaccurate.
상기 가속관의 현재 온도를 측정하는 '가속관 온도 측정 단계'; 및
측정된 상기 가속관의 온도에 따른 공진 주파수를 상기 공진 주파수 룩업 테이블을 참조하여 확인한 후 상기 자동 주파수 제어기에서 상기 마그네트론의 조절축을 회전시켜 상기 마그네트론의 발진 주파수와 상기 가속관의 공진 주파수를 매칭시키는 '가속관 온도를 이용한 주파수 매칭 단계';
를 포함하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.In claim 4,
‘Acceleration tube temperature measurement step’ of measuring the current temperature of the acceleration tube; and
After checking the resonance frequency according to the measured temperature of the acceleration tube with reference to the resonance frequency lookup table, the automatic frequency controller rotates the control axis of the magnetron to match the oscillation frequency of the magnetron and the resonance frequency of the acceleration tube. ‘Frequency matching step using accelerator tube temperature’;
Precise automatic control method of a linear accelerator system, including.
상기 공진 주파수 룩업 테이블의 데이터를 얻기 위해, 상기 가속관의 온도를 일정 간격으로 변화시키면서 상기 가속관에 연결되 회로망 분석기의 어댑터를 통해 온도에 따른 S11을 측정하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.The method of claim 4, wherein in the ‘resonant frequency lookup table input step’,
Precise automatic control of a linear accelerator system that changes the temperature of the accelerator tube at regular intervals and measures S 11 according to temperature through an adapter of a network analyzer connected to the accelerator tube to obtain data of the resonance frequency lookup table. method.
상기 마그네트론의 최대 발진을 위해 상기 펄스전원장치에서 상기 마그네트론에 인가하는 고전압을 점차적으로 상승시키면서, 전송파의 플랫 지점의 최대값과 반사파의 플랫 지점의 최소값의 차이가 최대가 되도록 상기 자동 주파수 제어기에 의해 상기 마그네트론의 조절축을 실시간으로 제어하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.The method of claim 5, in the 'frequency matching step using accelerator tube temperature',
For maximum oscillation of the magnetron, the high voltage applied to the magnetron from the pulse power supply device is gradually increased, and the automatic frequency controller is operated so that the difference between the maximum value of the flat point of the transmitted wave and the minimum value of the flat point of the reflected wave is maximized. A precise automatic control method of a linear accelerator system that controls the control axis of the magnetron in real time.
상기 마그네트론의 발진주파수를 조절하는 자동 주파수 제어기; 및
상기 자동 주파수 제어기를 제어하는 제2 제어부;를 포함하고,
상기 마그네트론 발진 전의 백래시 오차와 발진 상태에서의 백래시 오차를 각각 측정한 후 비교하는 '백래시 오차 측정 단계';
측정된 백래시 오차를 상기 제2 제어부에 입력하는 '백래시 오차 입력 단계'; 및
입력된 백래시 오차 값을 보정하여 상기 자동 주파수 제어기에 의해 상기 마그네트론의 조절축을 제어하는 '백래시 오차 보정 단계';
를 포함하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.The method of claim 1, wherein the linear accelerator system:
an automatic frequency controller that adjusts the oscillation frequency of the magnetron; and
It includes a second control unit that controls the automatic frequency controller,
A 'backlash error measurement step' in which the backlash error before oscillation of the magnetron and the backlash error in the oscillation state are measured and compared;
'Backlash error input step' of inputting the measured backlash error to the second control unit; and
'Backlash error correction step' of controlling the adjustment axis of the magnetron by the automatic frequency controller by correcting the input backlash error value;
Precise automatic control method of a linear accelerator system, including.
상기 마그네트론 발진 전에 측정된 백래시 오차 값과 상기 마그네트론 발진 상태에서 측정된 백래시 오차 값이 동일하거나 그 차이가 일정값 이하이면 백래시 오차가 정확히 측정된 것으로 간주하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.The method of claim 8, wherein in the ‘backlash error measurement step’,
A precise automatic control method of a linear accelerator system in which the backlash error is considered to have been accurately measured if the backlash error value measured before the magnetron oscillation and the backlash error value measured in the magnetron oscillation state are the same or the difference is less than a certain value.
상기 마그네트론 발진 전의 백래시 오차를 측정하기 위하여, 회로망 분석기의 어댑터를 상기 마그네트론의 출력 포트에 연결한 후, 상기 마그네트론의 조절축을 회전시키면서 S11을 측정하여, 상기 마그네트론의 조절축 회전에 따른 주파수 데이터를 측정하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.The method of claim 8, wherein in the ‘backlash error measurement step’,
In order to measure the backlash error before the magnetron oscillates, connect the adapter of the network analyzer to the output port of the magnetron, measure S 11 while rotating the control shaft of the magnetron, and obtain frequency data according to the rotation of the control axis of the magnetron. Precise automatic control method of a linear accelerator system that measures.
상기 마그네트론 발진 상태에서의 백래시 오차를 측정하기 위하여,
상기 펄스전원장치를 구동하여 전송파가 최대 출력을 유지하도록 하고, 분기된 전송파와 연결된 주파수 측정기에서 상기 마그네트론의 조절축 회전에 따른 주파수 데이터를 측정하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.The method of claim 8, wherein in the ‘backlash error measurement step’,
In order to measure the backlash error in the magnetron oscillation state,
A precise automatic control method of a linear accelerator system, wherein the pulse power device is driven to maintain the maximum output of the transmitted wave, and frequency data according to the rotation of the control shaft of the magnetron is measured by a frequency meter connected to the branched transmitted wave.
상기 마그네트론에 고전압 및 필라멘트 전압을 인가하여 상기 마그네트론을 발진시키는 펄스전원장치;
상기 펄스전원장치를 제어하는 제1 제어부;
전자를 생성하는 전자총;
상기 전자총으로부터 공급받은 전자를 상기 마그네트론 모듈로부터 공급받은 고주파에 실어 전자선을 생성하는 가속관;
상기 마그네트론의 발진주파수를 조절하는 자동 주파수 제어기; 및
상기 자동 주파수 제어기를 제어하는 제2 제어부;
를 포함하는 선형가속기 시스템에 있어서,
상기 선형가속기 시스템을 켰을 때 정해진 방사선량이 바로 출력될 수 있는 상태가 되도록 준비하는 '준비 상태 활성화 단계'를 포함하고,
상기 '준비 상태 활성화 단계'는
상기 제1 제어부에서 상기 펄스전원장치가 상기 마그네트론에 고전압을 인가하도록 하고, 상기 가속관의 실시간 온도를 측정하여, 측정된 상기 가속관의 온도에 따른 공진 주파수를 상기 제2 제어부에 입력된 공진 주파수 룩업 테이블을 참조하여 확인한 후 상기 자동 주파수 제어기에서 상기 마그네트론의 조절축을 회전시켜 상기 마그네트론의 발진 주파수와 상기 가속관의 공진 주파수를 매칭시키는 단계를 포함하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.A magnetron that generates high frequencies;
A pulse power device that applies a high voltage and a filament voltage to the magnetron to oscillate the magnetron;
A first control unit that controls the pulse power device;
an electron gun that generates electrons;
an acceleration tube that generates an electron beam by applying electrons supplied from the electron gun to high frequencies supplied from the magnetron module;
an automatic frequency controller that adjusts the oscillation frequency of the magnetron; and
a second control unit controlling the automatic frequency controller;
In a linear accelerator system including,
It includes a 'ready state activation step' that prepares the linear accelerator system to be in a state where a determined radiation dose can be output immediately when the linear accelerator system is turned on,
The ‘ready state activation step’ is
The first control unit causes the pulse power device to apply a high voltage to the magnetron, measures the real-time temperature of the accelerator tube, and sets the resonance frequency according to the measured temperature of the accelerator tube to the resonance frequency input to the second control unit. A precise automatic control method of a linear accelerator system, comprising the step of matching the oscillation frequency of the magnetron and the resonance frequency of the accelerator tube by rotating the control axis of the magnetron in the automatic frequency controller after checking with reference to a look-up table.
상기 전송파의 피크 파워가 일정값을 초과하면, 상기 공진 주파수 룩업 테이블을 사용하지 않고, 실시간으로 측정된 전송파의 피크 전력 최대값과 반사파의 전력 최소값의 차가 가장 커지는 방향으로 상기 마그네트론의 조절축을 조절하여, 상기 마그네트론의 발진 주파수와 상기 가속관의 공진 주파수를 매칭시키는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.In claim 12,
When the peak power of the transmitted wave exceeds a certain value, the control axis of the magnetron is adjusted in the direction where the difference between the maximum peak power value of the transmitted wave and the minimum power value of the reflected wave measured in real time is greatest, without using the resonance frequency lookup table. A precise automatic control method of a linear accelerator system that matches the oscillation frequency of the magnetron and the resonance frequency of the accelerator tube by adjusting it.
상기 선형가속기 시스템은, 상기 가속관 및 상기 전자총 내부를 진공으로 만드는 진공 시스템을 더 포함하고,
상기 진공 시스템의 진공값이 일정값 이상이 되면 상기 마그네트론 및 전자총의 고전압을 올리는 과정을 잠시 중단하고 진공값이 안정되면 고전압을 올리는 과정을 다시 진행하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.In claim 12,
The linear accelerator system further includes a vacuum system that creates a vacuum inside the accelerator tube and the electron gun,
A precise automatic control method of a linear accelerator system in which the process of raising the high voltage of the magnetron and the electron gun is temporarily stopped when the vacuum value of the vacuum system exceeds a certain value, and the process of raising the high voltage is resumed when the vacuum value is stabilized.
상기 전자총으로부터 전자를 방출시켜 상기 가속관에서 전자선을 생성하고 엑스선 타겟으로부터 방사선을 방출시키는 단계; 및
상기 전자총에 인가되는 고전압과 필라멘트 전압을 조절하면서 최대 방사선량의 조건을 찾아 최대 방사선량 상태를 유지시키는 단계;
를 더 포함하는, 선형가속기 시스템의 정밀 자동 제어 방법.In claim 12,
emitting electrons from the electron gun to generate electron beams in the accelerator tube and emitting radiation from the X-ray target; and
Finding conditions for maximum radiation dose and maintaining the maximum radiation dose state while adjusting the high voltage and filament voltage applied to the electron gun;
A method for precise automatic control of a linear accelerator system, further comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220147472A KR20240066553A (en) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | Precise Automatic Control Method of Linear Accelerator System |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220147472A KR20240066553A (en) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | Precise Automatic Control Method of Linear Accelerator System |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240066553A true KR20240066553A (en) | 2024-05-16 |
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ID=91276318
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020220147472A KR20240066553A (en) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | Precise Automatic Control Method of Linear Accelerator System |
Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR20240066553A (en) |
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2022
- 2022-11-08 KR KR1020220147472A patent/KR20240066553A/en unknown
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