重离子同步加速器高频控制方法研究

发布时间：2020-07-12 04:18

【摘要】：中国科学院近代物理研究所在我国率先开展了重离子束治癌技术的基础研究,并研发了首台重离子治癌加速器,此项目是基于兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)国家重大科技基础设施而开展的。重离子治癌加速器其实就是一台重离子同步加速器,其控制系统是由许多分布式控制系统组成,高频系统则是整台加速器粒子能量的提供者。高频系统是整个控制系统的重要组成部分,包括了高频腔,高频发射机和高频控制系统三个部分,用来产生稳定的高频信号幅度和相位以及监控高频系统状态,它对加速器获得稳定的高品质束流起着至关重要的作用。有高频控制系统就需要有高频控制对象,高频控制对象即为高频腔。本文将对重离子治癌加速器的高频控制系统的控制方法进行了详细的论述。论文首先论述了重离子治癌加速器工作原理以及其高频控制系统的工作原理。其次论述了高频控制系统控制器硬件平台的设计。该硬件平台由监视控制平台和数据分析平台两部分组成。双FPGA+DSP+DDS+PCI体系结构的监视控制平台主要负责高频系所需的IQ激励信号、腔体电压信号、偏磁电流信号、同步信号的产生以及高平系统状态的实时监控等工作。数据分析平台主要负责高频系统能够实际工作IQ信号的幅度、相位、频率采集分析以及给监视控制平台提供误差信息等工作。论文分别从项目需求、器件选择、指标分析、原理图设计等方面对该硬件平台做了详细研究。然后,论文详细叙述了监视控制平台的底层软件设计基于VHDL代码的底层软件实现了与上层软件的数据交换、中断交互、器件时序控制、硬件状态机、定时器等工作。最后,在系统上对其进行了调试和测试,结果表明设计达到高频系统要求。本设计的主要特点:硬件平台采用了扩展性强,应用范围广的双FPGA+DSP+DDS+PXI体系结构;利用FPGA特性,实现了高效率的并行执行算法;实现了对重离子治癌加速器高频控制的实时变能加速。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL56
【图文】：

兰州重离子加速器冷却储存环（ＨＩＲＦＬ－ＣＳＲ，简称ＣＳＲ）是兰州重离子加速器ＨＩＲＦＬ逡逑的扩建工程，属于国家重大科学项目工程。ＨＩＲＦＬ是一个两台加速器相连的重离子加速逡逑系统，主要由离子源、注入器、主加速器、实验终端及其束流运输线等部分组成。图１．１逡逑所示为ＣＳＲ系统的平面图［１］。逡逑ｒ＾ｒｎ逡逑ｆ邋ＣＳＲｅ邋0逡逑ｆｅｆｉ－ｉ邋ＣＳＲｍ邋ｎ邋－逡逑ｉｉ逡逑图１．１邋ＣＳＲ系统平面图逡逑近代物理研究所依托兰州重离子冷却储存环（ＨＩＲＦＬ－ＣＳＲ）开展重离子治癌研宄。逡逑因为ＣＳＲ提供了足够强的中高能离子束以及放射性束，可以穿透人体的任何部位，能逡逑够非常有效的治疗各种肿瘤，并且对非肿瘤的位置的伤害程度最小化。目前，近代物理逡逑－１邋－逡逑

逡逑所己经顺利开展重离子治疗深层肿瘤装置的建设［２］。图１．２为兰州重离子肿瘤治疗专用逡逑装置总体布局图。逡逑Ｊ邋ｆ邋Ａ逡逑々邋ＣＤ逦ｔｐ逡逑Ｚ逦ａ逦ｔｐ逦ｐ逡逑Ｘ逦ｉ逦ｉ逦￥逡逑Ｘ逦Ｉ逦Ｉ逦ｖ．逡逑Ｉ逦？？逦S缅

本文编号：2751410