[发明专利]一种用于BNCT回旋加速器的低电平系统

说明书

本发明公开了一种用于BNCT回旋加速器的高频低电平系统，包括两路腔体控制系统和一路聚束器控制系统；该两路腔体控制系统包括两路幅度相位解调器、两路相位鉴别器、两路幅度PID控制器、两路相位PID控制器；所述两路相位鉴别器分别通过相位变化计算腔体谐振频率和外部DDS输出频率的差值，再根据频率差值调整腔体谐振频率，使得腔体谐振频率外部DDS输出频率保持一致；所述两路腔体控制系统和一路聚束器控制系统采用三合一高集成度融合的方法将三个系统揉在一起，提高了FPGA和CPU的集成度、节省了ADC接口的数量、避免了采用外部商用信号源，减少了PCB板面积，实现了系统的高集成度。本发明实现了一种适用于BNCT回旋加速器的，高集成度的，低成本的低电平系统。

技术领域

本发明属于加速器高频系统技术领域，尤其涉及一种用于BNCT回旋加速器的高频低电平系统。

背景技术

回旋加速器在国防科技以及核物理，材料科学和生命科学等基础科学中有着重要的应用，在能源，工农业，医学等领域的应用也十分广泛。在国防核科技领域中，回旋加速器生产的强流质子束可用于构成核数据测量所需的白光中子源、单能中子源等；使用强流质子束轰击靶产生的放射性核束，可用于测量不稳定核的核数据。在医学领域中，回旋加速器生产的质子束可用于生产放射性医用同位素；利用高能质子束可以对癌症进行放射治疗；基于强流加速器的硼中子俘获治疗(BNCT)中子源适合安装在医院实时生产药物对病人进行治疗。此外，回旋加速器生产的强流粒子束也是地面模拟研究核武器、核动力装置和航天器等国防装备的器件抗辐射加固技术经济可行的方法。

BNCT回旋加速器可以分为单腔体和多腔体两种类型。单腔体回旋加速器的高频系统包含一个腔体，一台发射机和一套低电平系统。多腔体回旋加速器包含两个腔体，一般将这两个腔体分为两组进行控制，因此其高频系统包含两个发射机，两套低电平系统。在BNCT回旋加速器中，为了提升束流强度，还需要在离子源输入线上安装聚束器系统。聚束器系统与低电平系统必须保持相参，两套低电平系统之间也必须保持相参。在现有技术中，对多腔体BNCT回旋加速器和单腔体BNCT回旋加速器采用的低电平系统方案是完全不同的，而且解决方案的系统采样频率依赖于被采样信号的频率，使得系统的适应性受到限制。对于多腔体、包含聚束器系统的BNCT回旋加速器，其低电平系统需要控制三路信号的幅度相位闭环控制、两组腔体的调谐控制、两组腔体的打火检测和反射功率检测以及两组腔体的自动启动运行控制。

对于多腔体带有聚束器系统的回旋加速器，现有技术实现的低电平系统结构复杂、集成度低、硬件成本高。结构复杂和集成度低的原因之一是：受半导体时代因素制约，传统方式对于应用于回旋加速器两个腔体和一个聚束器的场合，其解决方式是采用多片FPGA配上多片DSP实现功能，很显然，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，同时每个DSP为了运行还要外挂存储器，FPGA本身运行还需要存储器，这样就形成多块控制器芯片，再加上多个存储器，这种结构很明显占地大。除此以外，如此多器件放上去还要为PCB板留出走线的地方，这就很不容易做成豆腐块大小的尺寸了。结构复杂和集成度低的原因之二是：三合一集成方式是一种简单叠加的方式，简单叠加方式只是把三个系统的板子复制粘贴在一起，其结果端口一个都能少，端口多则占地就多。结构复杂和集成度低的原因之三是：使用FPGA和处理器集成在一起的芯片的PCB设计难度很大。难度之一：多层高频板布线需要严格控制走线长度和阻抗，失败率非常高,对设计人员来说难度很大：难度之二：由于芯片本身集成了FPGA和ARM处理器，需要设计人员同时具备两种处理器的专业知识，设计时如果一边出错整个系统就废掉了，集成度高的损失就更大。难度之三：集成布线难上加难。FPGA本身布线很难，ARM处理器布线也很难，把两个放到一起再布线就难上加难。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出一种于BNCT回旋加速器的低电平系统，目的在于通过整个系统融合的技术，实现低电平系统的高集成度，简化低电平系统结构，降低硬件成本，便于维护和调试。

本发明为解决其技术问题采用以下技术方案。