本发明属于超导回旋加速器技术领域，涉及一种医用超导回旋加速器谐振腔电容调谐装置及方法。
背景技术：
回旋加速器不仅在核物理、粒子及固态物理等基础科研领域获得广泛使用，同时在医学PET诊断、质子治疗、同位素生产和工业辐照等应用领域占有重要地位。建造拥有自主知识产权的医用回旋加速器，并使其顺利投入运行势在必行。
在设计医用超导回旋加速器腔体时，首先应该满足谐振频率的要求，因为加速器的工作频率单一，所以要求腔体频率选择性陡峭，但是，为了配合磁铁的工作频率，希望腔体的频率在某一范围可调，即要求谐振点有几兆的范围可调，这就需要有效的频率调节机构。但是由于加速器在正常运行状态下，射频系统存在热效应，使得腔体谐振频率在热平衡过程前后出现较大偏差，该偏差的存在导致与理论设计值不符，无法实现束流的正确加速及引出。因此，在设计谐振腔时，频率调节装置要处于动态调谐状态，通过实时移动微调电容板来补偿热效应引起的频率漂移。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种医用超导回旋加速器谐振腔电容调谐装置及方法，用于调节谐振腔频率，使谐振腔工作在谐振状态；通过改变微调电容与地间的间距，改变微调电容的电容量来实现谐振腔频率的调节。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种医用超导回旋加速器谐振腔电容调谐装置，该装置包括腔体、以及设置在腔体内并端与端相对设置的两组DEE板；每组所述DEE板上、下两侧分别垂直连接一个内杆；所述腔体内设有相对于每个Dee板一端面移动的调谐结构，该调谐结构由调谐电容板和移动杆构成。
每个所述调谐结构由调谐电容板与移动杆组成，所述调谐电容板由金属铜制成，所述移动杆一端与电容板相连，另一端穿过腔体外壁及磁体与驱动电机相连，与所述内杆相对的腔体上分别连接有反馈探头。
该电容调谐装置分别分布在左、右腔体的中平面，并采用对称的结构，所述内杆、调谐电容板、移动杆位于谐振腔一单腔体内。
所述移动杆另一端连接有驱动电机，所述反馈探头与腔体相连，检测腔体内射频信号，用于反馈给控制系统来控制驱动电机调节移动杆左右移动。
所述反馈探头分布在左、右腔体上，通过控制系统对反馈信号进行处理，获得腔体的失谐信息及左、右腔体调谐电容板的位置信息。
所述电容板与移动杆相连，移动杆一端为电机驱动端口，根据位置信号以及控制信号驱动移动杆左右移动，调节Dee板外侧与外腔壁之间的电容来实现调谐。
所述单腔体内的调谐结构，电容板通过移动杆左、右移动，通过改变谐振腔的谐振回路中电容值来调节腔体频率。
一种医用超导回旋加速器谐振腔电容调谐方法，该调谐方法包括下述步骤：
1)根据谐振腔物理设计分析，计算出电容板的尺寸和安装位置，以及腔体外壁和磁体开孔尺寸；
2)将移动杆一端与电容板连接，另一端穿过腔体外壁及磁体放置在计算的位置，并与驱动电机相连；
3)使用矢量网络分析仪调节谐振频率，矢量网络分析仪一端接在馈线输入端，测量反射系数S11，观察S11最小值对应的频率点f1，将f1与谐振频率f0对比，若f1>f0，缓慢向左移动电容板，反之，则向右移动电容板，同时观察S11最小值对应频率点的变化；当f1＝f0时，停止移动电容板，达到谐振腔工作的频率点。
步骤2)中，所述调谐电容板放置在腔体中平面，与Dee板外侧形成一个可调电容；调谐电容板与移动杆的一端相连，移动杆另一端与驱动电机相连，通过驱动电机左右移动调谐电容板，用于谐振回路中电容值的大小，改变频率，使得加速腔达到谐振状态；所述腔体内通过反馈探头检测腔体内射频信号，用于反馈给控制系统来驱动电机自动调节移动杆左右移动。
本发明的有益效果：
1)本发明采用在腔体中平面进行左、右移动调谐结构来实现频率的调节，调谐结构与耦合结构分离，可以降低腔体打火可能性，使腔体运行更稳定。
2)本发明通过自动控制电容板的左右移动来调节频率，避免加速器腔体失谐，且解决了手动调谐靠操作人员的经验调整，调节时间较长的缺点，实现了自动调谐的功能；
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明医用超导回旋加速器谐振腔电容调谐装置(单腔)结构示意图；
图中：1-超导磁体；2-腔体；3-内杆；4-Dee板；5-调谐电容板；6-移动杆；7-探针。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
医用超导回旋加速器谐振腔电容调谐装置，该调谐装置的左、右两边采用完全对称的结构，单腔结构参见图1，包括端与端相对设置的Dee板4，Dee板4后部放置有调谐电容板5；Dee板4上、下两侧分别垂直连接一个内杆3；
其中，内杆3、Dee板4与调谐结构均设置于谐振腔一单腔体内，该谐振腔的截面呈左、右对称的两个十字型形状；
该电容调谐装置分别分布在左、右腔体的中平面，并采用对称的结构，由调谐电容板5与移动杆6构成；其中，移动杆6一端连接在调谐电容板5上；
上述移动杆6的另一端穿过腔体2外壁和超导磁体1与驱动机构相连，该驱动机构为电机；腔体2上连接有反馈探头7；
上述反馈探头7检测腔体内射频信号，传输线穿过腔体外壁及超导磁体将信号反馈给控制系统来驱动电机自动调节移动杆左右移动，调节Dee板外侧与外腔壁之间的电容来实现调谐；
参见图1，医用超导回旋加速器谐振腔电容调谐方法，该方法包括：将调谐电容板5放置在腔体中平面，与Dee板4外侧形成一个可调电容；调谐电容板5与移动杆6的一端相连，移动杆6另一端与驱动机构相连；调谐装置采用左右移动结构，用于谐振回路中电容值的大小，改变频率，使得加速腔达到谐振状态；反馈探头7与腔体相连，检测腔体内射频信号，用于反馈给控制系统来驱动电机自动调节移动杆左右移动。
当腔体因为热效应产生形变时，用腔体微扰分析。由电磁场理论可得以下关系：
上式中，ω为微扰后的谐振频率，ω0为微扰前的谐振频率，是平均电场能量密度和平均磁场能量密度；Δν为体积变化，为微扰后谐振腔内总的平均电磁能量。
设谐振回路中等效电容为C，等效电感为L。可以得到回路的谐振频率表示为：
调谐电容板通过左右移动来改变电容板与地间的间距，也就是改变电容的电容量，来使得谐振腔的等效电容C发生变化，从而使得腔体内频率发生相应的变化。因此采用调节电容值来补偿由于热效应引起的频率偏移的方法，使加速腔一直处于谐振状态。
本发明的实施方法和步骤主要如下：
1)根据谐振腔物理设计分析，计算出调谐电容板5的尺寸和安装位置，以及腔体外壁和磁体开孔尺寸；
2)将移动杆一端与电容板连接，另一端穿过腔体外壁及磁体放置在计算的位置，并与驱动电机相连；
3)使用矢量网络分析仪调节谐振频率，矢量网络分析仪一端接在馈线输入端，测量反射系数S11，观察S11最小值对应的频率点f1，将f1与谐振频率f0对比，若f1>f0，缓慢向左移动电容板，反之，则向右移动电容板，同时观察S11最小值对应频率点的变化；当f1＝f0时，停止移动电容板，达到谐振腔工作的频率点。
4)通过反馈控制自动调节电容板位置，避免由于热效应引起的腔内频率变化导致腔体失谐的现象。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。