一种质子致癌系统的制作方法

[0001]
本发明涉及固态功率源领域，具体而言，涉及一种质子致癌系统。


背景技术：

[0002]
同步加速器腔体一般工作在脉冲周期性扫频+幅度调制工作模式，过去多使用铁氧体加载的同轴腔体。给铁氧体加直流磁场，改变其导磁率以改变腔体的谐振频率来调谐。在扫频工作模式下，直流偏磁场，即直流电流源的电流也必须与频率同步扫变，因此必须有一个复杂的频率调谐系统；同时使用铁氧体加载时具有如下缺点：
①
随着温度的升高，其损耗较快增大。在腔体中工作的铁氧体，内部温度不应超过50℃。这要求腔体中工作的铁氧体环之间要加水冷却散热。
②
随着铁氧体材料内高频磁感强度的增加，其损耗大幅度增大。在腔体里表现为：随着腔体电压升高，并联损耗电阻大幅度降低。甚至低到冷态值得1/5～1/6，这使得腔体的匹配变得困难，只能使用电子管功率源来推动。
③
随着温度、腔体电压的变化，铁氧体的导磁率也有变化。
④
用于扫频工作的铁氧体，必须有足够短的响应时间，这种铁氧体材料要定制。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于提供一种质子致癌系统，其能够简化腔体结构，并且用固态功率源来推动，使腔体输入阻抗与固态功率源的50ω固定输出阻抗得到良好地匹配。
[0004]
本发明的实施例是这样实现的：
[0005]
一种质子致癌系统，其包括同步加速高频装置、高频功率源和阻抗匹配器，高频功率源的4路反相分配输出连接至阻抗匹配器，阻抗匹配器的输出端连接至同步加速高频装置的耦合输入接口。
[0006]
在本发明的较佳实施例中，上述同步加速高频装置包括加速腔体、真空室、纳米磁环和纳米磁环支撑件，真空室横向设置在加速腔体内，真空室和加速腔体同圆心，纳米磁环包裹在真空室外，纳米磁环位于真空室的左右两侧，加速腔体内设置有纳米磁环支撑件，纳米磁环支撑件的两端分别连接纳米磁环和加速腔体的内壁。
[0007]
在本发明的较佳实施例中，上述纳米磁环设置在加速腔体的左右加速腔室内，纳米磁环为软磁合金环。
[0008]
在本发明的较佳实施例中，上述每个加速腔室内设置有4个软磁合金环。
[0009]
在本发明的较佳实施例中，上述每个加速腔室都设置有2路耦合，每路耦合2个软磁合金环。
[0010]
在本发明的较佳实施例中，上述高频功率源包括输入保护单元、前级功放单元、1分8功分器、末级功放单元、4合1合成器、2合1合成器、1分2分配器、输出耦合器、反向分配器，输入保护单元的输出端连接前级功放单元，前级功放单元的输出端连接1分8功分器，1分8功分器的每个输出端连接1个末级功放单元，每4个末级功放单元为一组连接至4合1合成器的输入端，每个4合1合成器的输出端连接2合1合成器的输入端，2合1合成器的输出端
连接1分2分配器，1分2分配器的输出端连接输出耦合器，输出耦合器连接反向分配器，反向分配器输出正向、反向射频信号至左、右加速腔室。
[0011]
在本发明的较佳实施例中，上述高频功率源还包括开关电源组件，开关电源组件的输出端连接末级功放单元。
[0012]
在本发明的较佳实施例中，上述高频功率源还包括水冷组件，水冷组件分别连接至前级功放单元、末级功放单元。
[0013]
在本发明的较佳实施例中，上述高频功率源还包括系统控制器，系统控制器分别连接至开关电源组件、水冷组件、前级功放单元和末级功放单元，系统控制器与控制中心远程通信连接。
[0014]
在本发明的较佳实施例中，上述末级功放单元包括依次连接的1:4功率分配器、450w功放模块、4:1功率合成器和输出检波器，以及末级监控模块、末级电流采样模块、末级温度采样模块，信号从1:4功率分配器进入从输出检波器输出，末级温度采样模块连接输出检波器，末级电流采样模块连接450w功放模块，末级监控模块分别连接至末级电流采样模块、末级温度采样模块，末级监控模块与控制中心远程通信连接。
[0015]
本发明实施例的有益效果是：在本发明中的质子致癌系统，在高频功率源和同步加速高频装置之间设置有阻抗匹配器，采用耦合馈电的方式将单腔分成两路耦合，全腔共四路，每路耦合1/4腔体电压，极大降低对器件的耐压及功率容量要求，使腔体输入阻抗与固态功率源的50ω固定输出阻抗尽可能良好地匹配；同时在同步加速高频装置中采用软磁合金环制作同步环腔体，使得同步加速高频装置对于温度和腔内电压的变化带来的影响更低，当腔体电压不是特别高时，可以采用风机及散热，这使腔体结构大大简化，同时，在一定的扫频工作频带内，免去复杂的频率调谐系统，免去偏磁线圈结构，进一步简化了腔体结构。
附图说明
[0016]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017]
图1为本发明实施例的连接结构示意图；
[0018]
图2为本发明实施例的磁合金环支撑图；
[0019]
图3为本发明实施例的固态功率源连接示意图；
[0020]
图4为本发明实施例的水冷装置结构示意图；
[0021]
图5为本发明实施例的输入保护单元连接示意图；
[0022]
图6为本发明实施例的前置功放单元连接示意图；
[0023]
图7为本发明实施例的末级功放单元连接示意图。
[0024]
图标：100-同步加速高频装置；200-高频功率源；300-阻抗匹配器；110-加速腔体；120-真空室；130-纳米磁环；140-纳米磁环支撑件；210-输入保护单元；220-前级功放单元；230-1分8功分器；240-末级功放单元；250-4合1合成器；260-2合1合成器；270-1分2分配器；280-输出耦合器；290-反向分配器；201-系统控制器；202-开关电源组件；203-水冷组件；
211-输入耦合器；212-衰减器；213-输入限幅器；214-输入滤波器；215-保护开关；216-增益调节器；217-增益放大器；221-输入检波器；222-推动级模块；223-功放模块；224-环形器；225-输出检波器；241-1:4功率分配器；242-450w功放模块；243-4:1功率合成器；244-输出检波器；2031-主水管；2032-球型阀门；2033-分水管；2034-液冷板；2035-排气阀；2036-流量计；2037-连接法兰。
具体实施方式
[0025]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0026]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0028]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0029]
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0030]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0031]
第一实施例
[0032]
请参见图1，本实施例提供一种质子致癌系统，其包括同步加速高频装置100、高频功率源200和阻抗匹配器300，高频功率源200的4路反相分配输出连接至阻抗匹配器300，阻抗匹配器300的输出端连接至同步加速高频装置100的耦合输入接口。
[0033]
更为具体的，请参见图2，在本实施例中的同步加速高频装置100包括加速腔体110、真空室120、纳米磁环130和纳米磁环支撑件140，真空室120横向设置在加速腔体110内，真空室120和加速腔体110同圆心，纳米磁环130包裹在真空室120外，纳米磁环130位于真空室120的左右两侧，每个加速腔体110内设置有纳米磁环支撑件140，纳米磁环支撑件
140的两端分别承接纳米磁环130和加速腔体110的内壁。纳米磁环130设置在加速腔体110的左右加速腔室内，纳米磁环130为软磁合金环。每个加速腔室内设置有4个软磁合金环。每个加速腔室都设置有2路耦合，每路耦合2个软磁合金环。
[0034]
本实施例中采用软磁合金环制作同步环腔体，当腔体电压不是特别高时，可以采用风机散热，相较于现有技术中使用铁氧体作为同步环，极大的简化繁复的散热结；同时在一定的扫频工作频带内，免去复杂的频率调谐系统，免去偏磁线圈结构，进一步简化了腔体结构。并且可以用固态功率源来推动，通过阻抗匹配器300，使腔体输入阻抗与固态功率源的50ω固定输出阻抗尽可能良好地匹配。
[0035]
在本实施例中的高频腔工作频率：1.4mhz～7.5mhz,加速缝电压：2000vp,共有8个合金环，尺寸为h440x240x25，截面尺寸ac＝25cm2，平均每个环承受电压vp＝250v，环内平均高频磁感强度b为：
[0036]
b＝vp/(ω*ac)
[0037]
b＝250/(6.28x106x25x10-4)
[0038]
b＝1.59x10-2t＝159gs/mhz
[0039]
在本实施例中采用两腔推挽工作设计，左右两腔各置4个合金环，单环并联损耗电阻rp按70ω计，单腔4个环：rp＝4x70＝280ω；单腔电压按1100vp计，则单腔推动功率：p＝11002/(2x280)＝2160w，左右两腔总推动功率约4320w。考虑到全频段内无调谐工作，及在全频段内各个频率点，腔体的并联损耗电阻，从低端到高端，其实都有高达1.5倍的变化，及高低端有高达
±
22
°
的失谐角，即使如何采取均衡措施，都不能在全频段内理想匹配。因此发射机的功劳要有较大的冗余。按输出10kw设计，并且采用能抗高驻波比的ldmos功率管。
[0040]
在本实施例中的腔体高频馈电方式为：本实施例采用耦合方式馈电，耦合输入阻抗虚部(电抗成分)在全工作频段内差距会减小，更有利于匹配。宽带阻抗变换器，50:200的1:4阻抗变换器比50:450的1:9阻抗变换器制作要容易，频率特性也好，因此将单腔分成两路耦合，全腔共四路，每路耦合1/4腔体电压，对器件的耐压及功率容量要求也小一些。四路耦合，每路耦合两个合金环。每路的并联阻抗应为两个合金环的并联损耗电阻之和，设为rp。由于腔体内外导体，端路面的金属表面电阻接触电阻的影响，腔体总的并联损耗电阻要略小于各环电阻之和。分路耦合，路间存在相互耦合，即一路馈送高频信号v1在相邻路会感生出高频电压v2，则两路之间耦合系数k＝v2/v1。其值与腔体q值有关系，q值越大，k值约大。
[0041]
请参见图3，在本发明的较佳实施例中，上述高频功率源200包括输入保护单元210、前级功放单元220、1分8功分器230、末级功放单元240、4合1合成器250、2合1合成器260、1分2分配器270、输出耦合器280、反向分配器290，输入保护单元210的输出端连接前级功放单元220，前级功放单元220的输出端连接1分8功分器230，1分8功分器230的每个输出端连接1个末级功放单元240，每4个末级功放单元240为一组连接至4合1合成器250的输入端，每个4合1合成器250的输出端连接2合1合成器260的输入端，2合1合成器260的输出端连接1分2分配器270，1分2分配器270的输出端连接输出耦合器280，输出耦合器280连接反向分配器290，反向分配器290输出正向、反向射频信号至左、右加速腔室。
[0042]
射频激励信号输入至输入保护单元210，处理后进入前级功放单元220，经前置功放放大至53dbm左右，前级功放单元220输出的射频信号进入1分8功分器230，本实施例中的
1分8功分器230为同相功率分配器，分成8个相同射频信号分别推动1.5kw末级功放单元240，1.5kw末级功放单元240输出通过4合1合成器250、2合1合成器260合成后，再由1分2分配器270分为2路视频信号，经输出耦合器280输出2路5kw的射频信号，再经2个反相分配器分别输出正向、反向射频信号至高频腔的左腔和右腔。
[0043]
在本实施例中的高频功率源200还包括开关电源组件，开关电源组件的输出端连接末级功放单元240。高频功率源200还包括水冷组件，水冷组件分别连接至前级功放单元220、末级功放单元240。高频功率源200还包括系统控制器201，系统控制器201分别连接至开关电源组件202、水冷组件203、前级功放单元220和末级功放单元240，系统控制器201与控制中心远程通信连接。
[0044]
从结构上看，高频功率源200包括功率源机柜，水冷组件203设置在整机的下方，前级功放单元220、1分8功分器230、末级功放单元240、4合1合成器250、2合1合成器260、反相器、系统控制器201、显示屏从下至上依次放置在整机上。整机上还设置有急停按钮。
[0045]
更为具体的，请参见图4，功放插件为长方体状，其射频输入输出接口、进出水路接口、供电和通信接口均位于功放单元背部，可实现快速维护设计，满足拔插设计。功率源其余插件设计均采用插拔设计。
[0046]
系统控制器201负责功率源整机的集中监控管理，以及远程通信。开关电源组件202为功放单元(前级功放单元220和末级功放单元240)、系统控制器201等提供供电。水冷组件203将功率器件的热耗散导出。
[0047]
更为具体的，在本实施例中的输入保护单元210，用于完成对输入信号的检波、限幅、滤波、保护和增益补偿的功能，请参见图5，其包括依次连接的输入耦合器211、衰减器212、输入限幅器213、输入滤波器214、保护开关215、增益调节器216和增益放大器217。
[0048]
输入保护单元210的作用是实现对整机故障状态快速保护的功能。输入耦合器211、输入限幅器213、增益调节器216、均采用mini-circuit器件实现。输入耦合器211实现对输入信号的功率采样，并将采样信号送至检波器件内，检测的电平信号送至系统控制的监控单元，用于显示和判断整机输入功率状态，过激励输入及时上报告警信号。输入滤波器214采用带通形式，用于抑制谐波和分频信号的干扰。增益调节器216主要是采用压控衰减器212实现整机增益的调节功能。保护开关215采用adi的hmc197开关器件实现输入激励的打开和关闭功能。增益放大器217实现小信号放大，保证信号在机柜内部传输中，具备较高的信号幅度，避免外部复杂电磁环境的干扰。
[0049]
更为具体的，请参见图6，在本实施例中的前级功放单元220包括依次连接的输入检波器221、推动级模块222、功放模块223、环形器224和输出检波器225，同时前级功放单元220还设置有吸附负载226、前级监控模块、水冷模块、温度传感器、电流采样器和状态指示板，吸附负载连接在环形器的输出端，水冷模块分别连接推动级模块、功放模块，温度传感器采集基板温度，电流采样器分别连接推动级模块、功放模块，前级监控模块连接水冷模块、温度传感器、电流采样器和状态指示板。
[0050]
前级监控模块、电流采样器技术已经在相关功率源产品线上的得到广泛应用，自身的性能和稳定性得到充分的验证，在此不详述。采样板的工作原理是利用霍尔传感效应实现电流转换为电压进行实现的，采样精度可以达到工业级应用要求，采集的电流信号将实时传递给监控板。监控单元将收集到温度、电流、电压、输入功率、输出功率等信息通过具
有高抗干扰性的can通信协议将信息实时上报给系统控制器201。同时也接受控制系统下达外部控制命令。输出功率检测单元由定向耦合器和检波器组成。完成前级功放单元220输出功率的耦合，检波出的直流信号送至监控单元。
[0051]
前级功放单元220在整机中起着增益补偿和功率放大的作用。按照整机链路增益划分，前级功放单元220需要提供32db的增益补偿，同时需要额定输出51dbm的射频功率才能保证整机正常输出5.2kw。依据在线运行功率源产品的经验，针对前级功放单元220的可靠性设计，本实施例方案采用功率降额的冗余设计思路进行设计保证。在整机链路增益计算中可知，前级整体输出只需要120w的连续波功率即可满足要求，在此处前级采用功率冗余的设计思路，采用450w的功放来实现：一方面可以保证前级功放工作状态的任务可靠性，另一方面即使将来需要扩容整机输出功率，也可以保证前级功放在具备高可靠性前提下，输出功率仍可以满足应用要求。
[0052]
更为具体的，在本实施例中的1分8功分器230，1分8功分器230是将输入的射频信号分配给各个功放管，采用传输线变压器结构方式，用同轴电缆做传输线，分配器功率为100w。
[0053]
更为具体的，请参见图7，在本实施例中的末级功放单元240包括依次连接的1:4功率分配器241、450w功放模块242、4:1功率合成器243和输出检波器244，以及末级监控模块、末级电流采样模块、末级温度采样模块，信号从1:4功率分配器进入从输出检波器输出，末级温度采样模块连接输出检波器，末级电流采样模块连接450w功放模块，末级监控模块分别连接至末级电流采样模块、末级温度采样模块，末级监控模块与控制中心远程通信连接。
[0054]
功放管作为功放模块核心的部件，功放管的性能基本上决定了整机的性能，功放模块采用ldmos场效应管mrf61k25管实现，具有抗驻波比为65的能力，更加可靠。末级功放采用大功率管mrf61k25，输出匹配电路匝比1:2改为2:5；可降低管子负载阻抗，增大输出功率。降低谐波。电路中增加负反馈，提高稳定性；工作状态设计为甲乙类；提高功放模块的幅频特性。功率源的幅频特性取决与前级功放单元220、末级功放模块、功率分配器、功率分配器和反相分配器的幅频特性。在电路设计中，做好各级间的输入/输出匹配电路，使系统在与低电平和合金腔调试满足系统的幅频特性。
[0055]
末级功放模块是整个固态功率源最重要的组成单元，末级功放单元240的可靠性是影响整机可靠性的重要因素。为了提升整个末级功放单元240的可靠性，在采用器件管降额使用，同时也采用冗余备份的方式进一步提升整机的可靠性。末级功放模块采用50v功放供电和12v监控供电独立供电的方式，避免射频信号的干扰影响监控部分正常工作的设计原则。同时在末级功放模块上设计有过温保护电路，当功放模块温度超过设定门限值时自动关断功放模块，并将保护状态上报监控单元。末级监控模块实现功放单元的工作电压、工作电流、水冷板温度和输出功率的取样，并经can通信总线上报机柜控保系统。
[0056]
更为具体的，在本实施例中的4合1合成器250，4合1合成器250是将各个功放管输出的射频功率进行合成输出，由于整个功放模块需要输出1.6kw的射频功率，采用传输线变压器结构方式，用同轴电缆做传输线，根据功率大小选择铁氧体环尺寸，原则是铁氧体环内的高频磁感强度不超过150gs/mhz，功率合成器功率为2kw。
[0057]
更为具体的，在本实施例中的合成/分配器，采用传输线变压器结构方式，用同轴电缆做传输线，根据功率大小选择铁氧体环尺寸，原则是铁氧体环内的高频磁感强度不超
过150gs/mhz。受电缆特性阻抗规格、阻抗变换器的变比限制，性能最佳的合成/分配器是四路功率合成/分配器，可以全部用50ω电缆绕在磁环上构成，且无需阻抗变换器。宽带功率分配器/合成器主要指标：插损≤0.2db；驻波比≤1.1。
[0058]
本实施例中的功率源电源系统采用hx3k5zd0350v/70a的冷板散热开关电源，通过固定在水冷散热冷板上进行散热。该电源为166.6mhz/50kw功率源，81.25mhz/80kw功率源上已广泛使用，具有高可靠性、高转换效率、高功率密度和适应电网能力强等特点；具有输入功率因数校正、过流和过压保护、输入输出缓启动、自动均流、热插拔、远程通信等功能。
[0059]
功率源开关电源组由4个50v/70a电源、2个24v/5a电源、4个电源采集器和1个断路保护器组成。50v电源为末级功放模块供电，采用3+1冗余均流方式，利用整机的水冷系统进行循环散热，大大降低风冷散热噪声，并接受功率源开关机信号控制，高电平开启，低电平关断。12v电源为该机柜监控系统供电，采用1+1冗余均流方式。50v电源的工作参数和工作状态通过电源采集器上报该机柜控制器。为防止电源的交流短路，在电源的输入端设计有断路保护器。
[0060]
更为具体的，请参见图4，在本实施例中采用水冷方式进行散热，水冷组件203是功率源的一个重要组成部分，其目的是通过水冷组件203的热对流带走发热元器件的热耗散，降低元器件的热点温度，以提高功率源工作的稳定性、可靠性和环境适应性。水冷组件203包括主水管2031、球型阀门2032、分水管2033、液冷板2034、排气阀2035、流量计2036、连接法兰2037、自封水接头。
[0061]
主水管2031分别位于两侧，通过分水管2033与功放单元进行水路连接，同时具备进出水的开关管控制，水路环境的检测，同时避免管内留存空气，造成气压过大，还具备排气阀2035。冷却水路采用不锈钢设计，接口处采用锥形接口连接，具备高耐压值的优点，同时结构布局紧凑美观。
[0062]
本实施例中的主水管2031为不锈钢主水管2031，分水管2033为不锈钢编制软管，自封水接头2038和排气阀2035采用现有技术，在选择功能部件时全部选用最大可承受工作压力为20公斤作为最基本的选型标准。液冷板2034：针对高发热密度的功放单元进行单独的优化设计，保证水道分布优先考虑发热密集区域，且采用粗水道设计方式，保证在水道进入一定杂质条件下，仍能保证水道的正常工作，不会保证造成堵塞。同时针对实际应用的环境因素，液冷板2034的水道时采用铜管嵌入方式实现，保证在去离子水作为冷却液的稳定性和可靠性。同时这种设计方式避免毛细水道设计容易堵塞的缺点，同时可以避免去离子水与铝质材质之间的化学反应。
[0063]
功率源运行时，外部液冷装置流出的冷却液进入功率源总进水管，再由总进水管上的9根分水管2033，分流到8个末级功放单元240、1个前级功放单元220。各个热量耗散单元，通过热传递原理，将耗散热量传递至液冷板2034上，冷却液在液冷板2034内流动中完成热量交换，流出吸热后的冷却液通过9根合水管在功率源总出水管上汇合，由总出水管流出至外部热交换装置，完成功率源一次循环。总水管上分别安装有流量计2036，水流参数送入控制器。
[0064]
由于转换效率的原因，功率源有相当一部分输入功率会转化为热量而耗散掉，其中小部分热量通过传导、自然对流方式散失到空气中，但在液冷系统换热设计时仍取总耗散功率。根据功率源链路的设计以及相关参数预计，可以计算出在行波条件下，功率源在水
冷板上耗散最大功率为5.2kw。由于冷却介质的物性参数不变，根据热平衡方程式可知，换热所需流量q在一定范围内随p而变化。qv：冷却水流量(m3/h)；p：电子器件耗散功率(kw)，p＝5.2kw；y：纯水溶液重度(n/m3)，y＝lxl04n/m3；cp：比热[kj/kg
·
k]，cp＝4.2kj/kg
·
k；
△
t：为温升(常取4～6℃)，取
△
t＝5℃。由公式可得，整机所需流量qv＝0.874m3/h＝14.6l/min。
[0065]
从上述计算可知，可保证进出水的温度低于6℃。客户提供的40l/min大于理论计算的14.6l/min的流量，所以实际提供的流量可以将整机的耗散热量交换出去。
[0066]
监控系统，也就是系统控制器201，是功率源系统运行的“大脑”和指挥枢纽，负责对功率源系统中的各功能模块进行集中监控、自我检测、报警指示、自我保护以及手动/自动快速恢复。功率源采用工控机作为本地监控中心，通过网线连接到各主控模块进行通讯。而各主控模块则通过can总线的方式与各分模块单元进行通信与控制，具有高可靠性、高稳定性、抗干扰能力强、数据容量大、实时性高等特点，以确保整个功率源系统在强电磁干扰环境下可靠、稳定的工作。
[0067]
监控系统的主要功能如下：1)对整个功率源系统的故障进行识别、分析和报警；2)实时检测整个功率源系统的输出功率和反射功率等模拟参量；3)具有多路快速保护接口；4)控制整个功率源系统的功放供电开关、射频开关和故障恢复控制；5)对机柜中各个插件的工作状态进行实时监控与显示；6)对机柜中插件的重要参量进行设置(如温度/功率/功放模块电流门限等)；7)对前置功放进行快速保护；8)完善的日志记录，具有可追溯性(日志记录可以导出或远程获取)；9)定时保存整机状态及模拟量参数，方便用户随时查看。10)支持远程发布符合epics系统的pv变量；11)本地配置参数支持断电可保存。
[0068]
从使用上来看，本实施例中的系统监控器主要分为本地监控和远程监控，它由本地监控中心、机柜控制器、控制按键、控保模块、模拟采样/比较模块、输入保护板/前置功放、功放监控模块和电源监控模块(监控均流盒、功放电源组)构成。为了确保整个功率源系统的可靠工作，各主控单元通过can总线与各分模块单元连接。为了进一步的增强can总线的可靠性，系统中各个监控单元的can接口均采用加光耦隔离的方式来确保可靠通信。
[0069]
在本实施例中的本地监控中心，本地显示可通过显示屏观察每个机柜中的各个插件的参数、状态、告警及保护信息。监控界面友好、操作方便，显示内容合理清晰，且用户能够通过该界面对功率源进行相应的实时监控。本地监控主要功能如下：1)实时监控功率源系统中各功能模块的工作状态和参数；2)故障告警、保护；3)故障保护恢复配置；4)保护阈值设置和工作模式选择；5)日志记录与查看；6)提供远程监控接口(rj-45)，支持发布符合epics系统的pv变量。
[0070]
在本实施例中的机柜控制器，主要负责功率源的集中监控和故障的快速保护。主要功能如下：1)实时监控功放机柜中各功能部件的参数并转发到工控机；2)实时测量功放机柜的输入功率、输出功率、反射功率值、合成器温度和功放供电电压值；3)实时检测连锁故障、驻波过荷、输出过荷状态以及故障的快速保护；4)实现功率源的电源开关机、射频开关和故障恢复控制。
[0071]
在本实施例中的控保模块，由控保主控单元和多个控保单元组成。控保主控单元通过can总线与多个控保单元进行通讯，向上通过can总线/以太网rj45与机柜控制器进行
通讯。控保主控单元通过can总线可获取控保单元的输入联锁状态及保护状态；同时也以对控保单元的多路联锁信号输入进行enable/disable旁路设置。当相应enable的联锁信号出现故障时，快速输出保护信号至机柜控制器进行保护(关闭rf信号)，同将状态输送至工控机进行显示。当处于连锁保护时，可通过工控机上的恢复按键进行恢复。
[0072]
更为具体的，控保单元由mcu、故障变送模块和cpld模块组成。mcu模块主要负责故障源的检测，并将参数传送给主控单元；故障变送模块主要实现逻辑电平转换匹配及光藕隔离功能；cpld模块主要处理故障的快速逻辑运算，并输出射频封锁信号进行。故障保护单元在故障处理上采用纯硬件实现，mcu软件控制接口明了、简单，因此，故障保护单元在设计上，保证了功率源系统故障的快速处理和保护的即时性，避免了系统软故障的产生，增加系统在遇到突发故障时响应处理的可靠性和安全性。
[0073]
在本实施例中的模拟采样/比较模块，模拟采样/比较模块组由主控单元和多个模拟采样单元组成。主控单元向下通过can总线与多个模拟采样单元进行通讯，向上通过以太网rj45/can总线与机柜控制器进行通讯。主控单元通过can总线实时可获取各模拟采样单元的各通道的采样值，并通过以太网rj45上传至工控机进行显示。模拟采样单元由mcu、adc、数字电位器、滤波放大、隔离放大器、比较器和光耦隔离电路组成。实现的主要功能如下：1)mcu对各个通道的模拟信号进行采样控制并将采样后的模拟值通过can总线传递至主控单元。2)mcu通过设置数字电位器的值来控制放大器的放大系数。3)mcu通过设置数字电位器的值来实现对比较器的高阈值和低阈值进行标定。4)将输入的模拟信号与比较器的高阈值或低阈值进行比较，产生所需要的连锁信号。
[0074]
在本实施例中的功放监控模块主要负责采集功放内部的工作电压、电流、功率及功放内部温度。当功放出现驻波时，将状态通过can总线传递给系统控制器201，再通过网线传至工控机进行报警；当功放出现过温时，由末级功放自身进行保护，需人为手动确认恢复工作。
[0075]
在本实施例中的电源监控模块，功放供电电源组的开关控制信号主要来自机柜控制器。当出现水流故障(持续5分钟以上)时，机柜控制器关闭电源组供电输出，进行保护；也可以通过面板上的急停按钮来关闭电源组供电输出。
[0076]
本地监控采用工控机作为本地监控，为整个功率源系统的控制中心，负责对功率源系统中的各个部件进行监控，同时向远程提供监控接口(支持远程发布符合epics系统的pv变量)，在整个监控系统中处于核心地位和监控枢纽。远程监控主是指远程监控中心通过网线的方式连接到功率源本地，对整个功率源系统进行监控。具有监控方便、简单便倢、节约人力成本等优势。
[0077]
在本实施例中的阻抗匹配器300合理选择性能优良的铁氧体磁芯作为传输线的磁芯及结构以保证系统在1.4～7.5mhz频率范围内有准确的阻抗变换功能，在全频段内驻波比须控制在1.4之内。在本实施例中的阻抗变换为单独小盒，尺寸约270
×
160
×
100，共有四个。小盒改为树立放置。输出为平衡信号。输出端子直插腔体耦合输入接口。输入接口为l16-50kf，用50ω电缆分别与发射机的四路反相分配输出相连。
[0078]
综上所述，在本发明中的质子致癌系统，在高频功率源200和同步加速高频装置100之间设置有阻抗匹配器300，采用耦合馈电的方式将单腔分成两路耦合，全腔共四路，每路耦合1/4腔体电压，极大降低对器件的耐压及功率容量要求，使腔体输入阻抗与固态功率
源的50ω固定输出阻抗尽可能良好地匹配；同时在同步加速高频装置100中采用软磁合金环制作同步环腔体，使得同步加速高频装置100对于温度和腔内电压的变化带来的影响更低。
[0079]
本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。应理解，说明书中的实施例可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应当作限定解释，仅仅是教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。
[0080]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。