同步加速器快响应磁合金高频系统及磁合金加载谐振腔

本技术主要涉及医用重离子加速器，特别是关于一种同步加速器快响应磁合金高频系统及磁合金加载谐振腔。

背景技术：

1、同步加速器在国民生产的各个行业具有重要用途，例如，在卫生医疗领域可以用于放射治疗、医用同位素生产、辐照消毒等等。小型化、高性能的同步加速器是商用化的重要发展方向，在材料科学、核医学、放射生物学、疾病的诊断和治疗方面都具有广阔的前景。

2、目前，常规技术已经能基于同步加速器对质子束进行加速，从而实现质子放射治疗。随着技术的进步，重离子治疗也得到了越来越多的应用，与常规质子放射治疗相比，重离子治疗肿瘤疗程短，对正常组织损伤小，肿瘤细胞杀伤效应强，尤其对难治性肿瘤及常规射线抗拒肿瘤具有独特效果。

3、重离子加速器已成为目前研究原子核的前沿科学问题的重要工具。然而，本申请的发明人在研究中发现，重离子加速器要实现对重离子束进行加速，重离子与质子束相比，质量更大，加速重离子就需要更低的工作频率以及更高的能量，同时，要实现对不同种类的重离子束进行加速，就需要更宽的带宽范围。对于要实现barrier bucket束团累积功能，高频系统能够输出单正弦甚至半正弦波形，对单正弦波形的傅里叶频谱分析，需要多次谐波分量合成，而半正弦波形的展开比单正弦更为丰富，因此高频系统需要很宽的工作带宽(>15倍带宽)及高电压梯度快速上升及响应速度的能力。现有的高频系统难以实现上述性能指标。

技术实现思路

1、针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种同步加速器快响应磁合金高频系统，具备低频、高宽带、快速电压信号上升及响应，且能输出单正弦和半正弦波形的性能指标，实现对各种重离子束进行俘获、加速及barrier bucket束团累积功能。

2、为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

3、本申请实施例一方面提供一种磁合金加载谐振腔，可以提高散热效率并有效应对磁滞伸缩效应。

4、本申请提供一种磁合金加载谐振腔，包括：腔体外壳，以及同轴设置在所述腔体外壳内部的真空加速管道和多个磁合金环；

5、所述磁合金环，包括：磁合金环外衬、磁合金环内衬、磁合金带材、导热封装材料以及若干磁合金环支撑板；

6、所述磁合金带材绕制在所述磁合金环外衬和所述磁合金环内衬之间；所述导热封装材料设置在所述磁合金环外衬和所述磁合金环内衬之间的所述磁合金带材的表面上；所述磁合金环支撑板的两端分别连接所述磁合金环外衬和所述磁合金环内衬，且所述磁合金环支撑板与所述导热封装材料之间具有预留空间。

7、具体的，所述磁合金带材为铁基纳米晶软磁合金带材；

8、所述导热封装材料为导热率不低于2w/m·k的表面固化环氧树脂材料，厚度不高于0.1mm；

9、所述磁合金环支撑板与所述导热封装材料之间的预留空间的尺度为3-4mm。

10、具体的，所述腔体外壳包括上部外壳和下部外壳；

11、所述磁合金环通过至少两个所述磁合金环支撑板固定在所述下部外壳上；

12、所述上部外壳，相对于所述下部外壳为可翻转结构。

13、具体的，所述上部外壳，包括电磁屏蔽盖板和腔体内盖板；

14、所述电磁频闭盖板上设置有方形孔洞；所述腔体内盖板上设置有圆孔；所述磁合金谐振腔还包括设置在所述下部外壳上的冷却风扇。

15、另一方面，本申请还提供一种同步加速器快响应磁合金高频系统。

16、本申请提供的一种同步加速器快响应磁合金高频系统，包括：

17、产生波形信号的控制电路；

18、接收所述波形信号并进行功率合成产生功率信号的全固态功率源；

19、实现阻抗升降及相位补偿的阻抗相角补偿器；

20、实现阻抗变换，达到所述全固态功率源与磁合金加载谐振腔阻抗匹配的阻抗变换器；

21、接收所述功率信号并产生射频信号对重离子束进行操作的磁合金加载谐振腔；

22、以及对所述射频信号进行采样并反馈给所述控制电路的采样电路；

23、所述控制电路、所述全固态功率源、所述阻抗相角补偿器、所述阻抗变换器、所述磁合金加载谐振腔和所述采样电路依次连接形成环路。

24、具体的，所述磁合金加载谐振腔为低q值的磁合金环加载的同轴谐振腔；所述磁合金环具有13-18um的铁基纳米晶软磁合金带材绕制的磁芯。

25、具体的，所述阻抗相角补偿器采用lc串并联网络电路。

26、具体的，所述控制电路，包括：cpci计算机控制系统、数字信号处理板卡、adc/dac板卡以及时钟电路。

27、具体的，所述所述数字信号处理板卡采用fpga+dsp的硬件架构。

28、具体的，所述采样电路为差分取样电路，包括衰减电路网络、差分信号处理电路、偏置电路，以及供电电路及驱动电路。

29、本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本实用新型申请方案中提供的同步加速器快响应磁合金高频系统，通过控制电路产生波形信号，由全固态功率源接收波形信号并进行功率放大产生功率信号，再经过阻抗相角补偿器的阻抗升降及相位补偿以及阻抗变换器的阻抗变换，将功率信号输入到磁合金加载谐振腔中，并产生谐振状态下的射频信号对重离子束进行操作，再通过采样电路对射频信号进行采样再反馈给控制电路，以供控制电路进行精确控制，从而使高频系统具备低频、高宽带、快速电压信号上升及响应，且能输出单正弦和半正弦波形的性能指标，实现对各种重离子束进行俘获、加速及barrier bucket束团累积功能。

技术特征：

1.一种磁合金加载谐振腔，其特征在于，包括：腔体外壳，以及同轴设置在所述腔体外壳内部的真空加速管道和多个磁合金环；

2.根据权利要求1所述的磁合金加载谐振腔，其特征在于，所述磁合金带材为铁基纳米晶软磁合金带材；

3.根据权利要求1所述的磁合金加载谐振腔，其特征在于，所述腔体外壳包括上部外壳和下部外壳；

4.根据权利要求3所述的磁合金加载谐振腔，其特征在于，所述上部外壳，包括电磁屏蔽盖板和腔体内盖板；

5.一种同步加速器快响应磁合金高频系统，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的同步加速器快响应磁合金高频系统，其特征在于，所述磁合金加载谐振腔为低q值的磁合金环加载的同轴谐振腔；所述磁合金环具有13-18um的铁基纳米晶软磁合金带材绕制的磁芯。

7.根据权利要求5所述的同步加速器快响应磁合金高频系统，其特征在于，所述阻抗相角补偿器采用lc串并联网络电路。

8.根据权利要求5所述的同步加速器快响应磁合金高频系统，其特征在于，所述控制电路，包括：cpci计算机控制系统、数字信号处理板卡、adc/dac板卡以及时钟电路。

9.根据权利要求8所述的同步加速器快响应磁合金高频系统，其特征在于，所述数字信号处理板卡采用fpga+dsp的硬件架构。

10.根据权利要求5所述的同步加速器快响应磁合金高频系统，其特征在于，所述采样电路为差分取样电路，包括衰减电路网络、差分信号处理电路、偏置电路，以及供电电路及驱动电路。

技术总结
本技术涉及一种同步加速器快响应磁合金高频系统，包括：产生波形信号的控制电路；接收所述波形信号并进行功率合成产生功率信号的全固态功率源；实现阻抗升降及相位补偿的阻抗相角补偿器；实现阻抗变换，达到所述全固态功率源与磁合金加载谐振腔阻抗匹配的阻抗变换器；接收所述功率信号并产生射频信号对重离子束进行操作的磁合金加载谐振腔；以及对所述射频信号进行采样并反馈给所述控制电路的采样电路。本技术技术方案提供的同步加速器快响应磁合金高频系统，具备低频、高宽带、快速电压信号上升及响应，且能输出单正弦和半正弦波形的性能指标，实现对各种重离子束进行俘获、加速及Barrier Bucket束团累积功能。

技术研发人员：许哲,金鹏,丛岩,付昕,李世龙,张瑞锋,韩小东,仪孝平
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：20221229
技术公布日：2024/2/1