[科普中國]-加速器射頻系統(tǒng)

加速器射頻系統(tǒng)在正電子斷層掃描顯像PET/CT檢查的應(yīng)用日益廣泛，PET檢查的患者人數(shù)也越來越多，而PET/CT檢查所需的正電子顯像劑大多使用11C，13N，15O和18F等正電子核素進(jìn)行標(biāo)記。由于其半衰期較短，核素必須由回旋加速器適時生產(chǎn)，因而回旋加速器生產(chǎn)的放射性核素決定了正電子顯像劑的產(chǎn)量。而要穩(wěn)定的提供足額、符合要求的放射性核素，就需要做好回旋加速器的質(zhì)量控制。因此回旋加速器的穩(wěn)定性對PET中心尤顯重要。

概念加速器射頻系統(tǒng)常用于中國散裂中子源（CSNS）快循環(huán)同步加速器（RCS）中，主要包括鐵氧體加載諧振腔、射頻功率源、偏流源和低電平控制系統(tǒng)。射頻系統(tǒng)工作重復(fù)頻率為25Hz，掃頻范圍為1.022-2.444MHz，單個腔體（ 雙加速間隙） 可提供最大30kV加速電壓。兩級的調(diào)諧控制能解決快速掃頻過程中的系統(tǒng)失諧問題，采用束流前饋、直接反饋等多種技術(shù)手段可對束流負(fù)載效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。

CSNS/RCS射頻系統(tǒng)是國內(nèi)第1套工作在快脈沖掃頻狀態(tài)下的大功率射頻系統(tǒng)，面臨著寬帶掃頻、阻抗失配等技術(shù)難題的挑戰(zhàn)。已完成了樣機(jī)研制工作，第1批正式設(shè)備的連續(xù)高功率聯(lián)調(diào)實驗已完成，各項指標(biāo)均達(dá)到物理設(shè)計指標(biāo)要求，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和長期可靠性也得到了充分驗證。對于強(qiáng)流快循環(huán)質(zhì)子同步加速器射頻系統(tǒng)，射頻功率源的寬帶匹配和腔體的動態(tài)調(diào)諧是系統(tǒng)設(shè)計中面對的核心問題。另外，如何妥善處理高流強(qiáng)下的束流負(fù)載效應(yīng)，是在未來實際的帶束運行中需要解決的關(guān)鍵問題。1

RDS111回旋加速器RF系統(tǒng)簡介RF 系統(tǒng)是 RDS111 回旋加速器的射頻電場供電系統(tǒng)。RF 系統(tǒng)工作時產(chǎn)生并輸出高頻率、高電壓、高功率電場。 是加速器維護(hù)和維修的重點和難點。 研究主要闡述它的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，并給出維護(hù)維修的建議。

結(jié)構(gòu)組成及工作原理電極結(jié)構(gòu)——在回旋加速器真空腔內(nèi)，離子源產(chǎn)生的負(fù)氫離子被磁場偏轉(zhuǎn)，作回旋運動；被射頻電場加速，回旋半徑逐漸增大。加速負(fù)氫離子的射頻電場由四個扇形共振電極產(chǎn)生，稱作Dee 電極。如圖1 Dee電極裝在回旋加速器真空腔中的磁鐵空隙，由固定于磁軛上的桿支撐，支撐桿接地，水冷卻，每個扇形 30°，均勻繞圓周分布。在中心位置，電極接在一起，因而四個電極同步振蕩。負(fù)氫離子回旋一周經(jīng)過 4 個 Dee 時受到吸引和排斥而 8 次獲得能量，軌道半徑逐漸增大，直至11 MeV 引出半徑。電極工作參數(shù)：離子回旋頻率 18MHz，電極振蕩頻率 72 MHz，標(biāo)準(zhǔn)Dee 電壓 30- 38Kv，每周能量增益：120-160keV。

供電電路結(jié)構(gòu)——RF供電系統(tǒng)包括頻率合成、功率放大、共軸傳輸、耦合網(wǎng)、Dee 結(jié)構(gòu)以及監(jiān)控線路見圖2。 頻率合成器采用精準(zhǔn)的PTS x10正弦波頻率發(fā)生器；放大器采用CE- 10000CTI- 72 三級線性功率放大器，分為前放、中放和末放。監(jiān)控電路包括頻率掃描電路、電壓調(diào)整電路、頻率跟蹤電路、Crowbar 電路等。

頻率掃描電路用于掃描尋找 Dee 振子的共振頻率，電壓電路用于監(jiān)測和調(diào)整放大器輸出到電極的加速高壓。

Dee 結(jié)構(gòu)的固有頻率由于受熱會緩慢漂移，RF跟蹤電路測量共軸傳輸電纜的 RF 電壓和 RF 電流之間的相位關(guān)系，然后調(diào)整頻率合成器的振蕩器的頻率，進(jìn)行頻率補(bǔ)償，以維持共振。

RF 系統(tǒng)維護(hù)維修參考RF 系統(tǒng)工作時要產(chǎn)生高壓、高頻，輸出高功率，所以工作場所的溫濕度要求很嚴(yán)格。加速器控制室和主機(jī)房濕度控制要求：