超长周期慢引出主环磁铁电源控制系统设计

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）超长周期慢引出主环（CSRm）磁铁电源控制系统的设计。该系统采用基于高速以太网的分布式控制系统,选用了ARM+DSP结构的前端智能控制器,对整个运行周期的控制采用了分段处理的机制,解决了波形数据量过大而无法在前端控制器进行全波形存储的问题。该系统已经在加速器冷却储存环中通过了调试,满足了物理实验的要求。     

兰州重离子治癌装置同步加速器切割磁铁研制

切割磁铁作为同步加速器注入引出的关键部件之一,对磁场及切割板结构都有严格的要求。介绍了兰州重离子治癌装置(HIMM)同步加速器切割磁铁的设计情况,基于磁场优化软件OPERA,对切割磁铁磁场均匀度及杂散场的分布进行了详细的分析。根据磁场要求优化结构设计,完成了磁铁的加工。磁场测量结果分析显示,有效场区范围内磁场均匀度优于设计结果。同时通过对磁铁端部屏蔽处理,在环内侧管道处杂散磁场降到2mT以内,满足物理设计要求。     

RIBLLⅡ与CSRe中束流控制系统的设计

介绍了兰州重离子加速器冷却存储环（HIRFL-CSR）的实验环CSRe以及次级束线RIBLLⅡ中束流控制系统的设计。该系统主要采用了Java,COM,Oracle,ARM,DSP,FPGA等技术实现了对磁铁电源的实时、同步控制,已达到对束流的控制。该系统已经运行于现场的束流调试中,并在RIBLLⅡ的束流调试中运行正常、性能稳定。     

RIBLLⅡ与CSRe中束流控制系统的设计

 介绍了兰州重离子加速器冷却存储环（HIRFL-CSR）的实验环CSRe以及次级束线RIBLLⅡ中束流控制系统的设计。该系统主要采用了Java,COM,Oracle,ARM,DSP,FPGA等技术实现了对磁铁电源的实时、同步控制,已达到对束流的控制。该系统已经运行于现场的束流调试中,并在RIBLLⅡ的束流调试中运行正常、性能稳定。     

冷却存储环虚拟加速器的数据交互系统

 介绍了兰州重离子加速器冷却存储环（HIRFL CSR）为重离子治癌而改造的控制系统中的数据交互系统,数据交互系统是CSR虚拟加速器的核心。该系统能实现对256个能量级的束流控制,为以后深层重离子治癌做好准备。系统主要采用Java,COM,Oracle,ARM,DSP,FPGA等技术实现了对磁铁电源的实时、同步控制,已达到对束流的控制及束流在不同能量级间的切换控制。该系统已经运行于冷却存储环主环（CSRm）的束流慢引出调试中,性能稳定,能满足物理人员的要求。     

兰州重离子冷却储存环束流踢轨控制系统

 踢轨系统是一种以快速脉冲方式工作的以高压大电流驱动的特殊二极磁铁系统,用于环形加速器的束流注入和引出。简要介绍了在兰州重离子加速器冷却储存环上采用ARM+DSP+FPGA技术实现踢轨控制时序的方法,时间控制精度达ns量级。ARM主要控制信号的网络通讯,踢轨系统的时序精度控制主要由DSP结合FPGA技术完成。远程时序控制信号均通过光纤传输,同时对踢轨电源的电压给定采用信号隔离器及铁氧体以抑制脉冲干扰。经现场测试,系统可以安全稳定地实现束流踢轨的控制要求。     

重离子治癌引出BUMP电源控制器设计

引出凸轨(BUMP)电源是负责医用重离子加速器束流引出的关键设备,其电流上升的同步性影响束流的引出效率,而电流波形的多样性与治疗模式和治疗精度密切相关.要在凸轨磁铁(0.2～0.4 mH)上产生1～5 ms上升且精确同步的励磁电流,并确保电流的跟踪性和波形的多样性,采用了实时调整强励电压及基于特征参数的电流波形控制方法...     

HIRFL-CSR六极磁铁数字电源研究与设计

设计了一台用于兰州重离子加速器HIRFL-CSR的六极磁铁数字电源, 该电源以H桥变换器为主拓扑结构电路, 采用Cyclone II FPGA作为核心硬件, 以Verilog语言实现了全数字化的PI调节算法。 电源输出电流达到了340 A, 直流电流稳定度达到了3.14×10-5, 达到了1×10-4的设计指标。One digital power supply was designed for the sextupole magnets of Cooler Storage Ring of the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL CSR). It adopts H Bridge convertor as the main topology circuit and Cyclone II FPGA as the main hardware, and has realized fully digitized PI regulation arithmetic by Verilog language. The peak current of the power supply reaches 340 A and the stability approaches 3.14×10-5. Finally the power supply has achieved the designed specification of 1×10-4.     

用于重离子加速器磁铁电源的数字调节器设计

 介绍了兰州重离子加速器冷却储存环上采用高级RISC微处理器(ARM)+现场可编程门阵列(FPGA)+DA/AD技术、状态空间方程方法实现对磁铁电源系统数字调节器的设计,它可以实现5阶及以下各阶的调节控制。运用ARM作为调节控制系统的核心处理器,完成系统的多线程任务处理。电源的精度调节通过FPGA和DA/AD相结合的技术来实现,通过千兆光纤接口实现外接数字信号处理器输入信号的直接传输。同时通过光电隔离器对叠加在输入/输出32 bit数字状态量的干扰脉冲进行抑制。经现场测试该调节器达到了加速器电源系统1×10^-4量级的精度要求,并减少了电源系统的故障恢复时间。     

兰州重离子加速器冷却储存环

 兰州重离子加速器冷却储存环HIRFL-CSR,是一个多用途、多功能的双冷却储存环同步加速器系统,由主环CSRm和实验环CSRe构成,并以兰州重离子级联回旋加速器HIRFL作注入器。CSR利用高频变谐波的方法,将重离子束的能量从7～25 MeV/u同步加速到２00～1 000 MeV/u,同时利用重离子储存环中空心电子束冷却技术将束流品质提高１个数量级,并通过储存环的快引出及慢引出,提供多种类的重离子束以及放射性次级束(RIBs),以开展范围更广精度更高的物理实验。该装置于2007年投入运行,已取得了重要的运行结果,如实现了剥离注入与多圈注入、空心电子束对重离子束的冷却与累积、变谐波宽能区同步加速、等时性环型谱仪、RIBs的产生收集与ToF高分辨质量测量以及高能重离子束的变能慢引出等。     

兰州重离子加速器冷却存储环慢引出控制系统

兰州重离子加速器冷却存储环为了进行深层重离子治疗肿瘤的实验,需要长时间、均匀地慢引出束流至高能束运线,以满足深层重离子治疗肿瘤的束流要求。慢引出控制系统采用加速器控制系统的同步时间信号来进行同步控制以实现整个过程控制;当加速器控制系统的同步事例的同步触发信号进行触发控制以及数据切换（频率值、tune值、电压幅值）,波形发生器通过这三个数据信息产生相应的波形及进行放大器放大并控制静电偏转板以实现束流RF-KO方式慢引出。慢引出控制系统的同步事例接收器主要由FPGA与光纤接口组成,实现同步事例的高速稳定传输与强抗干扰性。深层重离子治疗肿瘤的正常运行以及冷却存储环已实现104 s超长周期的慢引出实验表明,慢引出控制系统能实现实验束流需求的慢引出。     

分离扇回旋加速器的等时场在线优化

针对兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）的分离扇回旋加速器（SSC）的等时场优化问题,依托HIRFL-CSR的主数据库系统Oracle,设计了系统控制界面,该界面不仅能够读取和给定电源电流值,而且能够实时更新束流相位信息。根据束流相位的实时数据,利用Kb-Kr方法以及Lagrange插值算法建立的等时场,实现了对SSC束流等时场的在线优化。优化后的等时场可以有效控制束流相位的漂移,提高束流品质。     

基于现场可编程门阵列的束流快引出控制系统设计

 为实现兰州重离子冷却储存环主环束流的快引出,采用一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的引出控制系统。在FPGA单元设计中,采用数字倍频技术来实现对Kicker磁铁在1个高频周期内充放电时间的精度控制。经测试,该控制系统对存储环中运行束流位置的跟踪可调节时间步长为5 ns。当高频频率为1.4 MHz时,在0~360°范围内可实现约2.5°相位精度的Kicker触发。     

HIRFL-CSR可控硅脉冲二极磁铁电源预研究

简要介绍了兰州重离子加速器冷却储存环电源系统的概况 ,指出了电源系统建设中的主要难点和设计制作大功率可控硅脉冲电源样机的必要性.并且详细介绍了已经完成的可控硅脉冲电源样机的实施方案、电路原理、关键技术和测试结果等. The pulsed power supply is very important for HIRFL-CSR power supply system. All power supplies in CSRm and CSRe need pulsed operation mode. These power supplies must have high current stability, low current ripple and good dynamic characteristic. A small-scale thyristor rectifier prototype has been researched and designed to find and solve all technique problems of pulsed power supply. The parameters of prototype are the same or higher than dipole po...     

基于P2P技术的CSRe冷却装置控制系统设计

HIRFL-CSR工程对CSRe冷却装置电子冷却部分的控制系统在实时性和可靠性方面提出了非常高的要求。 电子冷却工作环境复杂, 各种干扰难以预测。 从电子冷却的控制系统改进出发, 以实现电子冷却的自动调束为目标, 以高端FPGA和ARM嵌入式系统为基础, 采用P2P通讯技术和神经元网络算法来实现对电子冷却的自动控制。 该控制系统对电子冷却控制的完善提供了先进的硬件平台和软件实现方案。 In the HIRFL-CSR project,it needs the high performance requirement in real time and reliability for the control system of CSRe’s cooling equipment——Cooler. Simultaneously, the running environment of the Cooler is very complex and it is difficult to predict various kinds of interference. To solve these problems, we focus on the improvement on the control system of the Cooler. The high performance FPGA and ARM embedded systems are used to realize the beam commissioning automatically,and the P2P(Peer to peer) technology and the neural network algorithm are adopted to implement the automatic control of the Cooler. The system provides the advanced hardware platform and the design proposal for the cooling control system.     

基于Nios-II用于加速器监控系统的通用型可重配置嵌入式微控制器

 讨论并参考了冷却储存环目前使用的专用微控制器的特点和其对微控制器的需求,采用可编程技术和Nios-Ⅱ处理器,在altera-cycloneII2c35f484芯片内实现可重构微控制器。该微控制器硬件资源消耗少,最大工作频率可达185 MHz,可代替目前在监控系统中大量使用的专用微控制器芯片,减小硬件设计复杂度、节约成本。     

Active spot-scanning test with heavy ions at HIRFL-CSR

An active spot beam delivery system for heavy ion therapy has been developed based on the Cooling Storage Ring at HIRFL-CSR, where the pencil carbon-ion beams were scanned within a target volume transversely by a pair of orthogonal (horizontal and vertical) dipole magnets to paint the slices of the target volume and longitudinally by active energy variation of the synchrotron slice by slice. The unique techniques such as dose shaping via active energy variation and magnetic deflection constitute a promising three-dimensional conformal even intensity-modulated radiotherapy with heavy ions at HIRFL-CSR. In this paper, the verification of active energy variation and the calibration of steerable beam deflection are shown, as the basic functionality components of the active spot-scanning system. Additionally, based on the capability of creating homogeneous irradiation fields with steerable pencil beams, a radiobiological experiment like cell survival measurement has been performed aiming at comparison of the radiobiological effects under active and passive beam deliveries.     

兰州重离子加速器冷却储存环中电子冷却性能

为了在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)上开展一维离子束序化的研究,在CSR主环上,对6.39 MeV/u的58Ni19+离子束进行了冷却累积实验。测量了离子束与电子束之间不同的水平、垂直夹角以及不同电子束剖面的情况下,束流累积及束流寿命变化情况;重点研究了离子束衰减过程中动量分散随离子数的变化规律,拟合计算得到了动量分散随离子数按照幂函数衰减的指数;在给定离子数的情况下,动量分散随夹角、电子束剖面的依赖关系,为下一步在CSR上获得纵向一维有序化离子束的研究做准备。在实验中观测到在较大的夹角情况下,离子束出现纵向振荡和中心频率移动。