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加速器的组成和维护
( 发表时间:2006/6/19 13:43:24)

不同型号的回旋加速器结构有较大的差异,但它们的基本组成相同,一般由磁场系统(Magnet System)、射频系统(Radio Frequency System RF)、真空系统(Vacuum System)、离子源系统(Ion Sounce IS)、提取系统(Extraction System)、诊断系统(Diagnostic System)、靶系统(Target System)、冷却系统(Cooling System)和屏蔽系统(Radiation Shield System)等主系统组成。这些系统运行状态的好坏,完全取决于日常的维护和保养。一台维护保养良好的回旋加速器可持续运行30~40年。因此,要求每一位操作者在掌握了回旋加速器操作原理的前提下,完全了解并掌握每台加速器的性能参数,认真作好日常维护和保养工作,以便提高加速器的使用率,适应并满足正电子显像的临床应用与研究需求。
 
  
磁场系统:提供被加速的带电粒子在所控制的轨道中做圆周运动所需要的磁场强度,由磁铁、线圈、磁场电源配给系统(Magnet Power Supply PSMC)等组成。
  
现代医用回旋加速器的磁场结构设计根据粒子动力学和LH Thomas的轴向聚焦理论采用与传统回旋加速器的平面磁极不同的扇形磁极,其形成的深谷磁场代替了传统的匀强磁场。常用的扇形磁极有直边扇形磁极、螺旋扇形磁极和分离扇形磁极等。磁场通过两个由空心铜导体制成的线圈激励,通去离子水冷却,水的电阻率应不小于10MΩ?cm。磁场电流通过控制系统预先设置并自动调整以补偿在运行过程中发生的慢漂移(Slow drift),以期在靶上获得尽可能高的束流。
  
该系统在回旋加速器中是比较稳定的系统,每天在启动之前检查线圈和磁场电源系统有无冷却水外漏,每周检查磁场电流的漂移(Drift)情况,即分别在工作电流的10%、50%和100%的条件下,观察电压和电流的变化,要求在最大电流时运行30min和8h,其电压漂移值应分别≤±3ppm和±5ppm。
  
射频系统:射频系统(RF System)产生回旋加速器的高频振荡加速电压。它有二个主要的功能:其一为在回旋加速器中加速的离子每旋转一圈给于粒子四次能量跃冲(kicks);其二是从离子源中拉出离子(RF提取)。RF系统主要由RF谐振腔(RF Cavity RCAV)、RF功率发生器(RF Power Generator RFPG)、RF同轴馈送电缆(RF Feeder Cable)等子系统构成(图1-2-2)。
 
  RFPG和RCAV由水冷却系统的去离子水冷却。RCAV中的温度漂移由二个称为调谐电容板(Flap)来补偿,它是一个由马达驱动的微动电容器(Capacitive trimmer)。Flap马达控制信号从RCAV通路的终端盒(terminal box TB)来转达。
 
  RFPG产生放大的高频电压加在RCAV负载的D形盒上,粒子束流每通过一次二个电极间隙(gap)的电场时获得加速。
  
RF系统是回旋加速器中关键而复杂的系统,不同类型的回旋加速器对该系统有关参数的设置和要求不同,但对该系统的维护保养基本相同。维护中应检查Dee的厚度、调谐电容板的位置和驱动马达的功能,生产中应注意观察RF正向和反射功率的变化,当其变化太大时,则加在Dee电极上的电压不稳而发生漂移,明显影响Beam的提取,表现为准直器电流过高,靶电流下降而达不到设定值,此时应调整管路放大器(Tube Amplifier Unit TAU)和驱动功率放大系统(Driver Power Amplifier DPA)间的输入和输出以达到匹配。
  
离子源系统:产生需要加速的带电粒子,由离子源(Ion Source IS),离子源电源配给器(Ion Source Power Supply PSARC)和气体控制系统(Gas Handling System)组成。离子源是PIG (Penning ionization gauge)型离子源。对加速双粒子束流的回旋加速器,配备了两个冷阴极(Cold cathodes)PIG离子源,一个产生H-而另一个产生D-。在PETtrace型回旋加速器中,两个离子源安装在同一装置中,共同拥有一个阳极体,如图3所示。

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