[发明专利]一种温度补偿自动调节回旋加速器主磁场的系统和方法

说明书

本发明公开了一种温度补偿自动调节回旋加速器主磁场的系统，其特点是：包括回旋加速器主磁铁温度数据采集单元、算法处理及控制单元、回旋加速器主磁铁受控电源单元；还包括以下方法：温度传感器实时采样加速器主磁铁周围不同点的温度信息上传给智能温度采集模块；智能温度采集模块利用嵌入式串口服务器将其传输到上位机算法处理单元；上位机算法处理单元接收温度数据，转化为主磁铁电源电流变化量指令，并将该指令发送给PLC控制单元，PLC控制单元接收指令并产生相应的控制脉冲发送给回旋加速器主磁铁受控电源单元，回旋加速器主磁铁受控电源单元实时接收脉冲信号，从而自动调节主磁铁的磁场强度，达到稳定束流的目的。

技术领域

本发明属于加速器技术领域，尤其涉及一种温度补偿自动调节回旋加速器主磁场的系统和方法。

背景技术

回旋加速器是利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，是高能物理中的重要仪器。其中超导回旋加速器也是目前医用质子治疗加速器的核心设备。磁场是回旋加速器最重要的组成部分，磁场为束流运动提供约束力和强的聚焦力，其场型的分布直接决定了一台回旋加速器的性能。利用回旋加速器产生的质子束流进行物理实验、生物实验或者进行质子治疗时，对束流的稳定性和引出效率要求很高。但是在回旋加速器运行过程中，高频系统的热损耗、外界环境温度的变化以及供电电源的不稳定都可能会对磁场强度产生影响，使主磁场发生改变从而导致束流稳定性和束流引出效率变差。

中国原子能科学研究院的100MeV回旋加速器在运行期间，发现在早晚昼夜温差较大的时段内，主磁场变化较大，从而导致引出束流的稳定度非常差。因此对温度补偿从而自动调节回旋加速器主磁场的研究，对于等时性回旋加速器的束流稳定至关重要。

发明内容

本发明针对实际工作中发现的问题及现有技术中存在的缺陷，提出一种温度补偿自动调节回旋加速器主磁场的系统和方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种温度补偿自动调节回旋加速器主磁场的系统，其特点是：包括回旋加速器主磁铁温度数据采集单元、算法处理及控制单元、回旋加速器主磁铁受控电源单元；所述算法处理及控制单元接收所述温度数据采集单元采集的信息并对该信息进行算法处理，再将处理结果转变为PLC控制脉冲信号发送给回旋加速器主磁铁受控电源单元。

所述回旋加速器主磁铁温度数据采集单元，包括多个温度传感器、多个智能温度采集模块、以及嵌入式串口服务器；所述多个温度传感器用于测量主磁铁周围环境温度并将其转变为可测量信号后输出给智能温度采集模块；所述智能温度采集模块将温度传感器的输出信号进行采集并处理，再通过嵌入式串口服务器将所有智能温度采集模块处理后的温度数据传输到上位机。

所述算法处理及控制单元，包括上位机算法处理单元、PLC控制单元；上位机算法处理单元将温度变化量转化为主磁铁电源电流变化量指令，并将主磁铁电源电流变化量指令发送给PLC控制单元，PLC控制单元将接收的主磁铁电源电流变化量指令转化为控制脉冲后将其发送给回旋加速器主磁铁受控电源单元，从而实现回旋加速器主磁铁受控电源电流自动调节；所述回旋加速器主磁铁受控电源单元的电流稳定度达到20ppm以内。

所述温度传感器选用具有抗腐蚀性、在核辐射环境中能够保持其稳定的电气特性、具有高精度和准确度的铂电阻PT100;将多个铂电阻PT100贴装在回旋加速器主磁铁表面。

所述智能温度采集模块采用BOOST(普斯特)公司的八路巡检仪，它可编程完成8路温度数据的自动获取可通过按键编程设置每一路温度测量的报警阈值，并带有2路继电器输出，分别作用于信号和跳闸，并可通过RS485通讯接口(MODBUS协议)将温度数据及报警信息上传；

所述嵌入式串口服务器采用MOXA公司的DA662,它可以进行现场数据的采集以及实现双网冗余的通讯架构，所述现场数据采集包括接收智能温度采集模块的输出数据。