国家同步辐射实验室直线加速器聚焦电源控制系统的改造
直线加速器年检项目标准

直线加速器年检项目标准
直线加速器是一种用于医学放射治疗和研究的重要设备,年检
项目标准通常由相关的医学和放射学专业组织或者监管部门制定。
在美国,年检项目标准通常由美国医学物理学家协会(AAPM)和美
国放射学会(ASTRO)等组织制定。
这些标准通常包括以下内容:
1. 辐射安全,检查直线加速器的辐射安全性能,确保设备在治
疗过程中对患者和医护人员的辐射剂量控制在安全范围内。
2. 设备性能,检查直线加速器的辐射输出是否符合规定的治疗
剂量,确保设备能够提供准确的放射治疗。
3. 设备机械性能,检查直线加速器的机械部件,包括加速器结构、定位系统、运动系统等,确保设备的机械性能符合要求,能够
精确定位和照射肿瘤。
4. 控制系统,检查直线加速器的控制系统,包括治疗计划系统、剂量监测系统等,确保设备的控制系统能够准确控制放射治疗过程。
5. 环境安全,检查直线加速器的环境安全性能,确保设备在使
用过程中不会对周围环境造成污染或其他安全隐患。
以上是一般直线加速器年检项目标准的主要内容,具体的标准可能会因地区、国家的不同而有所差异。
在进行年检时,通常需要由经过专业培训的医学物理师或放射治疗专家进行检测,并按照相关标准进行记录和报告。
同时,定期的年检对于确保直线加速器的安全性能和治疗效果至关重要,也是医疗机构保障患者安全的重要举措。
加速器简介

回转频率f 将随m 回转频率f0将随m(或v)而变,破坏了谐振 而变, 条件, 便难于加速。 但是, 条件 , 便难于加速 。 但是 , 我们可以调节高 压电源的频率f 使之与变化的f 同步, 压电源的频率 f , 使之与变化的 f0 同步 , 这样 改进的回旋加速器称为同步回旋加速器 同步回旋加速器。 改进的回旋加速器称为同步回旋加速器。
回旋加速器
回旋加速器是一种粒子沿圆弧轨道运动的 谐振加速器,离子在恒定的强磁场中, 谐振加速器,离子在恒定的强磁场中,被固定 频率的高频电场多次加速,获得足够高的能量。 频率的高频电场多次加速,获得足够高的能量。 1930年 劳伦斯提出了回旋加速器的工作原理 1930年,劳伦斯提出了回旋加速器的工作原理, 提出了回旋加速器的工作原理, 1932年 第一台直径为27厘米的回旋回速器投 1932年,第一台直径为27厘米的回旋回速器投 入运行,它能将质子加速到1兆电子伏。 入运行,它能将质子加速到1兆电子伏。带电粒 子加速器自30年代问世以来 年代问世以来, 子加速器自30年代问世以来,主要是朝更高能 量的方向发展。在这个过程中, 量的方向发展。在这个过程中,任何一种加速 器都经过了发生、 器都经过了发生、发展和加速能力或经济效益 30日 受到限制的三个阶段。1958年 受到限制的三个阶段。1958年6月30日,新华 社正式公布,中国第一台回旋加速器建成。 社正式公布,中国第一台回旋加速器建成。
北京正负电子对撞机
这是北京正负电子对撞机鸟瞰图(资料照片) 这是北京正负电子对撞机鸟瞰图(资料照片)
北京正负电子对撞机改造后的直线加速器
这是北京正负电子对撞机改造前的存储环(资料照片) 这是北京正负电子对撞机改造前的存储环(资料照片)
北京正负电子对撞机
紧凑型自聚束微波电子枪实验装置控制系统的研制

现 阶段 加速 器 控制 系 统 的研 究 重点 主要放 在 系统集 成 和实 际控 制 系统 的构 建 上 [ 。鉴 于 3 ] 紧凑 型 自聚束 微 波 电子枪 实验装 置 结构 较 为简 单 , 了降低 设 计 的复杂 度 , 针对 实 验装 置 的 为 并
独立馈人功率和调节相位。这种结构具有空间 紧凑 、 峰值 流强 高 、 冲短 ( s 级 )柬 流 品 质 脉 p量 、 好 ( 能散 度 、 发 射 度 ) 优 点 。模 拟 结果 表 低 低 等
并利用上位 机与现场处理 器通信 , 达到远程操作 的 目的 。经 测试 , 该系统的性能参数 满足并 优于实 际需 求, 试运行期间工作 稳定可靠 , 满足实验平 台的控制需求 。该系统 也能直接用于其他 小型加速 器的控 制
操作 。
关键词 : 紧凑型 自聚束微波 电子 枪 ; 监测 控制系统 ; 时序控 制 ; 远程 控制
变换 法 实现 L 。 5 J
21 7
收 稿 日期 :0 90 —0 2 0— 33
基 金项 目: 国家 8 3 6 计划项 目资助课题 。 作者简 介 : 健 ( 9 3) 男 , 士 研究 生 , 事 加 速 庞 18 一 , 博 从 器技术研 究。
图 1 紧凑 型 自聚束微波 电子枪实验装置示意 图
庞 健 , 裴元 吉 , 黄贵荣 , 王金祥
( 中国科学技 术大学 国家 同步辐射 实验 室 , 肥 2 0 2 ) 合 30 9
摘要: 紧凑 型 自聚柬微波 电子枪的 实验装 置需 要相 应 的控 制体 系。为此 , 制 了一套独 立于原 有 研
大装置 (0Me I C 的监测控制 系统 。该系统基 于一 般 控制 系统 的三层 构架 原理 , 20 V LNA ) 由核 心控制 电 路、 光信号发射 与接收 电路 和开 关量读写 电路 组成 , 实现 了时序 控制 、 设备 状态 监控 、 联锁 控制 等功能 ,
赴安徽暑假社会实践报告

赴安徽暑假社会实践报告赴安徽寒暑假社会实践报告这个暑假,我随本系社会实践团在安徽进行社会为期五天的了实践活动,主要活动地点有中国科大。
中科院合肥分院,凤阳县小岗村等,通过这次社会实践公益活动,我了解到了兄弟学校,兄弟院系的教学科研情况,看到了本专业的相关高科技的研究和联合开发开发活动,也接触到了曾作为农村改革先锋的小岗村.我们主要活动地点应该算是中科大,它是我国内陆省份里少有的几所中国顶尖大学之一.经过前往合肥后30年的建设,科大现在已拥有东西两个校区,校内环境十分幽雅,尤其是其当新建成的西校区,以十几层高的展览馆图书馆为中心,周围绿草如茵,绿树池塘错落有致,中间绿草这各个实验室,教学楼,学生公寓,颇具一流大学风范.和科大致属于中国科学院,虽说学校历史无法和一些百年老校相比,但她和中国科学技术的渊源便是其他学校无法比拟的.中国科学院的许多院士都曾在科大进行过领导和上海交通大学教学工作.与我们系一道,科大为我国的两弹一星事业贡献了巨大的力量.现在,科大承担着科学院许多基础项目和子项目,同时每年还为中科院输送大批研究生和博士生.基础实验设施先进是科大的一大局限性,仅以我们参观的"国家同步辐射实验室"为例:这个实验室占地10万平方米,由200mev电子直线加速器,800mev电子储存环,六条同步辐射光束线和六个试验站组成.这个实验室是80年代末开始兴建,90年代初完工并破土动工的,它不仅在国内处于领先水平,在国际同步辐射领域首要地位也占有一席之地.完工实现来,这个实验者的用户越来越多,涉及的领域也越来越广,的科大同学可以如此近的接触到本专业最前沿的进展和多个领域的交叉研究,其在科研能力上六分之一的优势确实是其他学校上能不能比拟的.超常光茎儿童教育又是科大办学的一大特色.1978年,中科大创办的该校开我国超常儿童高等教育之先河,而后至今的20几年了少年班已桃李满天下,少年班的学生下工夫扎实,综合素质高也越来越得到现代人的认同.在与科大少年班的老师同学越发座谈时我们更加感到了这一点.少年班的同学并不因为年纪小课程多就放弃其他能力的培养;相反,学校特别重视身体素质和心理素质等的培养.他们尤其重视情绪在学生学习生活中所起的作用,学校教会学校专门安排心理学方面的专家跟班进行调研,及时帮助学生克服困难.少年班的学生功课虽然比其他学生重,但各种活动却并不显少,各式各样的文体活动丰富多彩.学生们的兴趣广泛,思想开放又不乏深度.在座谈中,他们提出的问题,我们这些大好几岁的师兄师姐却没有好好想过.在中科院合肥分院的考察以前让我们这些更是很少接触尖端物理实验设备的人大开眼界.泛舟等离子体物理研究所是我们此行重点游览的一个研究所,该所主要从事等离子体物理。
“点亮”探寻微观世界之眸——国家同步辐射实验室的“光源梦”

光源©照明•{2020年第10期)“点亮”探寻微观世界之眸—国家同步辐射实验室的“光源梦”“整个园区宛如一只观察微观世界的‘眼睛’,这 个设计太令人震撼了!”在合肥先进光源规划设计图 前,参观者无不赞叹。
坐落于中国科学技术大学(以下简称中国科大)的国家同步辐射实验室,是我国第一个国家级实验室。
从 我国首个专用同步辐射光源——合肥光源,到正在预研 的世界首批第四代低能区同步辐射光源——合肥先进光 源,实验室用“神奇之光”点亮科学之路,努力实现 大国崛起的“光源梦”。
“合肥光源”发出“神奇之光”在中国科大西区,一幢状如飞碟的建筑物,格外 引人注目,这里是“合肥光源”所在地。
1978年2月,中科院批准合肥同步辐射加速器的预研制和物理设计 项目。
1989年4月,“合肥光源”发出第一束“神奇之光”。
从预研、设计,到建造和调试,中国工程院院士何 多慧作为“合肥光源”项目总工程师,见证了中国同 步辐射光源从无到有的历史性转变。
30多年前,时任 中国科大副校长的包忠谋亲自挂帅,以何多慧、裴元吉、金玉明、张武等几位中国科大近代物理系加速器教研 室的教师为核心,一支平均年龄不到35岁的年轻队伍 开启了光源的逐梦征程。
“刚开始,我们总共只有十几个人,条件很艰苦,只有一间房子,大家都是从头学起,拼命学、拼命干。
到预研和物理设计完成,也才五十几个人。
”何多慧说,那时我国科技与发达国家相比差距很大,大家完全凭 着一种精神,为了国家而忘我奋斗。
1983年4月,国家正式批准合肥同步辐射加速器 项目立项,并将其改名为“国家同步辐射实验室”。
“当时,中国自己建造的最大加速器只是3m长的 30 M eV电子直线加速器,根本没有储存环,我们只能边干边摸索。
”何多慧说,为了解决一个技术难题,当时还是研究生的周银贵三天三夜不睡觉;高频系统负责 人冯兰林到贵州深山沟里驻厂制造零部件,去时穿棉 祆,回来己经穿汗背心了。
国家同步辐射实验室项目1991年通过国家鉴定和 验收。
同步加速器高频系统前端控制器改进设计

根据以上的要求, 我们在高频控制系统改 进项 目中, 充分调研选择 了几款适合加速器强 辐射 、 电磁 干扰运行 环境 的芯 片 , 强 设计 了两 块
3 u的 pb电路板 , c 两块 pb板 之 间通 过板 到 板 c
系 统 的研 究 与研 制 工 作 。
1 高频前端 控 制器 改进 要求
C R为满足 日趋复杂 的现代核物理实验 , S
对高频控制系统提出了更高的要求 : 小型化 、 智 能化 、 高密 度 、 功耗 、 期稳定 可靠 地 工作 , 低 长 可
1 55 0
方便连接当前主流设备、 符合加速器调束人员
要改 进 。高频 控 制 系统 中 的前 端控 制器 直接 控
制高频机 , 是高频控制系统很重要的一个部件 。 我们根据高频 系统 的具体需求 , I 如 Q两路 激励信号的幅度相位频率稳定 、 波形数据的插 值运算 、 中央控制室与前端控制器通信、 回采高
频 系统 状态 等 要求 对 高频前 端控 制 器做 了改进
连接器连接 , 其总体设计框图见图 2 。
纤 、C 等 ) 硬件 资 源 充裕、 PI 、 能够支 持 WI— N
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林飞 宇 , 乔卫 民 , 敬 岚 李伟斌 ,
(. 1 中国科学 院近代物理研究所 , 兰州 7 00 ;. 30 0 2 中国科学 院研究生 院 , 北京 10 3 ) 00 9
加速器简介

25年前发明的同步加速器是当时该技术领域 的全球第一台仪器。而现在已经有了60台同步 加速器。发明了同步加速器的英国研究委员会 中心实验室理事会(CCLRC)的达斯伯里实验 室(Daresbury Laboratory)成立于1962年, 目前拥有5000名该领域的科学家。
同步辐射(synchrotron radiation)是由以近光速 行进的电子束在受外在偏转磁铁的磁力改变运动方向 时所发射的电磁波。同步加速器的结构包含电子枪或 离子源、线型加速器、偏转磁铁、真空腔、RF腔、实 验站等。电子或离子首先由电子枪或离子源激发产生, 经直线加速器加速到接近光速,再通过输送管道进入 储存环。储存环是由许多磁铁组成。粒子在储存环旋 转处受到偏转磁铁作用发生偏转,并在直线段持续加 速以保持动能,并在储存环中作回旋运动,同时不断 发出同步光。光束路线将同步光从储存环引导出来, 凭借内部精密的光学组件将同步光聚焦并选取合适波 段的同步辐射送入实验站。科学研究人员在实验站测 量同步辐射经过物体反射、衍射、散射及透射后的光 谱或是探测物体被光子激发出的电子、离子等,来研 究物体的结构性能,探索微观世界的奥秘。
对撞束加速器(对撞机)
对撞机是为了提高有效作用能而设计的高能加 速装置,50年代初,在高能同步加速器基础上, 对撞机开始出现,其主要原理是积累并加速相继 由前级加速器注入的两束粒子流,到一定束流强 度及一定能量时使其在相向运动状态下进行对撞, 以产生足够高的相互作用反应能。对撞机的优点 是可以用造价不算太高的一般高能加速器进行超 高能的实验。1961年,里希特在美国斯坦福直线 加速器中心的正负电子对撞机上发现了一种基本 粒子,为近代高能物理的发展作出了很大的贡献。 正是由于这一成就促使世界各国争先建造正负电 子对撞机,中国目前已拥有北京正负电子对撞机, 在世界高能物理研究中占有重要一席。
同步辐射原理与应用简介

第十五章 同步辐射原理与应用简介§周映雪 张新夷目 录1. 前言2.同步辐射原理2.1 同步辐射基本原理2.2 同步辐射装置:电子储存环2.3 同步辐射装置:光束线、实验站2.4 第四代同步辐射光源2.4.1自由电子激光(FEL)2.4.2能量回收直线加速器(ERL)同步光源3. 同步辐射应用研究3.1 概述3.2 真空紫外(VUV)光谱3.3 X射线吸收精细结构(XAFS)3.4 在生命科学中的应用3.5 同步辐射的工业应用3.6 第四代同步辐射光源的应用4.结束语参考文献§《发光学与发光材料》(主编:徐叙瑢、苏勉曾)中的第15章:”同步辐射原理与应用简介”,作者:周映雪、张新夷,出版社:化学工业出版社 材料科学与工程出版中心;出版日期:2004年10月。
1. 前言同步辐射因具有高亮度、光谱连续、频谱范围宽、高度偏振性、准直性好、有时间结构等一系列优异特性,已成为自X光和激光诞生以来的又一种对科学技术发展和人类社会进步带来革命性影响的重要光源,它的应用可追溯到上世纪六十年代。
1947年,美国通用电器公司的一个研究小组在70MeV的同步加速器上做实验时,在环形加速管的管壁,首次迎着电流方向,用一片镜子观测到在电子束轨道面上的亮点,而且发现,随加速管中电子能量的变化,该亮点的发光颜色也不同。
后来知道这就是高能电子以接近光速在作弯曲轨道运动时,在电子运动轨道的切线方向产生的一种电磁辐射。
图1是当时看到亮点的电子同步加速器的照片,图中的箭头指出亮点所在位置。
那时,科学家还没有意识到这种同步辐射其实是一种性能无比优越的光源,高能物理学家抱怨,因为存在电磁辐射,同步加速器中电子能量的增加受到了限制。
大约过了二十年的漫长时间,科学家(非高能物理学家)才真正认识到它的用处,但当时还只是少数科学家利用同步辐射光子能量在很大范围内可调,且亮度极高等特性,对固体材料的表面开展光电子能谱的研究。
随着同步辐射光源和实验技术的不断发展,越来越多的科学家加入到同步辐射应用研究的行列中来,同步辐射的优异特性得到了充分的展示,尤其是在红外、真空紫外和X射线波段的性能,非其他光源可比,很多以往用普通X光、激光、红外光源等常规光源不能开展的研究工作,有了同步辐射光源后才得以实现。
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第35卷第2期原子能科学技术Vol.35,No.2 2001年3月Atomic Energy Science and Technology Mar.2001
文章编号:100026931(2001)022*******
国家同步辐射实验室直线加速器
聚焦电源控制系统的改造
刘功发,李京礻韦,李为民,周安奇,刁操政,李永军,于象坤
(中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽合肥 230029)
摘要:合肥国家同步辐射实验室(NSRL)直线加速器聚焦电源控制系统的改造在EPICS环境下进
行。
本文描述了该控制系统的硬件组成、软件设计及调试结果。
关键词:EPICS;控制系统;可编程逻辑控制器
中图分类号:TL50316 文献标识码:A
国家同步辐射实验室(NSRL)的同步辐射光源装置包括直线加速器、输运线及电子储存环三部分,其控制系统是在1983年设计的,于1990年全部完成。
原直线加速器聚焦电源控制系统只部分实现计算机控制,且与整个控制系统相对独立,无数据存储和数据共享。
EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System)最初是由美国LANL和ANL合作开发用于加速器控制的开发软件包,目前在国际上十分流行,其合作者已发展到好几十家大型实验室和公司。
EPICS的物理结构是分布式的,包括操作员接口(OPI)、局域网(LAN)、输入输出控制器(IOC)三部分。
IOC对应于各控制子系统,OPI和LAN是整个控制系统共用的。
EPICS 在实时控制、报警和数据共享等方面性能优越,并具有一系列开发工具,可减少编程工作量,缩短开发周期[1]。
本工作系在EPICS环境下对直线加速器聚焦电源控制系统进行改造。
1 硬件组成
直线加速器聚焦电源控制系统的硬件结构示于图1。
作为OPI的Sun工作站,通过以太网与作为IOC的工控机(IPC)相连。
直线加速器聚焦电源放置于速调管走廊,由于现场电磁干扰严重,采用抗干扰能力强的PLC作为聚焦电源控制器。
IPC通过光缆与PLC相连。
PLC采用OMRON系列的C200H,包括CPU单元、电源单元、底板单元、开关量输入单元、开关量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元及通讯单元。
改造的直线加速器聚焦电源共36台,每台机柜内安放1台PLC和6台电源,总共用6台
收稿日期:1999211218;修回日期:2000205231
作者简介:刘功发(1969—),男,安徽肥东人,助理研究员,博士,核技术与应用专业
图1 直线加速器聚焦电源控制系统硬件框图
Fig.1 Block diagram of linac focus power supply control system 机柜和6台PLC 。
每台PLC 控制6台电源,它
与每台电源间的接口信号为:1)数字量输入
(DI ),电源开关状态、故障状态(共用);2)数字
量输出(DO ),电源开关;3)模拟量输入(A I ),
0~10V ,用于监测电源输出电流的大小;4)模
拟量输出(AO ),0~10V ,用于设置电源输出电
流的大小。
6台电源共有7路数字量输入(6台
电源共用1个故障状态)、6路数字量输出、6路
模拟量输入和6路模拟量输出。
因此,开关量输
入/输出单元和模拟量输入/输出单元都选用8点的单元。
电源的精度为011%,选用12位的
D/A 和A/D 。
为抗御现场的电磁干扰,通讯单元选用C200H 2L K1012PV1,连接APF/PCF 型光缆,且通讯单元间用光缆级连。
IPC 的RS 2232C 口通过光缆适配器和PCF 型光缆与节点号为0的PLC 通讯单元相连,并通过通讯单元间的光缆级连与其它PLC 通讯。
2 软件设计
211 软件层次结构
图2 EPICS 软件层次结构
Fig.2 S oftware layers in EPICS EPICS 的软件层次结构示于图2。
Channel Access (CA )是进入
IOC 数据库的网络接口,基于客户/服务器模型。
每个IOC 提供一
个CA 服务器,每个OPI 提供一个CA 客户。
一个CA 服务器可与
任意多个CA 客户通讯,同样,一个CA 客户亦可与任意多个CA 服
务器通讯。
EPICS 提供多种OPI 应用软件,如M EDM ,用于设计人
机界面。
数据库是IOC 的核心。
EPICS 支持多种记录类型,如ai
(analog input )、ao (analog output )、bi (binary input )、bo (binary out 2
put )等。
记录(Record )通过记录支持程序与数据库相连,设备支持
程序是记录与不同设备(Device )间的接口程序。
如果与硬件间的接
口复杂,设备支持程序则调用设备驱动程序来处理[2]。
212 IOC 的软件设计
IOC 的核心是数据库,故首先要定义记录。
涉及到的数据有4
种:DI 、DO 、A I 、AO ,对应采用4种记录类型:bi 、bo 、ai 、ao 。
对每种记
录,需设计对应的设备支持程序。
IPC 与PLC 之间通过RS 2232C
串行通讯,与RS 2232C 有关的处理由设计的设备驱动程序来完成。
设备支持程序和设备驱动程序在EPICS 的相关标准下用C 语言实
现。
IPC 与PLC 间的串行通讯遵从HOSTL IN K 协议。
IPC 发送的命令和PLC 的应答称为帧,由ASC Ⅱ码字符组成。
一帧最多包含131个字符,超过131个字符分成若干帧传送。
命令帧由起始符、节点号、识别码、正文、帧校验码和终止符组成。
应答帧由起始符、节点号、识别码、结束码、正文、帧校验码和终止符组成,结束码表示命令完成的状态,即是否有错误发生。
581第2期 刘功发等:国家同步辐射实验室直线加速器聚焦电源控制系统的改造
681原子能科学技术 第35卷
帧中的起始符、终止符及帧校检码可有效地防止误码,避免误操作[3]。
为简化程序设计,PLC部分不编程,所有对聚焦电源的操作根据IPC传来的命令帧完成。
213 OPI的人机界面设计
采用EPICS提供的OPI工具M EDM完成人机界面的设计。
M EDM是基于Motif的编辑和显示软件,具有可视化的设计环境。
将36台电源分成两个界面显示。
在每个界面里,将每台电源的状态和电流值及对电源的操作放在一起,以方便操作。
电流值的显示采用数字量加模拟表头的方式。
在出现故障时,给出光报警。
3 结束语
在电源样机上对整个系统的软硬件进行了联调,结果显示,系统工作可靠,操作方便。
实践表明,采用PLC作为电源控制器,通过光缆传输数据,可有效减少电磁干扰,保证系统可靠工作。
另外,采用EPICS作为开发环境,可减少编程工作量,缩短开发周期,降低开发风险。
参考文献:
[1] Dalesio B,Kraimer M,Watson C,et al.EPICS Training Course in China[Z].北京:中国科学院高能物理
所,19971
[2] Kraimer M.EPICS Input/Output Controller(IOC)Application Developer’s Guide[Z].American:Argonne
National Laboratory,1996.
[3] Anon.Sysmac Way Hostlink Units System Manual[Z].Japan:OMRON,1996.
Upgrade of H efei Linac Focus Pow er Supply Control System of the N ational Synchrotron R adiation Laboratory
L IU G ong2fa,L I Jing2yi,L I Wei2min,ZHOU An2qi,
DIAO Cao2zheng,L I Y ong2jun,YU Xiang2kun
(N ational Synchrot ron Radiation L aboratory,U niversity of Science and Technology of China,
P.O.Box6022,Hef ei230029,China)
Abstract:Upgrade of Hefei linac focus power supply control system of the National Synchrotron Radiation Laboratory is implemented via experimental physics and industrial control system (EPICS).The hardware structure,software designs and test of the linac focus power supply con2 trol system are described in the paper.
K ey w ords:EPICS;control system;PLC。