Управление параметрами пучков в ионных синхротронах и каналах транспортировки

• Автор: Черепанов, Владимир Петрович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 78 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.

Глава 1. Принципы стабилизации радиального положения пучка в

ионных синхротронах

Глава 2. Метод стабилизации радиального положения пучка в процессе

ускорения в ионном синхротроне Б-

Глава 3. Концепция и конфигурация адаптивной системы управления

параметрами пучка в протонном синхротроне ТРАПП.

Глава 4. Теория датчика тока изображения для измерения положения

пучка
Заключение
Цитированная литература

ВВЕДЕНИЕ
Диссертация посвящена теоретическим аспектам диагностики и управления параметрами пучков заряженных частиц в ионных синхротронах и электронно-оптических каналах транспортировки.
В первой главе описаны принципы стабилизации радиального положения пучка в ионных синхротронах.
Решение главной задачи ускорителя - ускорение пучка без потерь - в принципе может быть обеспечено благодаря точности и стабильности параметров силового оборудования, к которому, прежде всего, относятся источники питания магнитной системы ускорителя и система формирования ускоряющего пучок напряжения (ВЧ система). Далеко не всегда только такой способ решения задачи достаточно эффективен и экономичен.
Вместе с тем известно, что при наличии системы обратной связи (о.с.) “по пучку”, которая обеспечивает стабилизацию радиального положения пучка, значительно снижаются требования на точность и стабильность параметров магнитной и ВЧ систем, на точность их согласования.
В достаточно многочисленных работах, посвящённых описанию методов стабилизации радиального положения пучка в ионных синхротронах, либо вообще не уделяется внимания динамике системы ‘ВЧ-пучок’ при наличии сигнала о.с. “по пучку”, либо дело ограничивается исследованием устойчивости системы о.с. той или иной конкретной конфигурации и задача о построении оптимальной конфигурации системы о.с. не ставится.
Первая глава посвящена исследованию динамики системы ‘ВЧ-пучок’ при наличии сигнала о.с. и решению задачи об оптимальной конфигурации системы
о.с. “по пучку”, которая позволяет реализовать максимальный темп стабилизации радиального положения пучка в ионных синхротронах.
Во второй главе описан простой и эффективный метод стабилизации радиального положения пучка в процессе ускорения в ионном синхротроне Б-5 (разработан в ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН, Новосибирск для Института медико-биологических проблем, Москва и для Радиевого Института им. В.Г. Хлопина, Санкт-Петербург).
Специфика синхротрона Б-5 состоит в сравнительно малом времени ускорения пучка - 1 Оме. В результате формирование нормированного на ток сигнала радиального положения пучка представляет известную проблему.
С целью упрощения конфигурации системы о.с. “по пучку” предложено в качестве сигнала для петли о.с. по “радиальному положению” использовать знак радиального положения пучка.
Вторая глава посвящена теоретическому и экспериментальному доказательству эффективности системы о.с. предложенной конфигурации.
В третьей главе предложена концепция и построена конфигурация адаптивной системы управления параметрами пучка для медицинского протонного синхротрона ТРАПП (ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН, Новосибирск).
Система управления синхротрона ТРАПП, разработанного для протонной томографии и терапии, должна быть способной оперативно - в пределах текущего цикла ускорения - управлять энергией (увеличение - уменьшение) и радиальным положением пучка (для вывода части пучка с заданной интенсивностью) в зависимости от результата очередного акта облучения.
Адаптивное управление параметрами пучка предполагает принципиально апериодический режим управления. В этих условиях традиционный метод сопряжения частоты ускоряющего напряжения с уровнем ведущего магнитного поля представляется недостаточно надёжным.
Адаптивное управление радиальным положением пучка предполагает наличие эффективной системы стабилизации радиального положения пучка.

определены анализирующими ситуацию программами/оператором. Во второй фазе цикла таймера ‘клиент’ читает и выполняет директивы ‘сервера’, после чего осуществляет сброс LAM таймера и зависает в ожидании следующего.
Рабочий интервал таймера достаточно велик, чтобы передача данных и выполнение директив были завершены, прежде чем появится следующий импульс таймера. Если при генерировании очередного импульса таймера LAM не сброшен (операции не завершены), таймер выставляет сигнал Q=T, что указывает оператору на необходимость либо сократить число обслуживаемых устройств в данном цикле таймера, либо увеличить длительность циклов таймера.
Примеры директив ‘сервера’ (или иных устройств) для ‘клиента’: -изменить значение того или иного элемента таблицы (режим настройки), -перемещаться по таблице вперёд или вспять (увеличивать или уменьшать энергию пучка в зависимости от результата облучения объекта),
-остановить процесс изменения энергии (например, для измерения частот бетатронных колебаний при текущих значениях параметров пучка),
-изменить радиальное положение пучка согласно дополнительной таблице (например, для перемещения пучка в зону действия дефлектора).
Для реализации на синхротроне ТРАПП системы управления описанной конфигурации потребовалось разработать единственное специальное устройство - сплайн-интерполирующий ЦАП (Сплайн-ЦАП) - формирователь синхронных гладких функций времени.
Сплайн-ЦАП является, во-первых, устройством значительно более простым, чем генератор синхронных функций времени, описанный в упомянутой выше работе [28, 1979], а во-вторых, с помощью Сплайн-ЦАП’ов описываемого типа можно, в принципе, генерировать синхронные функции времени любой степени гладкости (а не только кусочно-линейные, как, например, в работе [28]).