HIRFL-CSRE 脉冲堆积式高频数字低电平系统

为突破传统束流堆积方式瓶颈、提高重离子流强,兰州重离子加速器冷却储存实验环（HIRFL-CSRe）将采用移动式脉冲堆积方案（Moving Barrier Bucket）。该方案要求高频系统能产生高精度的单正弦电压,然而由于Barrier Bucket（BB）电压的宽带特性以及高频系统的非线性,高频腔内的BB电压存在着严重的失真问题。针对此问题,在全面分析了BB电压波形特性以及高频系统的频率响应的基础上,设计了BB电压预失真前馈控制方案,并详细描述了该方案的原理、仿真、软硬件设计以及实际测试结果。研究成果将应用于HIRFL-CSRe的BB束流堆积实验以及十二五强流重离子加速器（HIAF）的BB堆积模式。     

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。     

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。     

重离子加速器实验环内靶控制系统

介绍了国家大科学工程项目——兰州重离子加速器冷却储存环实验环团簇内靶装置的控制系统.该系统基于VAC800,VAC600和TC硬件平台,集成了温度测量与控制、真空与阀门监控及分子泵监控等功能,能够实时实现对温度、真空度的远程监控,满足了内靶实验的需求.在该控制系统的支持下,成功地完成了Me54+离子与氮气靶碰撞实验.该...     

重离子加速器冷却储存环高频腔体设计

 通过二维高频电磁场的计算，设计了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL–CSR）的铁氧体加载腔，给出了高频系统主要参数及加速电场的分布。     

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。     

基于ASIC芯片的硅微条阵列探测器多通道前端电子学模块设计

描述了为兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)外靶实验系统硅微条阵列探测器而设计的前端电子学模块。该模块采用专用ASIC芯片,可以处理96路能量信号。对前端电子学模块的性能进行了测试,结果表明,该模块在0.1～0.7 V范围内的积分非线性好于0.3%;其电子学分辨好于0.45%,最大串扰小于10%;通道一致性测试结果好于1.3%;在室温下连续工作24 h后,零点峰位最大漂移为1.48 m V。     

兰州重离子加速器冷却存储环控制系统

为了完成建设兰州重离子加速器冷却存储环,自主研发设计了其大型分布式控制系统。控制系统从功能上分为三层:业务管理层、前端控制层以及设备控制层。业务管理层主要包含控制管理程序、中心数据库以及同步时间系统;前端控制层主要包含前端服务器、前端控制器以及各其他控制器等;设备控制层主要为微控制单元 (MCU)多功能控制器以及被控设备等。其中中央数据库存储整个加速器的所有控制数据,为变能时控制系统的控制数据切换提供数据支持。从长期运行情况来看,控制系统需要进行相应的改进,但是能基本满足现行的实验需求。     

BEPCII横向束流反馈系统前端电子学

 选择了一台商业化的前端电子学RFTF（radio frequency front-end for transverse feedback system）用于BEPCII横向束流反馈系统, 这是跟进世界先进加速器技术的具体实施。在BEPC同步运行模式下对RFTF的性能进行了测试实验，结果表明使用RFTF可以得到理想的波形，能够满足BEPCII横向反馈系统的需要，但是，当储存环出现不稳性时，系统无法正常工作，这就要求BEPCII纵向不稳定很小或者用纵向反馈系统来抑制存在的纵向不稳定。     

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。     

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。     

HIRFL-CSR前端总线控制器的改进设计

论述了用于兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL CSR)控制系统的前端总线系统控制器的改进。 改进了控制器的嵌入式操作系统和应用程序, 开发了控制器和数据库交换数据的应用程序。 该控制器基于BGA封装的ARM920T(ARM9)处理器和嵌入式的LINUX操作系统, 可以连接标准的VGA显示器、 键盘、 鼠标, 采用了现场可编程的FPGA器件进行背板接口设计, 并具有64 mA高驱动能力的总线驱动器, 以及拥有灵活的接口信号定义可编程能力, 是HIRFL CSR控制系统的关键部件。 The EVME bus controller which is a key component of the HIRFL CSR control system was improved . Besides reconfiguring the embedded Linux, a utility program was developed for data exchange between the controller and the database. The bus controller is based on ARM920T(ARM9) micro processor which is BGA packaged. The bus controller has the universal interface of VGA display, keyboard, and mouse. The backboard interface logic is programmed in an in system configurable FPGA device. The bus can drive high current up to 64 mA, with the flexibility of the programmable signal definitions. All the improved performance helped the EVME bus controller play a crucial role in HIRFL CSR control system.     

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。     

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...     

兰州重离子加速器冷却储存环主环二极铁电源设计

主环二极铁电源是兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)工程的关键设备和指标要求最高的一台电源,采用了独特的拓扑和控制策略。为满足峰值功率3.15MW(3kA,1.45kV)的输出能力和快脉冲要求,采用了晶闸管整流并联脉宽调制补偿单元的主电路拓扑结构和特殊的控制方式,这套综合方案确保电源满足了全部技术指标。本文介绍了该拓扑结构的原理和优势,讨论了为满足±2×10-4的跟踪误差的要求而采用的控制拓扑和双基准给定的原理,并简介了调试过程和近年来的运行和改进情况。     

兰州重离子加速器储存环引出切割磁铁电源数字化升级

介绍了兰州重离子加速器储存环(HIRFL-CSR)引出切割磁铁电源的工作原理及进行数字化升级方案。采用了基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的可编程片上系统(SOPC)、NIOSII的软件架构及硬件描述语言编写的多环调节算法,探讨了在FPGA上实现加速器电源控制算法的一些关键问题。对引出切割磁铁电源进行数字化升级后,HIRFL-CSR的主环束流引出过程更加可靠,同时提高了实验终端束斑位置的稳定性。本工作为HIRFL-CSR磁铁电源的全面数字化及重离子治癌数字电源的研发提供了重要的技术参考。     

质子治疗装置动态电源控制系统研发

针对质子治疗装置中主环动态电源多平台能量的引出需求,研制了基于开源平台的高速实时动态电源控制系统,该控制系统以开源平台Beaglebone作为顶层硬件接口,以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的控制器作为底层硬件接口,采用分布式的实验物理及工业控制系统(EPICS)进行远程控制。该系统可实时传输任意动态电源的输出参考电流波形数据,并结合定时系统与联锁系统,控制动态电源按预设电流波形进行输出,并实现多平台能量的引出。实验结果显示该控制系统能实现每秒最高十万条指令传输,百万次数据传输零误码率。同时,该系统结构灵活、扩展性强,可作为通用控制平台。