医用回旋加速器高频控制系统设计

中国工程物理研究院流体物理研究所自主研制了用于医疗诊断的PET医用回旋加速器。为满足该医用回旋加速器安全、稳定运行的要求,采用了不带低电平控制功能的高频系统,避免了直接接触高压的危险。选用西门子的S7-1500可编程控制器为前端控制器,完成了系统工作频率的精确扫描,实现了高频系统相位稳定、幅度稳定、安全联锁等。该系统连续运行的结果表明:控制系统的设计满足加速器运行及调试要求,为系统的稳定运行提供了支撑。     

230 MeV超导回旋加速器高频低电平系统设计与桌面实验研究

中国原子能科学研究院正在研发一台230 MeV医用超导回旋加速器，用于天津肿瘤医院的质子治疗项目。为满足加速器高频系统的腔体负载Dee电压稳定度、高频频率稳定度及加速电压幅度平衡度的要求，本文研制一套包含模拟数字混合型幅度环、数字型调谐环和数字型电压平衡环3个环路的低电平控制系统。该低电平系统通过串口与上位机进行通信，以实现本地调试；利用Profibus-DP通信协议，实现低电平系统和PLC组网的交互通信。在1个缩比例无氧铜实验腔体上完成了低电平系统低功率桌面实验与联合调试，验证了电压调平衡算法的有效性，并实现了低电平控制系统的一键启动，无需人工干预，满足了加速器高频系统对低电平控制系统的需求。     

70 MHz回旋加速器谐振腔高频性能的数值研究

介绍了用数值模拟手段设计加速腔体的方法。在设计70MHz回旋加速器谐振腔的过程中，为满足回旋加速器磁铁的结构要求，对高频频率、Q值等高频参数进行了研究。在设计阶段，应用基于有限元方法的程序对高频实验进行模拟计算。回旋加速器腔体的初步设计结果将用于最终物理设计和工程设计。     

16 MeV医用回旋质子加速器测试间辐射安全研究

随着放射医疗技术的发展，医用回旋质子加速器在国内拥有广阔的市场前景。我国建设医用回旋质子加速器测试间，可提高进口医用回旋质子加速器投产效率。为保证测试间辐射安全性，本研究选取进口占比较大的16 MeV回旋质子加速器测试间作为研究对象，利用FLUKA软件建立靶件、屏蔽体及材料模型，设置粒子类型、能量、束流强度、束流损失率等参数，模拟测试间周围辐射剂量场分布。结果表明，测试间屏蔽体外侧30 cm处剂量率范围为0.146～1.801μSv/h,满足2.5μSv/h的剂量率限值要求。本研究方法及结果可为同类工程辐射安全分析提供参考。     

HI-13串列加速器升级工程：1 用于放射性核束设施驱动加速器的100MeV强流质子回旋加速器

北京放射性核束装置（BRIF）于2004年已在中国原子能科学研究院正式启动。该装置将提供强流质子束和放射性核束（RIB）用于基础和应用研究，如中子物理、核结构、材料科学与生命科学、医用同位素生产等。在该工程中，100MeV强流质子回旋加速器（CYCIAE-100）被选为驱动加速器，它提供能量为75～100MeV、流强为200LIA的质子束。2005年100MeV回旋加速器各系统的初步设计，包括束流动力学、磁铁、高频等都已完成。与回旋加速器设计相关的实验验证工作也已深入展开。     

基于PROF IBUS现场总线的控制系统开发

为使100MeV回旋加速器各子系统能有序、高效、稳定地运行，针对100MeV强流回旋加速器的特点设计了控制系统。该系统的结构参考加速器控制领域通用的“标准模型”，分为设备控制层、前端计算机层和操作员层。经统计，控制规模为：模拟量输入250余路，     

基于VXI总线的DSP板的开发

进行了100MeV回旋加速器低电平控制系统的研发。为减小设计及过程中的风险，设计了2块C尺寸的VXI实验板以及相应的软件。一块为基于VXI总线的DSP板，在该板上以2块DSP56303为核心的电路实现了3路PID调整作用，该板与高频板配合，在桌面实验条件下，满足了高频系统的控制要求。     

100 MeV强流质子回旋加速器的调试

〗中国原子能科学研究院研制的100 MeV强流质子回旋加速器是国际上最大的紧凑型强流质子回旋加速器，取得了多项先进束流指标。截至2018年底，该加速器完成了分系统、整机调试，开展了多项物理实验，已稳定运行2 000 h以上。本文将重点介绍100 MeV强流质子回旋加速器的调试过程以及调试中所解决的关键技术问题和调试结果。     

束流相位靶系统鉴相器设计

束流相位靶系统是回旋加速器重要的束流诊断系统之一。在等时性回旋加速器中，保持粒子与高频同步十分重要。实际运行中，由于机械变形、电源不稳定等的影响，实际磁场与理想等时场仍存在偏差。束流相位靶系统可测量束流的相位信息，判断不同半径上磁场与等时场的偏差并由此决定如何利用调谐线圈进行补偿。     

LEAF装置RFQ加速器控制系统设计

为保证RFQ加速器的长时间安全稳定运行,设计了一套基于EPICS软件结构的分布式控制系统。该系统采用新型PLC控制器和PROFINET现场总线设计,主要完成对RFQ腔体冷却水温度、流量等相关参数的实时监测,并在PLC内部实现冷却水故障与RFQ腔体功率给定的安全联锁功能。测试结果表明:水温监测精度为0.1℃,流量监测精度为0.4 L/min,腔体冷却故障联锁保护时间小于10 ms,数据上传和归档时间间隔为100 ms。该系统满足设计要求,可为RFQ加速器的安全运行提供控制保障。     

基于数字信号处理器的数字式控制插卡

研制了用于加速器射频低电平系统的数字信号处理器(DSP)控制卡。该插卡使用两个数字信号处理器,实现了3路PID(比例-积分-微分)调整、在线参数整定等功能。与传统模拟控制相比,数字控制方式具有较高的灵活性,降低了100MeV加速器射频系统,特别是射频低电平系统开发的复杂程度。控制器输入级使用采样率为500kHz的18位高精度高速AD转换器,经测量,控制带宽高于20kHz。此数字控制器已用于100MeV加速器低电平控制系统试验原型。经测试,控制器增益及零点在控制器带宽内全程可调。     

高能电子成像直线加速器低电平控制系统研制

为了能开展高能电子成像相关实验研究，中国科学院近代物理研究所建造了一台S波段的射频电子直线加速器。为保证实验用束流品质和加速器稳定运行的要求，设计了一套低电平控制系统，利用上下变频、IQ解调技术，实现了相位的反馈控制。本文介绍了低电平控制系统的设计及数字化算法的实现，给出了系统闭环实验的测试结果，实现相位控制精度达到±0.5°(峰峰值)和0.110 8°(均方根)。该系统利用成熟的商业化模拟微波器件和相关的PXI板卡实现，基于LabVIEW软件开发了相关的控制程序和界面，具有搭建方便、开发时间短、结构简单紧凑、易于使用和维护的特点。     

CYCIAE-100回旋加速器射频低电平系统嵌入式IOC设计

为对CYCIAE-100回旋加速器射频系统进行远程监测与控制,实现与CYCIAE-100回旋加速器主控制系统的联锁,研制了一种基于ARM9系列处理器的嵌入式IOC。该嵌入式IOC运行Linux操作系统,使用EPICS建立了IOC作为控制软件。通过软、硬件协同设计,扩展了ARM9系列处理器的SPI从设备数量,开发了ADC和DAC设备的Linux驱动程序和EPICS设备驱动程序。使用Python语言开发了EPICS串口设备支持程序。经过长期运行考验,该嵌入式IOC稳定可靠,满足远程监测和控制的需求。     

基于LSSVM的核电厂稳压器压力控制系统隐蔽攻击方法研究

隐蔽攻击对大型核电厂稳压器压力控制系统的安全、稳定、高效运行构成了严重威胁,实现隐蔽攻击的关键是建立高精度的对象估计模型。本文提出了一种基于最小二乘支持向量机（LSSVM）的隐蔽攻击方法,通过LSSVM算法进行系统辨识,获得稳压器受攻击区域高精度的估计模型,随后利用该估计模型结合隐蔽控制器实施攻击,实现稳压器压力控制系统在无噪声、有噪声及包含非线性环节情况下的隐蔽攻击。仿真结果表明,该攻击方式对稳压器压力控制系统造成一定破坏的同时具有高度的隐蔽性。      

Study and Design a Strategy to Control High-Voltage Power Supply Based on PSM Technology on J-TEXT Tokamak

To energize the gyrotrons of the electron cyclotron resonance heating system, high-voltage power supply (HVPS) at 100 kV/60 A was built on J-TEXT tokamak. The HVPS was based on pulse step modulation (PSM) technology. This power supply has many advantages, including low energy storage and a short protective time in the event of a short circuit fault. In this study, we analyze and compare several common control strategies for PSM power supply. To enhance dynamic performance, the improved queue-up PSM control strategy was proposed. The control algorithm was generated using a controller based on parallel card interface extensions for instrumentation (PXI) technology, which conforms to the control, data access, and communication standard of the ITER. This controller also operates the modules of switch power supply. Experimental results show that the control system is effective and that the PXI controller can rebalance the output voltage and frequency in 60 μs when the module malfunctions under the improved system. Furthermore, the algorithm for the PXI controller is easy to develop and does not require much resources.     

中国原子能科学研究院回旋加速器创新与发展60年

中国原子能科学研究院（CIAE）自1958年首台回旋加速器成功出束以来，已经历了60余年的回旋加速器创新与发展，并由此带动了我国核科学技术基础研究和应用技术的发展。本文在简要回顾回旋加速器前30年发展历程的基础上，重点阐述后30年围绕紧凑型回旋加速器的科技创新和应用，主要包括100 MeV强流质子回旋加速器、医用小型回旋加速器、质子治疗超导回旋加速器及高功率等时性圆型加速器等多种先进的质子加速器研发。     

固态燃料熔盐堆自适应功率控制器设计及分析

钍基熔盐堆核能系统(Thorium-based Molten Salt Reactor,TMSR)是中国科学院首批启动实施的战略性先导科技专项,旨在研发第四代反应堆核能系统。固态燃料钍基熔盐实验堆(The Solid Fuel Thorium-based Molten Salt Experimental Reactor,TMSR-SF1)是一个10 MW热功率的氟盐冷却球床堆,目前已经完成方案设计和初步工程设计。功率控制系统是反应堆一个关键控制系统,实现反应堆正常启动、功率运行和正常停堆功能,对保证反应堆安全和稳定运行起着极其重要的作用。根据TMSR-SF1运行控制要求,结合自适应控制理论,基于Lyapunov稳定性理论设计了一种TMSR-SF1模型参考自适应功率控制器。基于TMSR仿真平台,使用MATLAB/Simulink建立了自适应功率控制系统模型,并开展了控制器特性分析。结果表明,自适应功率控制器具备良好的负荷跟随能力,抗干扰能力强、稳定性好、可靠性高,能够满足TMSR-SF1功率控制的要求,确保堆芯的输出功率与功率设定值相匹配。     

工频倍加型电子束辐照装置的调压控制

改进了调压控制系统以实现工频倍加型电子加速器的高压稳定调节。该系统采用伺服电机驱动柱式调压器进行调压,可编程控制器作为逻辑控制单元,工控机实现人机交互,采用闭环和开环方式实现高压调节控制。实验证明,该控制系统的响应速度、稳定度及调压精度较传统调压系统均有较大改进,能满足性能要求更高的电子加速器的控制要求。     

基于冗余技术的强流质子RFQ控制系统设计

中国科学院近代物理研究所研制了一台用于ADS注入器Ⅱ的强流质子RFQ加速器。相对于常规功率源,用于RFQ腔体的功率源的控制精度要求更高、过程更复杂。控制系统需通过精确的水温控制实现频率调谐,水温的控制和监测精度要求为0.1 ℃。同时,为避免腔体因局部温度过高而损毁,控制系统必须实现实时的温度监测和可靠的联锁保护功能。为此,基于EPICS控制架构设计了RFQ控制系统,对关键控制代码的运行平台采用高性能冗余控制器,开发了具有网络冗余功能的IOC驱动程序,实现了水温联锁保护及高频系统控制。RFQ控制系统经现场测试,通信正常、运行稳定,冗余系统的主备切换时间在ms量级,满足RFQ腔体的控制要求。     

The Design of the Plasma Control System in KTX

KTX(Keda Torus for eXperiment)is a new reversed field pinch device.The KTX plasma control system(PCS)can provide real-time,stable,flexible plasma control which is designed by ASIPP(Institute of Plasma Physics,Chinese Academy of Sciences),based on the Linux cluster system and EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)framework,and developed from DIII-D(Doublet III-D)PCS.The control of the equilibrium field in KTX uses a PID(Proportional-Integral-Derivative)feedback controller.The control of the gas injection is an open loop control.The plasma control simulation system is one part of the plasma control system,which is used to test the plasma control algorithm if it is revised and updated.The KTX PCS has been successfully tested using HT-7(Hefei Torus 7)experiment data in simulation mode.In the next phase,an error field feedback control and KTX simulator will be added to the KTX PCS,and the KTX PCS will be applied in experiments in the future.