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质子治疗技术是使用质子加速器加速产生高能质子束,在精确控制下射入人体,通过调节使质子束能量准确释放到病变部位,产生Bragg峰,将癌细胞杀死,达到治疗恶性肿瘤效果的一种先进的放射治疗肿瘤方式。质子治疗癌症的效果明显优于如电子、X射线、γ射线等常规射线治疗。
质子治疗要求质子加速器提供均匀、稳定的质子束流,而加速器励磁电源的输出电流纹波是影响加速器粒子束流稳定性的关键因素。基于此,我国首台国产质子治疗加速器对其励磁电源的励磁电流纹波提出了低于10-6量级的技术指标要求,这一指标给加速器励磁电源输出电流纹波的检测与抑制均带来了挑战。
本文针对我国首台国产质子治疗示范装置项目中质子治疗加速器对其励磁电源的励磁电流纹波提出的高技术指标要求,通过对已有的上海同步辐射光源装置的磁铁电源系统进行理论和实验研究,旨在分析探讨加速器励磁电源的超低电流纹波检测及纹波抑制的方法。
本文设计了一个基于FFT数字式检波法、针对1kHz以下频率范围、检测纹波幅值相对量能达到10-6数量级的超低电流纹波检测系统,以满足质子治疗加速器励磁电源的超低电流纹波检测技术要求。通过示波器电压纹波观测对比和函数发生器注入纹波验证,表明系统检测的电流纹波数据真实可信、能够用于10-6量级电流纹波的检测与评估。
然后本文在分析了电流纹波的无源滤波方式和有源滤波方式两类纹波抑制方法的基础上,介绍了一个用于抑制磁铁电源输出电流纹波的并联旁路吸收滤波电路。这种电路形式不损害或改变既有磁铁电源原有的内部电路结构。电路通过外接的方式与磁铁负载和需抑制纹波的磁铁电源并联连接,使磁铁电源的纹波电流通过旁路电路泄放,而不再流向磁铁负载。电路具有响应速度快、电路失效但磁铁电源安全的特性,是改善加速器励磁电源电流纹波的一种新思路。
本文通过理论分析和实验研究,探讨了超低电流纹波检测及纹波抑制的方法,为质子治疗加速器的低纹波动态励磁电源的研制了提供了理论和实验依据。