[发明专利]基于二次谐波的同步加速器控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于二次谐波的同步加速器控制方法和系统。一种基于二次谐波的同步加速器控制系统，包括：谐波检测模块，对WCM检测到的束流强度信号进行处理；频率检测模块，对BPM信号进行处理；相位检测模块，对FCT信号进行处理；频率控制模块，对基波信号和二次谐波信号的频率进行调整；谐波控制模块，对基波信号和二次谐波信号进行调整，并将调整后的基波信号和二次谐波信号合并后得到输入加速器腔体的射频信号。本发明公开的基于二次谐波的同步加速器控制方法和系统，通过基波和二次谐波信号同时驱动的方式，实现更好的束流质量。

技术领域

本发明实施例涉及粒子加速技术，尤其涉及一种基于二次谐波的同步加速器控制方法和系统。

背景技术

在粒子加速器中，束流功率的提升来自其射频系统，高功率质子加速器中如何减小束流在累积和加速过程的损失率也是其核心问题。射频(Radio Frequency，RF)系统作为决定纵向束流动力学的主要因素，是控制束流损失的重要一环。

RF低电平控制系统(Low Level RF，LLRF)的主要功能是：为RF功率源提供一个具有高精度、高稳定度和高可靠性的RF信号，并按照工作模式的设定值对该信号的频率、幅度、相位等进行控制以及对功率源的放大过程和加速腔的调谐状态进行控制，使RF功率源在加速腔中建立满足束流注入和加速要求的RF电压。

RF的低电平控制部分是保证其稳定和安全运行的重要组成部分。在其工作周期内，按照物理需求，对RF系统的RF频率、加速电压、同步相位等进行精确控制，在为束流提供加速电压的同时还要应对束流负载对RF系统的反作用。

由于粒子加速器的高频谐振腔一般为磁合金腔，其带宽很宽，基波与多次谐波可以同时在加速间隙电压中存在，因此如何对不同谐波数的RF信号分别进行控制，提高束流能量、减少束流损失，是提高加速器性能的重要因素。

发明内容

本发明提供一种基于二次谐波的同步加速器控制方法和系统，通过基波和二次谐波信号同时驱动的方式，实现更好的束流质量。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于二次谐波的同步加速器控制系统，包括：

谐波检测模块，用于对WCM检测到的加速器腔体内的束流强度信号进行处理，通过正交解调提取出束流信号的基波信号和二次谐波信号；

频率检测模块，用于对BPM信号进行处理，得到加速器腔体内的束流回旋频率，将束流回旋频率作为频率控制字；

相位检测模块，用于对谐波检测模块提取出束流的基波信号、二次谐波信号和FCT信号进行处理，得到加速器腔体内的基波信号和二次谐波信号的束流相位，将基波信号和二次谐波信号的束流相位与输入加速器腔体的射频信号相位进行比较，得到同步相位参考信号；

频率控制模块，用于根据频率检测模块得到的频率控制字对谐波检测模块提取的基波信号和二次谐波信号的频率进行调整；

谐波控制模块，用于根据频率控制字和同步相位参考信号，分别对谐波检测模块提取的基波信号和二次谐波信号进行调整，并将调整后的基波信号和二次谐波信号合并后得到输入加速器腔体的射频信号。

在第一方面一种可能的实现方式中，谐波控制模块，包括同步相位控制环路、幅度控制模块和信号合并模块；

同步相位控制环路，用于将相位检测模块输入的同步相位参考信号，与谐波检测模块提取的基波信号和二次谐波信号的相位锁定，得到调整后的相位信息；

幅度控制模块，用于将谐波检测模块提取的基波信号和二次谐波信号的幅度与幅度基准值比较，得到调整后的幅度；

信号合并模块，用于将调整后的基波信号和二次谐波信号合并后得到输入加速器腔体的射频信号。