中国科学院近代物理研究所医用重离子加速器(HIMM)高频系统31.02 MHz回旋加速器谐振腔已完成设计加工和腔体的老炼,并投入正常运行。高频腔体的设计峰值Dee电压要求达到70 k V,但是Dee电压准确计算比较困难,可以通过CST仿真软件对腔体进行模拟得到高频腔体的RP/Q0值,结合输入到腔体的实际功率,计算出腔体的实际电压值。为了验证Dee电压的准确性,在相同的腔体输入功率条件下,利用韧致辐射法测量腔体电压,测量结果与计算结果误差在0.6%以内。
根据医用回旋加速器的物理要求,确定了医用回旋高频腔的具体结构设计方案。在加速电压较高、空间有限的情况下提升高频腔的品质因数,结构设计为1/2波长线的竖腔。为避免腔体在实际工作中由发热变形引起频率漂移,本次设计中采用微调环调谐结构来保证频率稳定度的要求。本文利用Microwave Studio CST程序对腔体的电磁场分布、品质因数Q_0、表面电流分布、耦合电容、微调环进行了详细的分析与仿真计算。与实际测量值进行对比,两者比较吻合,并对产生的误差进行了分析讨论。
根据正电子发射断层显像(PET)回旋加速器的物理要求与实际情况,确定了PET回旋高频双腔体的具体设计方案。在加速电压比较高的要求下,充分利用有限的空间,设计1/4波长线的异型覆面的竖腔结构腔体,采用短路片与移动电容板双调谐结构,满足了频率调谐要求;同时获得较高的品质因数,达到了物理设计要求的加速电压。利用Microwave Studio CST程序对腔体的Q0值、热分布、功率损耗、微调电容做了详细的分析与计算;对实际测量值与仿真计算值进行了对比,并对产生的误差进行了分析和讨论。腔体电压实际测量值达到50kV以上,频率稳定度达到设计指标1.0×10-6/d。
