束流輸運(yùn)線磁鐵磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)在加速器工程中意義重大,通過(guò)實(shí)際的磁場(chǎng)測(cè)量保證磁鐵磁場(chǎng)參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。目前磁場(chǎng)測(cè)量手段很多,一般根據(jù)不同磁鐵的磁場(chǎng)測(cè)量要求搭建相應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)。華中科技大學(xué)質(zhì)子治療裝置(HUST-PTF)的束流輸運(yùn)線系統(tǒng)中,采用二極磁鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)束流的偏轉(zhuǎn)。二極磁鐵的積分場(chǎng)均勻度和高階諧波分量是磁場(chǎng)品質(zhì)的主要考察指標(biāo),同時(shí)由于磁場(chǎng)品質(zhì)要求高,需要一套高精度的磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)開展磁場(chǎng)測(cè)量工作。本文針對(duì)束流輸運(yùn)線中30°二極磁鐵的磁場(chǎng)測(cè)量要求,對(duì)磁鐵磁場(chǎng)分布進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算,確定了積分場(chǎng)測(cè)量方案并對(duì)一套完整的二極磁鐵磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)開展了設(shè)計(jì)和研究,包括磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的誤差分析、積分長(zhǎng)線圈的設(shè)計(jì)等,具體工作如下:磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與待測(cè)磁鐵磁場(chǎng)分布特點(diǎn)和磁場(chǎng)參數(shù)指標(biāo)的要求密切相關(guān),本文首先針對(duì)PTF束流輸運(yùn)線中的30°二極磁鐵的磁場(chǎng)分布開展了設(shè)計(jì)和計(jì)算。由于30°二極磁鐵要求工作在較寬的磁場(chǎng)范圍,其鐵芯在高低場(chǎng)情況下的飽和程度差別很大,所以設(shè)計(jì)難度和工作量較大。本文基于有限元軟件OPERA/TOSCA,通過(guò)腳本建模,實(shí)現(xiàn)了磁鐵優(yōu)化計(jì)算,有效地降低了建模的復(fù)雜度。采用磁極開空氣槽、極面墊補(bǔ)和極頭切削等手段對(duì)磁鐵結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,達(dá)到了磁場(chǎng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。最終得到的滿足要求的磁場(chǎng)分布也是磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的依據(jù)。本文對(duì)一套完整的30°二極磁鐵磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)開展了設(shè)計(jì),并基于磁場(chǎng)參數(shù)的要求,對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差進(jìn)行了分析,包括測(cè)磁室溫度、電子設(shè)備的精度、設(shè)備的安裝精度和線圈的加工精度等。最終確定了磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)硬件的選擇標(biāo)準(zhǔn)和精度要求。本文針對(duì)30°二極磁鐵磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的核心部件——積分長(zhǎng)線圈,開展了詳細(xì)的分析設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究。本文對(duì)積分長(zhǎng)線圈的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算,基于誤差分析提出了加工精度指標(biāo),并采用一個(gè)等比例縮小長(zhǎng)線圈模型,研究驗(yàn)證了加工工藝方案,包括扁平多匝利茲線繞制和焊接工藝,線圈直邊芯條彎曲嵌入骨架槽方案等。在此基礎(chǔ)上,成功完成了全尺寸的積分長(zhǎng)線圈的加工和實(shí)現(xiàn),充分驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM937
【部分圖文】：

圖 1.1 HUST-PTF 系統(tǒng)平面圖表 1.1 HUST-PTF 主要參數(shù)參數(shù) 指標(biāo)質(zhì)子束最高能量 250MeV治療用質(zhì)子束能量范圍治療用束流流強(qiáng)70-240MeV0.4-4nA單步能量調(diào)節(jié)(對(duì)應(yīng) 5mm 水深變化) ≤150ms旋轉(zhuǎn)治療機(jī)架運(yùn)動(dòng)范圍等中心點(diǎn)定位精度±180°≤0.5mm最大劑量率掃描方式不小于 3Gy/min點(diǎn)掃描照射野范圍 300mm×300mm

0 2500 5000 7500 10000 12500 15000050001000015000200002500030000BGaus()sH (Oersted)B(b)硅鋼片 BH 曲線圖 3.2 未優(yōu)化的磁鐵模型仿真好場(chǎng)區(qū) 0-3.5cm 采集 y 方向的磁密 By，如圖 3.3 所示：

圖 3.6 極面優(yōu)化后的橫向磁場(chǎng)誤差 3.6 所示，極面優(yōu)化后的結(jié)果顯示在 0.83-1.62T 范圍內(nèi)橫向場(chǎng)誤差都在±，滿足設(shè)計(jì)要求。維模型優(yōu)化化前的三維模型極頭的墊補(bǔ)優(yōu)化需要多次修正迭代，工作量較大，適宜在窗口采用命令行過(guò)修改相關(guān)指令參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)快速建模，如圖 3.7 所示極頭未優(yōu)化的四型及其仿真模型。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2851565