SE513192C2 - Förfarande och system för HF-styrning - Google Patents

Description

t .1ïtf922 12 systemet till den önskade frekvensen. I några fall sker alstrandet av HF- spänningen med ett fritt oscillerande system (dvs. icke drivet system) vilket då automatiskt anpassar oscillationsfrekvensen till elektrodernas resonans.

Ett sådant system kommer normalt att vara ganska ostabílt och kräver en högre grad av operatörstillsyn, vilket inte är önskvärt för ett lätthanterligt system som skall användas för att producera PET-isotoper till exempel vid en sjukhusanläggning. Dessutom introducerar ett sådant mekaniskt avstäm- ningssystem ett antal matningar genom acceleratorns vakuumhölje förutom underhållsproblemen som ökar med avseende på de använda elektriska motorerna liksom det mekaniska avstämningssystemet i sig själv.

Följaktligen finns det ett behov av ett enkelt system för att kontrollera accelerationen av jonstrålen i ett cyklotronaccelerationssystem, speciellt ett litet system för att producera PET-isotoper härrörande från accelerationen av en stråle av negativa vätejoner.

Kort beskrivning av uppfinningen Den föreliggande uppfinningen visar ett förfarande och ett system för att erhålla en riktig resonans för RF-elektrodsystemet vid användning av en på förhand inställd eller vald stabil frekvensoscillator i en cyklotronaccelerator utan användning av mekaniska avstämningsanordningar. För att bibehålla en hög HF-elektrodspänning under driften övervakas HF-elektrodsystem- resonansen och frekvensen för den stabila frekvensgeneratorn styrs av ett återkopplingssystem som kontinuerligt övervakar anpassningen av oscil- latorutgångsfrekvensen och resonansfrekvensen för RF-elektrodsystemet.

Nödvändiga små justeringar av den stabila oscillatorfrekvensen för att bibehålla en maximal anpassning till resonansfrekvensen för RF-elektrod- systemet erhålls med hjälp av återkopplingssystemet till den stabila oscillatorn. Återkopplingssystemet är beroende av uppmätta värden erhållna med en belastningsfasavkånnare som övervakar utgången från den slutliga HF-effektförstärkaren. Ett cyklotronstyrsystem erhåller i sin tur den satta och korrigerade oscillatorfrekvensen och finavstämmer vidare magnetfâltet I. 4 i 5131: *ígšf skapat i acceleratoranordningen i enlighet med frekvensinformationen erhållen.

Förfarandet i enlighet med den föreliggande uppfinningen definieras av det oberoende patentkravet 1. På samma sätt fastställs ett system som innefattar förfarandet genom det oberoende patentkravet 2 och ytterligare utföringsformer av systemet definieras av de beroende patentkraven 3-6.

Kort beskrivning av ritningarna Ändamälen, egenskaperna och fördelarna med den föreliggande uppfinningen kommer att bli uppenbara genom följade beskrivning av uppfinningen läst i samband med ritningen i vilken: Fig.1 är ett blockschema som illustrerar ett system som använder förfarandet i enlighet med den föreliggande uppfinningen.

Beskrivning av en belysande utfóringsform av uppfinningen Fig. 1 visar ett blockschema som illustrerar ett system som tillämpar förfarandet i enlighet med den föreliggande uppfinningen. I systemet enligt Fig. 1 följer den stabila frekvensoscillatorn 1, som genererar en på förhand fastställd frekvens för cyklotronanordningen 3, den aktuella resonans- frekvensen för dess RF-elektrodsystem 10 för att bibehålla driften av HF- elektrodsystemet vid resonans för att i cyklotronens magnetfält skapa en stråle av negativa vätejoner för att producera PET-isotoper.

Den högfrekventa effektgeneratorn 1 är lämpligen av en syntetiserad typ och frekvensstyrd genom en àterkopplingsslinga (dvs. den genererade frekvensen kommer att ha en offset som är proportionell mot en analog eller digital signal). Den accelererande radiofrekventa signalen genereras av den styrda frekvensoscillatorn 5, vars frekvens är initialt förinställd till en normal- frekvens, i den belysande utföringsformen av storleksordningen 100 MHz.

Oscillatorn skapar en signal vid låg effektnivå, vilken förstärks genom en kedja : íïz m2 4 av förstärkare 6, 7 till en tillräcklig effektnivå för att erhålla den nödvändiga accelerationsspänningen i RF-elektrodsystemet 10, vilket är placerat i ett utrymme mellan cyklotronmagnetpolssektorema i vakuummiljön och skapar en accelerationsväg för jonstrålen alstrad av cyklotronen.

RF-effekt överförs till RF-elektrodsystemet 10 via en effektöverföringsledning 2 vilken ansluter till en fasdetektionsanordning (belastningsfasavkännare) 8, anordnad vid utgången av det slutliga effektförstärkarsteget 7 i förstärkar- kedjan. I den belysande utfóringsforrnen består effektöverföringsledningen av _ en standard högeffekts 50 ohms koaxialkabel. Följaktligen är den slutliga förstärkaren 7 konstruerad att uppvisa 50 ohms utgångsímpedans. Avkän- ningsanordningen 8 detekterar belastningsfasen från RF-elektrodsystemets 10 belastningsírnpedans. Effektöverfóringsledningen tillåter också ett lämpligt avstånd mellan RF-effektgeneratorn 1 och RF-elektrodsystemet 10 i cyklo- tronens 3 vakïlumkammare.

Avvikelser från den nominella belastningsfasen (180 grader) indikerar en positiv eller negativ resonansfrekvensavvikelse i RF-elektrodsystemet 10. Fas- deviationen omvandlas till en felsignal som distribueras till den styrda frekvensoscillatorn 5 via en återkopplingsslinga som innehåller en ytterligare förstärkare 9. Den styrda frekvensoscillatorn 5 justerar då något sin utgångsfrekvens, för att på detta sätt kontinuerligt följa RF-elektrodsystemets 10 resonans. Även om RF-elektrodsystemet 10 har noggrant konstruerats med tanke på temperaturberoende och RF-elektrodsystemet vidare är vattenkylt för att minimera temperaturdrift kommer RF-elektrodsystemet kontinuerligt att uppleva fluktuationer i sin resonansfrekvens. RF-elektrodsystemet innefattar två pillíknande par av plana elektroder 10 inrymda i två motstående dalar mellan polsektorer i elektromagnetens poler som bildar magnetfältsför- hållandena för de spiralformade jonstrålebanorna i cyklotronen 3, som indikerats i Fig. 1. Avståndet mellan elektrodplattorna i ett par är då samma som avståndet mellan två motstående polsektorer. En jonstråle kommer in : ätsiz, iszy/ i , i mellan plattorna i ett elektrodpar och ökar då en ytterligare acceleration genom attraktionskrafter utövade av RF-fältet och lämnar sedan omedelbart RF-elektrodplattparet med ökning av ytterligare energi genom repellerings- krafter då utövade av RF-fältet som ändrar sig. Med andra ord kommer strålen att uppleva en knuff när den går in i RF-elektrodsystemet och ännu en annan knuff när den går ut ur elektrodsystemet om banan är i synkronism med det pålagda RF-fältet.

Fluktuationer i resonansfrekvensen för RF-elektrodsystemet kommer att hanteras av återkopplingssystemet som innehåller återkopplingsförstärkaren och den kommer att på rätt sätt justera oscillatorfrekvensen inom önskade gränser. Frekvensfluktuationerna kommer emellertid ibland även att påkalla korrektioner i magnetfältet (genom justering av strömmen i magnetspolarna) för att bibehålla isokronism (magnetfält/frekvensrelation) i cyklotronen.

Cyklotronstyrsystemet övervakar också kontinuerligt frekvensavvikelsen från norrnalfrekvensen för den styrda högfrekvensoscillatorn 5. Denna övervakning görs i en belysande utföringsform med hjälp av en högupplösande frekvensräknare, vilken alstrar ett värde för driftfrekvensdeviationen. Denna frekvensdeviation omvandlas sedan till en strömkorrektion i magnetspol- mätningen och magnetfältet kommer att följa frekvensen på ett "Master-Slav"- sätt, och alltså bibehålla isokronism. Omvandlig till strömkorrektion i den belysande utföringsformen görs primärt med hjälp av en anordning som är känd för fackmannen och beskrivs därför inte ytterligare här. Denna operation görs automatiskt i en föredragen utföringsform genom att även för ytterligare information övervaka utgångssignalen från återkopplingsförstärkaren 9.

Det skall även noteras att utgångskretsen för den slutliga förstärkaren 7 är konstruerad att uppvisa en utgångsimpedans, norninellt 50 ohm, som hålls konstant inom frekvensjusteringsområdet för den stabila frekvensoscillatorn 5, dvs. uppvisar en viss minimal bandbredd av storleksordningen 200-300 kHz. Sådana kretskonfigurationer är väl kända av fackmannen inom radioteknik och kommer därför inte diskuteras ytterligare i detta sam- manhang. ~ i t l1::92.ít _ (p Fördelen med det föreliggande förfarandet och systemet i enlighet med uppfinningen är att förfarandet och systemet erbjuder en selekterad fast anpassad frekvens för lämplig resonans för RF-elektrodema i en cyklotron- accelerator utan att behöva använda några mekaniska avstämnings- anordningar.

Det kommer att inses av fackrnannen att olika modifikationer och ändringar kan göras i den föreliggande uppfinningen utan att avvika från andemeningen och omfattningen av denna, som kommer att definieras av de bifogade patentkraven.

Claims (6)

i i sålts Pate ntkrav

1. Förfarande för att erhålla automatisk frekvensavstämning för ett RF- elektrodaccelerationssystem (10) i en cyklotronanordning (3) för produktion av PET-isotoper, kännetecknat av stegen: generering av en RF-signal på en på förhand fastställd frekvens i en styrd frekvensoscíllator (5) och förstärkning av clenlpå förhand fastställda RF- signalen med hjälp av en förstärkarkedja (6, 7) för att erhålla en drivande RF- effekt för matning av ett RF-elektrodsystem (10) i en cyklotronkavitet, utrnatning av den drivande RF-effekten till en anpassad effektöver- föringsledning (2) ansluten till och matande RF-elektrodsystemet (10) för att därvid alstra hög spänning vid RF-elektrodsystemet ( 10), detektering av en belastningsfas med hjälp av en belastnings- fasavkännare (8) ansluten mellan en slutlig effektförstärkare (7) och effekt- överföringsledningen (2), matning av den detekterade belastningsfasen till en återkopplings- förstärkare (9) och därigenom skapande en felsignal matad tillbaka till frekvensoscillatorn (5) för att därvid optimera frekvensen för den styrda frekvensoscillatorn (5) för optimal anpassning till en resonansfrekvens för RF- elektrodsystemet (10) , sarnt mätning av frekvensen matad till RF-elektrodsystemet med hjälp av ett cyklotronstyrsystern (4) som i sin tur styr ett magnetfält påfört cyklotronen för att erhålla en optimal balans mellan magnetfältet och den accelererande RF- spänningen pålagd RF-elektrodaccelereringssystemet i cyklotronen.

2. System för att erhålla automatisk frekvensavstämning för ett RF- elektrodaccelerationssystem (10) i en cyklotronanordning (3) för produktion av PET-isotoper, kännetecknat av ett cyklotronstyrsystem (4), en styrd frekvensoscillator (5) som genererar en RF-signal med en på förhand fastställd frekvens för acceleration av en jonstråle i cyklotronen, en förstärkarkedja (6, 7) som alstrar en drivande RF-högspän- ningssignal, : 7513 192 9 en anpassad effektöverföringsledning (2) ansluten till och matande RF- elektrodsystemet med RF-effektsignalen, en belastningsfasavkännare (8) ansluten mellan förstärkarkedjan (6, 7) och den anpassade effektöverfïåringsledningen (2), varvid belastningsfas- avkännaren matar en detekterad belastningsfas till en återkopplingsför- stärkare (9) som producerar en felsignal ansluten till den styrda frekvensoscillatorn för en finavstâmning av den styrda frekvensoscillatorn, varvid RF-högspånningssignalen kommer kontinuerligt att optimeras för en maximal överföring av signal till cyklotronens RF-elektrodaccelereringssystern.

3. System enligt krav 2, kännetecknat av att cyklotronstyrsystemet övervakar frekvenskorrektioner för RF-signalen och utför en motsvarande justering på ett magnetfält pålagt cyklotronen (3) för erhållande av optimal balans mellan magnetfåltet och frekvensen för den accelererande RF- spänningen pålagt RF-elektrodaccelerationssystemet i cyklotronen (3).

4. System enligt krav 2, kännetecknat av att förstärkarkedjan består av ett förförstärkarsteg (6) och en slutförstärkare (7) som alstrar RF-driveffekt- signalen använd för accelerationen av jonstràlen.

5. System enligt krav 2, kännetecknat av att slutförstårkaren (7) uppvisar en utimpedans som hålls konstant inom den stabila frekvens- oscillatoms (5) frekvensjusteringsornråde.

6. System enligt krav 5, kännetecknat av att slutförstärkaren (7) upp- visar 50 ohms utimpedans för anpassning till effektöverföringsledningen (2).