GB/T 41985-2022 230MeV~250MeV超导质子回旋加速器（正式版）

国家标准化管理委员会IGB/T41985—2022 Ⅲ 1 13术语和定义 14加速器基本组成和工作条件 24.1基本组成 24.2基本工作条件 3 45.1外观和警示标志 45.2束流品质指标 45.3主要子系统性能指标 4 55.5运行环境的辐射安全限值 6 65.7运行要求 6 76.1外观和警示标志检查 76.2束流品质测量 76.3主要子系统性能测量 96.4电气安全测量 6.5运行环境辐射安全试验 6.6电磁兼容试验 6.7运行试验 7.2检验项目 7.3判定规则 8.3运输 8.4贮存 8.5随行文件 附录A(资料性)品质因数的测量 ⅢGB/T41985—2022本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国核仪器仪表标准化技术委员会(SAC/TC30)提出并归口。1GB/T41985—2022230MeV～250MeV超导质子回旋加速器本文件规定了230MeV～250MeV超导质子回旋加速器(以下简称“加速器”)的基本组成和工作本文件适用于质子能量为230MeV～250MeV,束流强度为1nA～1000nA的超导质子回旋加本文件不适用于同步回旋加速器。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文本文件。GB/T191包装储运图示标志GB4793.1—2007测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求GB4943.1—2011信息技术设备安全第1部分：通用要求GB/T9969工业产品使用说明书总则GB/T12325电能质量供电电压偏差GB/T12326电能质量电压波动和闪变GB/T14436工业产品保证文件总则GB/T14549电能质量公用电网谐波GB/T15543电能质量三相电压不平衡GB/T16895.21—2020低压电气装置第4-41部分：安全防护电击防护GB/T17045—2020电击防护装置和设备的通用部分GB/T17626.4—2018电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T17626.5—2008电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验GB18871电离辐射防护与辐射源安全基本标准GB/T19661.1—2005核仪器及系统安全要求第1部分：通用要求GB/T19661.2核仪器及系统安全要求第2部分：放射性测量计的结构要求和分级GB/T50102工业循环水冷却设计规范GB50303—2015建筑电气工程施工质量验收规范3术语和定义超导质子回旋加速器superconductingpr2GB/T41985—2022装置。束流中带电粒子通过回旋加速器装置获得的动能。单位时间内通过某截面的带电粒子电荷总量。偏转引出deflectionextraction超导回旋加速器加速的质子束经过静电偏转板改变运动轨迹引出超导回旋加速器。偏转引出效率deflectionextractionefficiency偏转引出的质子束流强度与超导回旋加速器中进入偏转板前的质子束流强度之比。所消耗能量的比例。注：能耗，以热量的形式主要分布在腔体内表面数倍趋肤深度的范围内。储能则可分为磁储能和电储能，达到稳态谐振条件时二者大小相等。束流截面beamprofile粒子束在横截面上的密度分布。的高真空度空间。中心区centralzone3.10引出区leadarea从带电粒子加速到最终能量进入引出系统的第一个部件至引出到加速器外的区域。4加速器基本组成和工作条件加速器主要包括下列组成部分：a)离子源及中心区系统；b)主磁铁系统；c)超导线圈系统；d)高频系统；3GB/T41985—2022e)真空系统；h)水冷气动系统；i)偏转引出系统；j)束流诊断系统；k)剂量监测安全联锁系统；1)辐射防护系统。加速器大厅的运行环境条件宜满足如下要求：a)环境温度：15℃~25℃;b)温度控制精度：±1℃;c)相对湿度：小于65%;加速器所用电源以及控制室运行环境条件的要求如下。源质量电压偏差应符合GB/T12325要求，电源波动和闪变应符合GB/T网次波应符合GB/T14549要求，三相电压允许不平衡度应符合GB/T15543要求。b)环境温度：20℃±5℃。c)相对湿度：小于65%。循环冷却系统要求如下。b)水温：20℃~30℃,进加速器的水温长期工作不稳定度士0.3℃。器各分系统调试的需求。f)循环冷却系统设计符合GB/T50102要求。压缩空气系统要求如下：4GB/T41985—2022f)加速器气源输出以及分配端宜具有能进行压力调节部件；g)加速器气动系统宜为闭环。5技术要求视和记录。加速器电离辐射警示标志应符合GB18871要求，高电压警示标志应符合GB/T19661.1—2005要求，磁场警示标志应符合GB/T19661.2的要求。紧急开关应设在操作人员容易接近的地方，且有的状态标志。安全联锁标志应设置在醒目位置。加速器的偏转引出束流品质宜满足：a)束流能量：达到产品技术文件规定的能量，误差范围±1%;d)偏转引出效率：大于或等于50%。主磁铁系统宜满足：b)加速区等时性场平均偏差：小于1×10-4;c)磁场一次谐波分量在中心区、引出区小于或等于2.5×10-¹mT;d)磁场二次谐波分量在中心区、引出区小于40×10-¹mT。超导线圈系统应满足：b)如果采用液氦零挥发设计，液氦液面高度应高于超导线圈的最上沿，补充液氦周期不得小于5GB/T41985—2022c)超导线圈系统的真空容器、氦容器的真空漏率，应小于10-⁹Pam³/s,工作状态时夹层真空度应小于5×10-⁴Pa;5.3.4高频系统高频系统在配备固定工作频率的高频发射机条件下应满足：a)系统发生有害共振的频率距离工作频率0.3MHz以上；b)系统的频率不稳定度为±5×10-8;c)品质因数比应大于85%;d)D形加速电极电压不稳定度为±5×10-⁴;e)D形加速电极各加速电压不平衡度小于3%。a)主真空室静态真空度小于2×10-4Pa;b)动态(工作)真空度宜维持在10-⁴Pa量级；控制系统应具备如下功能：剂量监测安全联锁系统应具备以下功能。b)加速器大厅内剂量率(包括瞬发伽马和中子)超过设定阈值时，系统报警并切断束c)当加速器大厅内残余伽马剂量率超过设定阈值时，触发声光报警装置。e)当加速器运行时，安装在防护门外的f)加速器大厅内和靶室内按清场顺序设置清场按钮，加速器开机前按清场顺序依次按下清场按g)监测点剂量达到阈值100%以上报警，达到120%时停止运行并优先切断离子源输出与高频加速器属于I类防电击设备，应至少采用一种符合GB/T17045—2020规定的电击防护措施，且采用连接保护导体作为故障防护措施。6GB/T41985—2022绝缘电阻应符合GB50303—2015中3.1.2和附录C的规定。介电强度应按照GB4793.1—2007中表9的规定值进行电压试验，不应出现击穿或重复飞弧。电晕效应和类似现象可忽略不计。5.4.4可触及电流可触及电流应符合GB/T17045—2020中5.2.27和GB/T16895.21—2020中C.1.2的规定。5.5运行环境的辐射安全限值工作场所辐射剂量率限值要求如下：a)监督区(通常不需要专门的防护手段或安全措施，但需要经常对职业照射条件进行监督和评价b)控制区(需要和可能需要专门防护手段或安全措施的区域)停机后，状态剂量检测数值低于保控制水平限值应符合表1的要求。表1工作场所的放射性表面污染控制水平限值单位为贝可每平方米表面类型α放射性物质β放射性物质极毒性其他工作台、设备、墙壁、地面控制区44×104×10监督区4×10-44应满足GB/T17626.5—2008中第9章b)的要求。5.6.2电快速瞬变脉冲群(EFT)抗扰度要求应满足GB/T17626.4—2018中第9章b)的要求。开机与正常运行要求如下。7GB/T41985—2022正常运行的次序宜为：1)检查加速器各子系统状态正常；2)抽真空至真空度应小于5×10-4Pa;3)主磁铁励磁达到额定电流；5)引出静电偏转板加高压；b)在保持真空和主磁场待机状态下，加速器开机推荐次序为：从上述步骤3)开始至6),参考时间宜控制在2.5h之内。其中步骤3)在待机状态下进行磁场微调。加速器在设定的束流能量和束流强度条件下，连续正常运行时间应大于或等于8h。6试验方法用目测法检查加速器的外观和警示标志。宜使用三维水箱和电离室探测器测量束流在水中沿束流前进方向的剂量分布，将剂量分布与离子在束流引出口采用丝扫描装置或等效的其他测量装置进行测量，如图1所示，得到束流截面分布。选定电流最大值I和0.1I两个位置为束流截面边缘。两个位置之间的距离d即为束斑直径，如图2所示。8GB/T41985—2022图1束流截面测试示意图标引序号说明：I——选定电流最大值，单位为纳安(nA);d——束斑直径，单位为毫米(mm)。图2束斑直径测试结果示意图6.2.4偏转引出效率测量采用法拉第筒和纳安表或等效的其他测量装置分别测量引出偏转板前束流强度I₁和加速器束流式中：η:——偏转引出效率；I₁——偏转板前束流强度，单位为纳安(nA);I₃——加速器束流引出口束流强度，单位为纳安(nA)。…………96.3主要子系统性能测量6.3.1离子源引出束流强度测量采用法拉第筒和纳安电流表或等效的其他测量装置对离子源质子束流强度进行直接测量。6.3.2主磁铁磁场测量利用超导励磁电源为超导线圈供电励磁，达到额定运行电流时，测量主磁铁中心点的磁场。6.3.3超导线圈系统测量6.3.3.1温度测量利用低温温度传感器检测超导线圈的温度。6.3.3.2液位测量针对液氦零挥发系统，利用氦液位计检测液氦液面，液面高度应高于超导线圈的最上沿。6.3.3.3真空测量利用高真空计检测真空容器夹层的真空度。6.3.3.4失超测量超导线圈主动失超，测对地绝缘电阻。6.3.4高频系统测量6.3.4.1有害共振频率的测量当高频谐振腔体的耦合端口达到临界耦合时，选取谐振腔体的耦合端口和取样端口，与网络分析仪的1、2端口相连，设置带宽5MHz,动态范围90dB以上，观察S₂1曲线：选取工作频率，确认为S₂₁曲线最大值，频率记为f₀;选取非工作频率极大峰值，依次记为f₁~f,。有害共振频差是系统发生有害共振的频率与工作频率之差的绝对值。用公式(2)计算： (2)式中：λ;——有害共振频差，i∈(i,n),单位为兆赫(MHz);f;——有害共振频率，i∈(i,n),单位为兆赫(MHz);fo——工作频率，单位为兆赫(MHz)。6.3.4.2频率不稳定度测量从谐振腔体的高频取样端口取一路高频信号送入频率计，连续测量30min,每0.5min读取一次数据，最大值fmax与最小值fmin的差与频率平均值facr的比值即为高频系统的频率不稳定度μ。用公式(3)计算：式中：μ——频率不稳定度；GB/T41985—2022fmin——频率最小值，单位为兆赫(MHz);6.3.4.3品质因数比的测量使用三维有限法开展电磁场仿真，得到腔体无载品质因数，记为Qo;参见附录A的方法测量得到无载品质因数实测值，记为Qo₁,用公式(4)计算品质因数比：…(4)式中：p——品质因数比；Qo₁-—实际测量腔体无载品质因数；Q0-——电磁场仿真腔体无载品质因数。6.3.4.4D形盒加速电极电压不稳定度测量从高频腔取样端口取一路高频信号送入信号源噪声分析仪，设置信号源噪声分析仪的触发模式为幅度噪声模式，设置测量的起始频率为1Hz,设置测量的截止频率为100kHz,平均次数为16次，利用游标功能分析1Hz～20kHz内的幅度噪声，得到幅度噪声的百分比表示方式，用公式(5)进行计算：……(5)式中：t——电压不稳定度；NA——幅度噪声，单位为分贝每赫兹(dB/Hz);f₁——幅度噪声分析频率范围的下限频率，单位为赫兹(Hz);f₂——幅度噪声分析频率范围的上限频率，单位为赫兹(Hz)。6.3.4.5D形盒加速电极各加速电压不平衡度的测量宜使用柔性PCB材料刻蚀出等大小电容取样片，并安装在不同谷区相对称的位置。确保安装引线及位置对称性大于0.99。加高频功率至加速束流所需。从多个谷区的高频取样端口，用矢量电压表每30秒测量一次，连续测量3min,同一位置电压取平均。D形超导回旋加速器电极电压不平衡度为不同谷区射频取样电压的最大值Umax和最小值Umin之差与平均值U的比值，用公式(6)计算：式中：Umax——最大取样电压，单位为伏特(V);Umin——最小取样电压，单位为伏特(V);U—平均取样电压，单位为伏特(V)。6.3.5主真空系统测量6.3.5.1用高真空计对主真空室静态真空度进行测量。6.3.5.2用高真空计对主真空室动态真空度进行测量。6.3.5.3用干燥氮气破坏主真空室真空后，重新启动真空系统恢复到所需的静态真空度。GB/T41985—2022装置观察控制屏幕束流示值变化。速器。检测结束后恢复监测仪表剂量率阈值。检测。b)加速器大厅内残余γ的剂量率的监测。当监测剂量率达到设定阈值的100%～120%时，声音报警器发出低重复频率的音频警报；当监测剂量率超出设定阈值120%时，声音报警器发出高6.3.7.6与清场按钮联锁的检查：清场按钮未完成清场流程前，加速器应具备不允许出束的联锁条6.4电气安全测量6.4.1设备保护接地测量用接地电阻测试仪，测试电流为保护电流的200%,施加试验电流时间、测试方法应符合GB4943.1—2011中2.6.3.4和根据低压设备的工作电压采用500V或1000V绝缘电阻测量仪，检测相线对地及设备金属外壳之间的绝缘电阻。按照GB4793.1—2007中6.8规定的程序进行介电强度试验。按照GB/T19661.1—2005中5.7.2.1的试验方法，用交流电压表并联2kΩ电阻在超导质子回旋加GB/T41985—20226.5运行环境辐射安全试验污染。按照GB/T17626.5—2008进行浪涌抗扰度试验。按照GB/T17626.4—2018进行电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。7检验规则a)新产品或转产产品；c)出厂检验结果与上次型式检验结果有较大差异时；d)国家质量监督机构提出型式检验的要求时。7.1.3每个产品出厂前均应做出厂检验。加速器的检验项目见表2。通常按表2的序号顺序逐项进行检验；需要时也可以调整部分项目的GB/T41985—2022检验顺序或将一些项目合并进行检验。表2230MeV～250MeV超导质子回旋加速器检验项目序号型式检验出厂检验技术要求章条号试验方法章条号1外观和警示标志▲2束流能量△6.2.13束流强度▲6.2.24束流截面▲6.2.35偏转引出效率▲6.2.46离子源引出束流强度△5.3.16.3.17有害共振频率△6.3.4.18频率不稳定度△5.3.4b)6.3.4.29品质因数比△6.3.4.3D形盒加速电极电压不稳定度△6.3.4.4D形盒加速电极电压不平衡度△6.3.4.5主真空系统▲5.3.56.3.5控制系统5.3.66.3.6剂量监测安全联锁系统5.3.76.3.7设备保护接地5.4.16.4.1绝缘电阻5.4.26.4.2介电强度5.4.36.4.3可触及电流5.4.46.4.4失超试验△6.3.3.4浪涌抗扰度△5.6.16.6.1电快速瞬变脉冲群(EFT)抗扰度