一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法及系统

本发明涉及加速器控制，特别涉及一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法及系统。

背景技术：

1、射频四极场加速器（radio frequency quadrupole，rfq）通常设置在离子源与后级直线加速器之间，用于在低能区同时实现横向聚焦、纵向聚束和加速。随着强流质子、h-、重离子、硼中子俘获治疗用加速器、紧凑中子源以及加速器驱动次临界系统前端的发展，rfq逐步向高占空比、连续波、高平均功率和紧凑化方向发展。

2、在rfq高功率运行过程中，高场表面击穿、暗电流、真空突升、二次电子倍增以及射频老炼时间过长等现象会限制装置稳定运行。传统设计中通常采用峰值表面电场、kilpatrick因子或经验场强裕度对高场风险进行评价，难以反映束损诱发表面改性的累积影响。

3、现有技术中，束流动力学程序能够给出rfq内部束损分布，高频电磁仿真程序能够给出表面电场分布，真空系统和联锁系统能够记录击穿事件、暗电流、x射线、反射功率以及真空信号。但上述信息通常分别用于束流传输效率评估、几何降场设计或固定阈值保护，同样难以反映束损诱发表面改性的累积影响。

4、特别是对于强流质子或者h- rfq，低能束损可能在电极翼尖、端区、调谐器孔或耦合器邻近区域造成局部表面粗糙化、污染释放、气体脱附增强和二次电子发射行为改变。这些表面状态变化具有历史累积性，会使同一区域在后续高功率运行中更容易发生场发射、二次电子倍增和真空击穿。因此，现有方案难以根据局部表面损伤和射频老炼状态动态调整；高场区域与束损累积区域重叠形成的潜在薄弱点难以及时识别和抑制。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法及系统，能够反映射频四极场加速器的束损诱发表面改性的累积影响，准确识别射频四极场加速器存在的潜在击穿风险。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法，包括如下步骤：

4、获取射频四极场加速器腔体在工作模式下的三维电磁场分布和运行诊断信号；

5、在所述射频四极场加速器腔体划分待测表面单元，为所述待测表面单元建立表面状态变化量，所述表面状态变化量包括束损累积剂量、场增强参数、二次电子发射参数、脱气参数以及射频老炼状态参数；

6、根据所述表面状态变化量和所述三维电磁场分布，计算所述待测表面单元的表面击穿风险指标；

7、根据所述运行诊断信号和所述表面击穿风险指标，预测所述待测表面单元的击穿风险。

8、为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

9、一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法的各个步骤。

10、本发明的有益效果在于：提供一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法及系统，获取射频四极场加速器腔体在工作模式下的三维电磁场分布和运行诊断信号；在射频四极场加速器腔体划分待测表面单元，为待测表面单元建立表面状态变化量，表面状态变化量包括束损累积剂量、场增强参数、二次电子发射参数、脱气参数以及射频老炼状态参数；利用表面状态变化量将束损累积剂量、脱气参数、射频老炼状态参数等数据耦合在一起，以反映射频四极场加速器的束损诱发表面改性的累积影响，进而根据表面状态变化量和三维电磁场分布，计算待测表面单元的表面击穿风险指标，可精准识别高电场强度的待测目标区域与束损累积区域重叠形成的潜在薄弱点；根据运行诊断信号和表面击穿风险指标，准确识别射频四极场加速器存在的潜在击穿风险。

1.一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法，其特征在于，所述计算所述待测表面单元的表面击穿风险指标之前还包括：

3.根据权利要求2所述的一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法，其特征在于，所述得到所述待测表面单元的束损累积剂量增量包括：

4.根据权利要求1所述的一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法，其特征在于，在所述射频四极场加速器腔体划分待测表面单元包括：

5.根据权利要求4所述的一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法，其特征在于，所述表面离散规则包括：

6.根据权利要求1所述的一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法，其特征在于，所述计算所述待测表面单元的表面击穿风险指标包括：

7.根据权利要求6所述的一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法，其特征在于，所述预测所述待测表面单元的击穿风险还包括：

8.根据权利要求6所述的一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求8所述的一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法，其特征在于，所述预设风险触发条件以及所述风险触发条件对应的参数调整策略包括：

10.一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至9任一项所述的一种射频四极场加速器的表面击穿风险预测方法的各个步骤。