正电子发射断层显像是一种先进的核医学影像技术,被广泛应用于人体肿瘤的早期诊断,然而只有PET是完不成成像工作的,它需要配套回旋加速器。在国内,生产用于PET诊断的放射性同位素的回旋加速器几乎都是从国外进口的。高频系统是回旋加速器正常运行的重要辅助系统,高频谐振腔的性能,直接决定着高频系统的性能,在很大程度上也就决定着加速器的性能。高频谐振腔在回旋加速器实际运行过程中,受重力、热损耗和束流负载等因素的影响会引起高频腔体产生微小形变,进而导致其谐振频率偏移,以致高频工作频率与谐振腔的谐振频率不匹配。论文首先介绍了回旋加速器的基本原理以及谐振腔基本参数,对回旋加速器谐振腔进行了模拟研究,尤其对腔体的谐振频率、品质因数等参数进行了数值分析计算,将分别用不同的软件计算的结果与实际测量的高频系统参数比较,验证了热损耗引起腔体产生形变、导致腔体频率偏移,证实了 HFSS和CST分析谐振腔的有效性,为谐振腔的设计优化提供了参考。针对回旋加速器运行过程中谐振腔频率会逐渐变化的问题,提出了采用高频功率源的频率实时与高频腔中加速电场的频率匹配的方案,这一方案与调节腔体频率相比,无须为谐振腔设置自动稳频装置,简化了腔体结构,降低了成本。所采用的高频系统不自带低电平控制功能,低电平控制直接地避免了直接接触高压的危险,为加速器的安全运行提供了安全保障的前提,但是需由PLC完成工作频率扫描、幅度稳定、相位稳定及打火保护等控制功能。低电平控制系统对加速腔压及相位精度分别控制在±1%和±1°内,实现了对其前馈功率、反射功率、相位和腔体频率等参数的自动控制。同时,为了实时对回旋加速器工作状态进行远程监控,采用WinCC完成了与上位机用户界面系统的通信,实现了人机交互。此外,为了保障高频系统的稳定运行,建立了完整联锁保护机制,针对可能发生的故障类型,采取不同的措施实施保护。为满足等时性加速的要求,当高频功率源的工作频率发生改变时磁场强度也应进行相应的变化,即励磁电流的大小需要做相应的调节,使得粒子回旋频率与高频腔体频率相匹配以克服滑相。首先通过有限元仿真软件建立静磁场模型模拟不同励磁电流下回旋加速器的平均磁场,然后理论分析磁场与谐振频率的关系,最后得到励磁电流在小区间变化时与谐振频率的关系;根据计算的不同谐振频率对应的最佳励磁电流,完成励磁电流的自动跟频。在保证最大碳膜束流的情况下,实验得到不同谐振频率对应的最佳励磁电流,使理论得以验证。根据其关系实现了励磁电流自动调节,克服了滑相,保证了法拉第束流的稳定输出。该方法使得励磁电流能够快速、准确的寻找并跟踪谐振腔频率,克服了频率偏移导致的滑相,完成束流的稳定输出。