国科中子医疗科技有限公司（下文简称“国科中子”）的RFQ-BNCT设备，于2025年8月在东莞市人民医院正式进入临床试验阶段。公司核心技术团队共同参与了我国首台强流质子射频四极（RFQ）直线加速器的研发，其研发的RFQ-BNCT设备经过中国科学院高能物理研究所（下文简称“高能所”）十几年的技术验证，是我国首台具备完全独立自主知识产权的BNCT设备。射频系统作为加速器的“心脏”，为质子束的加速提供强大动力。近日，高能所团队发表研究论文，系统阐述创新射频系统的设计理念与创新技术。

  一、主要研究内容

  1. 国内首台BNCT临床设施的射频系统采用模块化固态放大器方案，相比传统速调管技术，可靠性更高、维护更便捷。

  2. 长期幅度稳定性优于±0.25%，远超临床治疗所需的±1%要求。

  3. 创新性脉冲间自动频率跟踪技术，无需动态调节冷却水温度即可补偿腔体频率漂移。

  4. 固态放大器具备“优雅降级”特性，允许10个功放模块故障仍能维持150kW额定输出。

  5. 快速保护响应时间小于1微秒，确保设备和患者安全。

  二、射频系统的技术跃迁

  2020年，高能所建成的首台BNCT实验装置（BNCT_01#），采用速调管射频方案。但临床环境对设备提出更高要求：高可用性、易维护、操作安全、占地小。速调管需上万伏高压、寿命有限、启动超1小时、维护复杂，难以满足临床需求。因此，临床环境（BNCT_02#）中选择使用固态功率放大器（SSPA）方案。两种方案对比如下：

   三、LLRF控制系统

   低电平射频（LLRF）控制系统是确保加速场稳定的“大脑”。它需要将场幅稳定度控制在±1%以内，同时管理腔体谐振频率。

   为了实现这一目标，团队采用紧凑型CompactPCI架构，集成了控制、保护、时序和快保护功能，核心性能包括：

    1. 幅度稳定性：<±0.25%（24小时测试），远高于±1%的设计指标。

    2. 频率跟踪：脉冲间自动调谐，补偿腔体热漂移（±80 kHz范围，跟踪速率200 Hz）。

    3. 保护响应：VSWR超限时，<1μs切断RF输出；保护信号总延迟182 ns。

  四、固态放大器

   每个系统集成4个功放机柜，每个机柜内包含32个功放模块，共计128个模块。每个模块采用两个LDMOS晶体管，输出功率超过1.5kW。关键性能如下（180MHz，脉冲4ms/200Hz）：

     1. 输出功率 ≥150 kW

     2. 1dB带宽 ≥±2 MHz

     3. 增益 81.5 dB @150kW

     4. 谐波含量 <-55 dBc

     5. 杂波 <70 dBc

     6. AC→RF转换效率 50.1%（含所有辅电）

    优雅降级实测：故意移除 10个PA模块后，驱动电平从0.3dBm升至1dBm，系统仍输出 150kW。冗余设计允许 20/256个 晶体管失效。

    全反射耐受：输出接滑动短路器，模拟任意相位全反射。3小时耐力测试中，输出功率波动 <±0.03dB，无器件损坏。反射保护响应8μs。

    五、高功率耦合器

    RFQ加速腔通过两个高功率耦合器获取射频能量。高功率耦合器设计包括陶瓷窗+磁耦合环。

    CST仿真：在180MHz工作频率下，电压驻波比优于1.0025，在±4MHz带宽内保持在1.05以下。

    热仿真：在平均功率90kW、冷却水流量10L/min的条件下，最高温升仅约1.6℃。陶瓷-金属焊接界面的最大应力约48.5MPa，远低于陶瓷的允许抗弯强度。

   六、调试与运行表现

    2023年4月，射频系统在现场安装完成后，团队进行了RFQ腔体的综合测试与老练。低功率老练（抑制放气和二次电子倍增）+高功率自动老练（基于VSWR触发计数）。

 低功率老练：通过优化脉冲形状（缩短上升时间）或延长老练时间，抑制二次电子倍增。

 高功率老练：LLRF自动程序根据VSWR触发次数动态调整功率，达到目标120 kW（最终运行功率）。

 束流成果：束流强度 20 mA，平均束功率>28 kW，RFQ传输效率 97%，中子通量达IAEA临床要求。

 未来计划：通过优化靶冷却，将束流功率提升至 50 kW。

  BNCT_02#射频系统用一系列硬核数据证明了其临床适用性：±0.25%的稳定度、50.1%的效率、微秒级保护、优雅降级……这些不仅是技术指标，更是对患者安全的承诺。国产高端医疗装备，正稳步走向世界前沿。

  未来，国科中子将继续坚持面向人民生命健康，强化科技创新对企业高质量发展的根本支撑，扎实推进BNCT产业化进程，为建设健康中国，护佑人民幸福生活做出更大贡献。