血液辐照加速器恒功率高压控制

血液辐照加速器是确保输血安全的关键设备，通过产生高能电子束或 $\text{X}$ 射线对血液制品进行辐照，灭活其中的 $\text{T}$ 淋巴细胞，预防输血相关移植物抗宿主病（$\text{TA-GVHD}$）。实现精准、均匀的辐照剂量是保证治疗效果和血液安全的关键，而**恒功率高压控制**是驱动加速器稳定运行的核心技术。这种控制策略旨在保持加速器电子束流的能量 $E$ 和束流电流 $I$ 的乘积 $P = E \times I$ 为恒定值，从而确保单位时间内的辐射剂量恒定。

恒功率高压控制系统的设计挑战在于加速管两端的高压电源和控制束流注入的阴极电源之间的**复杂动态耦合和非线性特性**。加速管高压电源通常是一个高压 $\text{DC}$ 电源，输出电压可达数百千伏，用于加速电子束。阴极电源则控制着电子枪的发射电流。在实际运行中，由于电子枪的灯丝老化、腔体真空度波动、以及高压放电等因素，电子束流 $I$ 往往不稳定。传统的控制方法是分别稳定 $E$ 和 $I$，但难以应对两者同时变化的动态需求。恒功率控制采用**跨越多个子系统的集成控制算法**，将 $E$ 和 $I$ 作为两个互相依赖的控制变量。

实现恒功率控制的核心技术是**高速数字信号处理 ($\text{DSP}$) 和先进的控制理论**。系统实时采集加速管高压电源的输出电压 $V_{\text{accel}}$（代表 $E$）和电子束流 $I$（通过束流监测器如法拉第杯获取）。$\text{DSP}$ 计算瞬时功率 $P_{\text{inst}} = V_{\text{accel}} \times I$，并将其与预设的恒定功率目标值 $P_{\text{set}}$ 进行比较。控制回路随后同时向两个执行器发出校正信号：一是向**高压电源的调制器**调整电压设定值，二是向**电子枪阴极电源**调整灯丝电流或栅极偏置电压。由于加速管电压变化相对缓慢，而束流电流的响应速度极快，控制回路必须采用**分层、异步的控制策略**。主控制回路以较低频率对高压进行微调，以适应长期漂移；而快速电流回路则以极高频率（通常在 $\text{kHz}$ 级别）对电子束流进行实时、精细的动态调整。这种策略确保了无论加速管电压如何轻微波动，束流电流都会立即反向调整，维持乘积 $P$ 的恒定。

恒功率控制对于提高辐照剂量均匀性和设备利用率具有决定性作用。如果功率波动，会导致血液接受的辐照剂量不均，影响血液制品的质量安全。通过恒功率控制，系统能够自动补偿因电子枪特性变化或环境因素导致的任何功率漂移，确保**剂量稳定在目标值附近，剂量偏差最小化**。此外，这种智能控制策略还允许加速器在更宽的工作范围内稳定运行，避免了频繁的手动调整和工艺中断，从而提高了设备的整体运行效率和产能。高压电源在恒功率模式下的可靠运行，还要求其具备**极强的抗打火（Arcing）和快速恢复能力**，一旦发生高压瞬态事件，电源必须在不导致长时间停机的情况下，迅速、平稳地恢复到恒功率工作点。