Diagnostics and Online System for a Linear INjector of Carbon 6+ ions for hadrontherapy

El objetivo específico es el de desarrollo y construcción de demostradores de capacidad tecnológica en la parte «online» de electrónica de radiofrecuencia, adquisición y control en tiempo real para un posible inyector de iones completamente lineal basado en una cavidad tipo RFQ. El sistema “online” del inyector es responsable de los sensores de diagnóstico, adquisición de datos, distribución de señales de activación y disparo, y del control, configuración y monitorización del inyector. Se describirá a continuación el plan de desarrollo conceptual y real del demostrador del sistema y las tecnologías elegidas para su implementación.

1. Diseño conceptual y puesta en marcha de un demostrador del sistema de RF de pequeña señal del acelerador: Esta actividad abarca el diseño conceptual y puesta en marcha de un demostrador del sistema de Radio Frecuencia de pequeña señal o “Low Level RF” (LLRF) para un acelerador tipo Linac (Linear accelerator). El sistema de LLRF es una parte esencial de cualquier acelerador de partículas ya que es la que implementa el control y señalización necesarias para el buen funcionamiento de este. Los sistemas de LLRF se hacen normalmente “ad hoc” para cada acelerador. 
2. Desarrollo de sistema electrónico de adquisición de datos de altas prestaciones para el acelerador: Esta actividad está estrechamente relacionada con la anterior. Consiste en el desarrollo de una plataforma completa de adquisición de datos a una tasa de muestreo y procesado en tiempo real en torno a los 100 MSPS (mega-muestras por segundo) para los sistemas de diagnóstico y de LLRF. El hardware, basado en el estándar microTCA (Telecommunications Computer Architecture) incluirá diversos componentes, entre los que destaca el desarrollo de tarjetas de adquisición de datos en formato AMC con una potente FPGA para procesado en tiempo real. 
3. Sistemas de diagnóstico de haz del acelerador. Los sistemas de diagnóstico son la parte del sistema “online” más cercana al haz de iones y el elemento transductor encargado de transformar las magnitudes físicas de tamaño del haz, emitancia, posición y corriente en una señal eléctrica tal que se pueda ser digitalizada por el sistema de adquisición. Para ello se prevé el diseño y construcción de un sistema de diagnósticos compacto que esté equipado con una serie de instrumentos que permitan medir las magnitudes físicas mencionadas anteriormente. En general, el sistema debería estar formado por una cámara de vacío con varios puertos donde los instrumentos puedan ser colocados para que interactúen con el haz de iones. De forma conceptual, el diagnostico tendría que estar equipado con un sistema que permita medir el perfil transversal del haz, así como otros sistemas para poder medir la corriente y la energía del haz.

El diseño y construcción del sistema «online» se afronta desde una perspectiva más genérica e intentando usar y desarrollar hardware basado en estándares tecnológicos internacionales. De este modo se pretende que parte del hardware y software desarrollados puedan ser reutilizados para otras aplicaciones, similares o de otros campos. En el plan de desarrollo pretendemos reutilizar, en la medida de lo posible, y debido al limitado tiempo de ejecución del proyecto, equipamiento cuyas prestaciones han sido validadas por colaboradores de ámbito internacional como el CERN (Ginebra, Suiza), DESY (Hamburgo, Alemania), SLAC (Palo Alto, EEUU) y diseños hardware, firmware y software de licencia abierta, como puede ser el caso del CERN Open Hardware Repository (www.ohwr.org).

En lo que respecta a la parte del diseño electrónico de sistemas de adquisición, el desarrollo del proyecto utilizará como arquitectura base los sistemas xTCA, en este caso el microTCA. En específico, el sistema microTCA está ganando popularidad en los últimos tiempos y se está convirtiendo en un estándar cada vez más usado para aplicaciones de medida y automatización. microTCA es un estándar abierto a nivel sistema, según el cual los sistemas se construyen conectando “en caliente” las tarjetas Advanced Mezzanine Cards (diseñadas originalmente para su uso en AdvancedTCA sobre una combinación de chasis y tarjeta madre. Aunque en sus orígenes se dirigió a aplicaciones de telecomunicaciones, microTCA ha resultado ser una arquitectura también muy recomendable en otras aplicaciones.

Por tanto, en el sistema «online», la lista de sub-sistemas (dispositivos) que dependerán de la infraestructura microTCA se puede dividir en cuatro categorías: diagnóstico de haz, sistemas de RF, protección de la máquina y sistema de sincronización. La categoría de diagnóstico de haz incluye sistemas como los monitores de posición y de corriente de haz, monitores de pérdida de haz, medidores de emitancia y medidores de perfil transversal. Los sistemas RF comprenden sistemas de protección de RF y RF de pequeña señal. La protección de la máquina incluye un subconjunto de la lógica de decisión del sistema de interbloqueo rápido de haz con tarjetas AMC. El sistema de sincronización es necesario para el funcionamiento de todos los otros sistemas y para ello habrá que desarrollar tarjetas AMC que implementen la funcionalidad necesaria.

• El sistema «online» del proyecto que se presenta, DosLINC6+ se enmarca en la construcción de componentes para un acelerador de iones de carbono 6+ y comprende: diagnóstico de haz, sistemas de radiofrecuencia (RF), protección de la máquina y sistema de sincronización,
• este proyecto fomenta la colaboración entre dos empresas de la Comunidad Valenciana con el sector de la Física de Aceleradores para aplicaciones en Medicina, en concreto en el área de la hadrón-terapia,
• los centros y empresas participantes son: IFIC, CIEMAT, CERN, UVAX y TVP,
• en este proyecto se diseñarán y desarrollarán distintas tecnologías punteras para su uso y aplicación innovadora en aceleradores de iones: sistema de radiofrecuencia LLRF y de telecomunicaciones emergente microTCA.