魏緒國(guó)

聊城市人民醫(yī)院 放療科，山東 聊城 252000

醫(yī)科達(dá)Precise 加速器真空系統(tǒng)故障檢修

魏緒國(guó)

聊城市人民醫(yī)院 放療科，山東 聊城 252000

本文闡述了醫(yī)科達(dá)Precise直線加速器真空系統(tǒng)的組成部件和工作原理，探討了真空系統(tǒng)故障的連鎖控制并分析了4例典型故障的表現(xiàn)，通過(guò)制定具體的檢查、判斷及維修方法，使故障得到解除。因此，系統(tǒng)掌握直線加速器真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及連鎖控制，能夠快速、準(zhǔn)確的分析、判斷和排除故障，減少設(shè)備故障對(duì)放療病人的影響。

直線加速器；真空系統(tǒng)；電子槍；腫瘤放療；離子泵

引言

醫(yī)科達(dá)Precise 直線加速器是采用行波電子加速方式的高能加速器。由于其具有可拆卸的電子槍、偏轉(zhuǎn)靶室、紋管、離子泵、波導(dǎo)窗以及較長(zhǎng)的加速管，導(dǎo)致離子泵負(fù)荷較大、真空系統(tǒng)故障較多。但由于在醫(yī)院現(xiàn)場(chǎng)檢漏工具較少，高壓部分不易測(cè)量、真空建立時(shí)間長(zhǎng)、程序復(fù)雜，如何盡快的找到和排除故障一直是困擾醫(yī)院工程師的問(wèn)題。現(xiàn)就該型加速器真空系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、主要部件的工作原理及典型故障的處理進(jìn)行介紹，望對(duì)同行有所幫助。

1 真空系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)及作用

為保證電子槍發(fā)射的電子在微波電場(chǎng)的作用下沿著設(shè)計(jì)的路徑加速到要求的能量，加速管必須具有高的真空度，一般要求應(yīng)低于10-6mbar（1 mbar=102 Pa）,其主要作用如下：① 防止電子槍陰極中毒、燈絲氧化，保證發(fā)射電子的效；② 減少運(yùn)動(dòng)電子在加速管內(nèi)與殘余氣體分子的碰撞損失；③ 避免高場(chǎng)強(qiáng)的加速管內(nèi)放電擊穿。

真空系統(tǒng)主要由電子槍、行波加速管、波紋管、靶室、離子泵、微波輸入輸出耦合器、波導(dǎo)窗以及離子泵電源等部件組成[1-3]。具體結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

電子槍為含陰極直熱式自聚焦二極槍，由螺旋狀燈絲、管狀金屬部分和玻璃外罩組成。通過(guò)一個(gè)帶有“O”形密封圈的可拆卸環(huán)與加速管波導(dǎo)的輸入端連接，其作用是向加速管發(fā)射足量的電子。

圖1 真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

真空系統(tǒng)是由槍端（Gun端）和靶端（Target端）兩個(gè)相同的抽速為30 L/S 的濺射式離子泵來(lái)維持。離子泵主要由陰極、陽(yáng)極和磁鐵組成[3-4]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。

陽(yáng)極為縱橫排列的薄壁不銹鋼筒，陰極為放置于陽(yáng)極兩端的兩塊鈦板，陽(yáng)極、陰極一起封裝于不銹鋼的外殼中，殼外加一永磁體，磁力線方向平行于陽(yáng)極筒軸，垂直于陰極鈦板。陰陽(yáng)極之間加有7.3 kV的直流高壓，泵體內(nèi)的殘余氣體分子在正交電磁場(chǎng)的作用下發(fā)生潘寧放電，產(chǎn)生的陽(yáng)離子轟擊陰極鈦板，濺射出的鈦原子形成新鮮的鈦膜。通過(guò)鈦膜的吸附作用和電清除作用清除真空系統(tǒng)內(nèi)的殘余氣體，使真空度維持在10-6mbar以下，離子泵必須24 h工作。

槍、靶端的兩個(gè)離子泵由兩個(gè)相同的獨(dú)立電源分別通過(guò)一根高壓線供電，輸出3.5～7.3 kV的直流電壓，電源的輸出電流即離子泵陰、陽(yáng)極間的粒子流大小反映加速管內(nèi)真空度，粒子流的大小可通過(guò)測(cè)量離子泵電源面板接線端子2和3之間的電壓獲得。為保證其24 h工作而不受加速器其他部分的影響，通過(guò)接口柜CB10開(kāi)關(guān)單獨(dú)供電。該電源為高內(nèi)阻式，設(shè)有過(guò)流保護(hù)、30 s斷電防打火保護(hù)和斷電連鎖保護(hù)。

圖2 濺射式離子泵結(jié)構(gòu)示意圖

真空系統(tǒng)的連鎖保護(hù)設(shè)為二級(jí)，即＞10-4mbar和＞10-5mbar。當(dāng)真空度＞10-5mbar時(shí)，切斷高壓使能（HT Enable）禁止出束，真空度降至要求值后自動(dòng)恢復(fù)出束；當(dāng)真空度＞10-4mbar時(shí)，切斷高壓使能的同時(shí)關(guān)閉電子槍供電電源，以保護(hù)電子槍和陰極[5]。

2 真空系統(tǒng)典型故障及處理

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

出現(xiàn)“10-4trp G”連鎖，提示槍端真空故障。

2.1.2 故障檢查與處理

檢查監(jiān)視器真空顯示，Vac Gun：-3.4；Vac Targ：-6.1。測(cè)量電源面板接線端子，槍電源V23：-5 Vdc；靶電源V23：-0.23 Vdc；槍端離子泵不熱。由以上數(shù)據(jù)可知加速管內(nèi)真空是好的，槍端離子泵沒(méi)有工作。故障可能由槍離子泵電源或輸出高壓線及離子泵造成[6]?；Q離子泵電源高壓輸出線無(wú)變化，說(shuō)明離子泵電源正常，檢查高壓線本身也正常。斷開(kāi)槍離子泵輸入線，測(cè)泵陰陽(yáng)極間電阻為0.8 Ω（正常時(shí)應(yīng)不通），說(shuō)明兩極間已短路[7-8]。將離子泵拆下，用木方輕敲泵體后再測(cè)兩極不再通?？赡苁顷庩?yáng)極間的雜質(zhì)脫落或毛刺造成短路，進(jìn)行清潔處理后復(fù)原，重建真空，故障消失。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

出現(xiàn)“10-4trp T”連鎖，提示靶端真空故障。

2.2.2 故障檢查與處理

檢查監(jiān)視器真空顯示，“Item 227 Vac Gun：-5.9；Item 228 Vac Targ：-3.3”。槍、靶端離子泵溫度正常，測(cè)槍電源面板接線端子V23：-0.5 V；靶電源V23：-5.1 V?；Q高壓線連接電源，故障不變，說(shuō)明靶端電源正常，故障應(yīng)由高壓線或離子泵引起[9-10]。斷開(kāi)高壓線兩端連接，測(cè)芯線與外線之間電阻為1.2 kΩ，說(shuō)明高壓線有問(wèn)題。打開(kāi)與電源連接的連接頭，發(fā)現(xiàn)線間絕緣已燒黑，芯線連接處燒斷。清除燒黑的絕緣材料，重新焊接芯線，然后用高壓硅脂填充，加電后仍打火，把接頭頂蓋擰下，通電打火消失。1 h后槍端真空：-6.13，電壓V23：-0.35 V；靶端真空：-6.15，電壓V23：-0.32 V，出束正常。暫時(shí)不裝頂蓋以應(yīng)急治療病人，并訂購(gòu)新高壓線。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

出現(xiàn)“10-4trp T”連鎖，提示靶端真空故障。

2.3.2 故障檢查與處理

檢查監(jiān)視器真空顯示，“Vac Gun：-3.6；Vac Targ：-3.4”，離子泵發(fā)熱。根據(jù)真空顯示數(shù)值表明真空系統(tǒng)已破壞，離子泵已過(guò)流保護(hù)[11]。立即斷開(kāi)離子泵電源開(kāi)關(guān)CB10，外接機(jī)械泵抽7 h后給離子泵加電，槍端可到-5.8，靶端可到-5.7，出束訓(xùn)練后正常。但2 h后又出現(xiàn)“10-4trp T”連鎖，因此懷疑真空系統(tǒng)可能有雜質(zhì)或漏氣，于是用干燥的氮?dú)膺B續(xù)充抽5次，重建真空，真空度和上次一樣，但發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)架時(shí)靶端真空度突然升到-4.5，隨著機(jī)架的旋轉(zhuǎn)又恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)值[12-13]。檢查電子槍、離子泵、微波采樣口、波紋管等連接處正常，懷疑輸出波導(dǎo)窗有泄漏，用真空密封膠涂抹后稍有改善，因此更加確信是波導(dǎo)窗的問(wèn)題。更換新的波導(dǎo)窗，用干燥的氮?dú)夥磸?fù)充抽，以排除真空系統(tǒng)內(nèi)漏進(jìn)的SF6氣體，重建真空。離子泵通電后槍端下降較快，靶端下降較慢，估計(jì)是因靶端SF6氣體污染嚴(yán)重，2 h后槍端降到-5.9，靶端降到-5.7，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)架數(shù)值基本不變，出束訓(xùn)練后兩端均到-6以下，故障消失。

2.4 故障四

2.4.1 故障現(xiàn)象

出現(xiàn)“10-4trp T”連鎖，提示靶端真空故障。

2.4.2 故障檢查與處理

檢查監(jiān)視器真空顯示，“Vac Gun：-4.6；Vac Targ：-3.5”，離子泵發(fā)燙。真空顯示數(shù)值表明真空系統(tǒng)已破壞，立即斷開(kāi)離子泵電源開(kāi)關(guān)CB10，用分析醇給離子泵降溫[14]。外接機(jī)械泵抽7 h后給離子泵加電，槍端可將至-5.8，靶端可降至-5.6，但靶端下降較慢。旋轉(zhuǎn)機(jī)架時(shí)靶端突然升至-3.8不再變化。因上次波導(dǎo)窗泄漏，SF6氣體對(duì)靶端離子泵損傷較大，可能已不能工作。更換新離子泵后真空度仍不穩(wěn)定，用電吹風(fēng)加熱靶端離子泵與加速管的連接管，真空度可降至-6.1，但轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)架時(shí)靶端又升至-4.2。當(dāng)進(jìn)行X線、電子線轉(zhuǎn)換時(shí)（波紋管有伸縮運(yùn)動(dòng)）靶端真空度稍有波動(dòng)，因此懷疑泵下連接管或波紋管有問(wèn)題[15]。首先更換波紋管組件（drift tube assembly）,重建真空，靶端可降至-5.6，槍端可降至-5.8（不加槍電流時(shí)），轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)架和進(jìn)行X線、電子線轉(zhuǎn)換，數(shù)值基本不變。經(jīng)過(guò)6 h的出束訓(xùn)練，槍、靶真空度穩(wěn)定在-5.8和-5.7，出束正常，一周后降至-6.2和-6.3。

3 小結(jié)

故障一根據(jù)濺射式離子泵長(zhǎng)期工作后雜質(zhì)容易脫落造成短路的特點(diǎn)，采用敲擊法予以排除，延長(zhǎng)了離子泵使用壽命。故障二提示高壓線也是應(yīng)注意的環(huán)節(jié)，特別是在連接頭的內(nèi)部，并提供了一種應(yīng)急處理辦法。故障三和故障四故障現(xiàn)象相同，但故障點(diǎn)不同。用電吹風(fēng)加熱利用熱脹冷縮來(lái)改變漏氣點(diǎn)狀態(tài)，觀察真空度數(shù)值變化，是一種確定故障范圍的有效辦法。

特別注意的是，重建真空時(shí)外接機(jī)械泵的抽氣時(shí)間應(yīng)使真空度降至-4以下，以保證離子泵電源順利啟動(dòng)并減少離子泵的負(fù)荷，延長(zhǎng)其使用壽命。同時(shí)密切關(guān)注離子泵溫度，若過(guò)熱應(yīng)立即關(guān)閉其電源，繼續(xù)使用機(jī)械泵。

槍燈絲訓(xùn)練時(shí)（特別是更換槍燈絲后），只有當(dāng)真空度降至-5.5以下才可接上燈絲電源線，且在不出束條件下電流值由0逐漸增加（因燈絲發(fā)熱后真空數(shù)值會(huì)明顯上升）。若真空度升至-5.0以上，應(yīng)立即將電流降回原來(lái)值，待真空度下降至-5.5以下再升槍電流，直到最大待機(jī)電流（電子線時(shí)為4A，X線時(shí)5.25A）時(shí)真空度仍穩(wěn)定才可出束訓(xùn)練[16]。出束訓(xùn)練也應(yīng)按從小電流到大電流、低劑量率到高劑量率的順序進(jìn)行，直至出束過(guò)程中真空度穩(wěn)定在-5.5以下才可治療病人。這樣可有效保護(hù)燈絲和陰極，延長(zhǎng)其使用壽命。

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本文編輯 劉峰

Trubleshooting of Elekta Precise Linear Accelerator’s Vacuum System

WEI Xu-guo

Department of Radiotherapy, Liaocheng People’s Hospital, Liaocheng Shandong 252000, China

This paper described structure composition and working principle of Elekta Precise linear accelerator vacuum system, and 4 classic faults of this machine were explained. Through formulating specific checking and maintenance method, these faults were solved. Therefore, it is necessary to acquire structure composition, working principle and interconnected control of linear accelerator vacuum system, which could promote quick and accurate troubleshooting of these faults, minimize negative effects on patient treatment.

linear accelerator; vacuum system; electron gun; tumor radiotherapy; ion pump

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.08.027

1674-1633(2017)08-0101-03

2016-12-12

2017-01-23

作者郵箱：sdlcwxg@163.com