回旋加速器離子源故障分析

韋 偉

1 回旋加速器概述

回旋加速器系統(tǒng)是生產(chǎn)放射性核素的設(shè)備，其主要功能在于用加速后的粒子流轟擊靶材料，使靶材料發(fā)生核反應(yīng)而產(chǎn)生具有放射性的核素。我院引進(jìn)的MINItrace回旋加速器系統(tǒng)主要包括∶離子源系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、磁場系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、束流診斷系統(tǒng)、萃取系統(tǒng)、靶系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)(包括水冷和氦冷)、控制系統(tǒng)、屏蔽等[1]。

對(duì)回旋加速器在使用過程中的問題，不斷摸索并總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，就回旋加速器離子源出現(xiàn)過的故障進(jìn)行了分析，并加以排除。

2 回旋加速器故障分析

2.1 故障現(xiàn)象

工作束流不能加到35 μA。在使用回旋加速器半年左右，由于當(dāng)日患者量比較多，希望通過加大束流多生產(chǎn)一些18F離子，在加大工作束流到30 μA時(shí)，觀察system status(系統(tǒng)狀態(tài))界面，vacuum pressure(真空度壓力)從正常1.8×10-5mbar升高接近2.9×10-5mbar，ion source current(離子源電源)從450 mA升高到1000 mA以上，系統(tǒng)穩(wěn)定輸出狀態(tài)被打破后，直接退出生產(chǎn)界面，系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)Fault in RF system(射頻系統(tǒng)錯(cuò)誤)，F(xiàn)aultin Ion source(離子源錯(cuò)誤)[2]。與GE工程師聯(lián)系，重新進(jìn)入生產(chǎn)界面，為保證當(dāng)日患者的正常診斷，臨時(shí)處理方案[3]將工作束流降低至15 μA，同時(shí)降低氫氣的供氣壓力至0.4 MPa，保證系統(tǒng)的真空度維持在1.8×10-5mbar左右，延長轟擊時(shí)間，從而達(dá)到增加18F離子的產(chǎn)量，完成當(dāng)天患者的供藥量。

2.2 原因分析

回旋加速器不能正常工作的原因有兩種可能∶離子源的位置不是在最佳工作點(diǎn)和離子源效率降低(離子源處經(jīng)過半年的工作，由于真空度、氫氣源純度等諸多原因打火造成的毛刺、結(jié)痂致使導(dǎo)電性能下降等)[4]。

2.3 故障處理

首先，在不打開真空腔的情況下，接駁離子源位置調(diào)整裝置，通過調(diào)整離子源的位置，觀察system status界面各參數(shù)的變化，其中ion source current稍有好轉(zhuǎn)，但改善效果不明顯，vacuum pressure不見有明顯改善，判斷與離子源位置無明顯關(guān)系。

打開真空腔后，將離子源拆卸下后發(fā)現(xiàn)離子源處有明顯的打火，陰極附近有明顯的結(jié)痂(如圖1所示)。

圖1 離子源實(shí)際效果圖

在GE公司工程師的配合下，用無水酒精、紗布、竹簽等工具為離子源進(jìn)行清理之后用離子源專用測量工具(卡子+3 mm固定針+1 mm固定針)將離子源按正確位置裝配好，在關(guān)閉真空腔時(shí)，為真空腔的密封圈進(jìn)行了處理，以保證真空腔的密封性[5]。由于回旋加速器真空腔的真空度被破壞，在完成抽真空之后，用MSS維修軟件對(duì)離子源和射頻重新調(diào)試，具體調(diào)試如下∶

2.3.1 射頻調(diào)試

打開維修軟件，進(jìn)入RF SYSTEM界面，將Dee電壓從10 kV逐步加到工作電壓33 kV，開始調(diào)整步進(jìn)值一般為1 kV，當(dāng)工作電壓加到32 kV以上之后，電壓調(diào)整的步進(jìn)值為0.1 kV，每一個(gè)電壓上調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)為盡可能少地出現(xiàn)SPAEK(通常理解為真空腔內(nèi)的高功率射頻打火)[6]。

2.3.2 離子源調(diào)試

打開維修軟件，進(jìn)入Beam Control界面，先將MAGNET電流穩(wěn)定在133.5 A，然后穩(wěn)定Dee電壓在33 kv，打開IS ON，設(shè)置離子源電流，從50 mA逐步加大到700 mA，步進(jìn)值為50 mA，觀察PROBE上的電流值及Dee電壓是穩(wěn)定，在打火情況比較少的時(shí)候，加大離子源的電流，最終使離子源的電流工作在正常工作狀態(tài)。

3 結(jié)果

在完成射頻及離子源的調(diào)試之后，用master工作站實(shí)際轟擊16O水，工作束流25 μA，轟擊時(shí)間為30 min，并記錄所生產(chǎn)的放射性產(chǎn)物的活度，與正常工作時(shí)的活度進(jìn)行對(duì)比可知回旋加速器恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

4 結(jié)論

通過對(duì)回旋加速器離子源故障的排除，要維護(hù)好離子源系統(tǒng)，延長離子源的使用壽命，工作束流應(yīng)該在滿足臨床需要的前提下，盡可能小一些的工作束流，延長一點(diǎn)束流轟擊的時(shí)間，減小系統(tǒng)的打火，從而達(dá)到延長使用壽命的目的。

[1]戴紅峰.GE MINItrace回旋加速器磁場系統(tǒng)的故障排除[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2007，28(7)∶91-92.

[2]張忠太，張紅雨.GE Minitrace醫(yī)用回旋加速器正電子藥物生產(chǎn)報(bào)錯(cuò)分析及故障處置[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2007，25(7)∶118-119.

[3]賈永峰，韓雨.GE MINItrace cyclotron 回旋加速器離子源打火故障分析[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2003，18(9)∶67，75.

[4]王穎，唐文偉.醫(yī)用回旋加速器束流引出位置對(duì)液體靶工作效率的影響[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2010，25(12)∶7-9.

[5]張衛(wèi)東，何開進(jìn).回旋加速器離子源的維護(hù)[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2008，29(10)∶119-120.

[6]張衛(wèi)東，何開進(jìn).回旋加速器射頻和離子源的綜合調(diào)試[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2009，30(1)∶120.