西門子高能電子直線加速器PRIMUS－H速調(diào)管故障的檢測分析與排除

鄧建國

(湖南湘西州腫瘤醫(yī)院，湖南湘西416000)

西門子高能電子直線加速器PRIMUS－H速調(diào)管故障的檢測分析與排除

鄧建國

(湖南湘西州腫瘤醫(yī)院，湖南湘西416000)

目的:對西門子高能醫(yī)用電子直線加速器速調(diào)管出現(xiàn)的故障從原理參數(shù)及多角度檢測分析，并提供解決辦法。結(jié)論:對速調(diào)管出現(xiàn)的故障的檢修，必須判斷準(zhǔn)確，綜合分析。

直線加速器;速調(diào)管;打火;老化

速調(diào)管能將微波源輸出的幾十瓦的微波能量放大到幾兆瓦，再通過波導(dǎo)管傳輸?shù)郊铀俟埽峁╇娮邮铀傩枰哪芰?。下面將對速調(diào)管的兩種典型故障現(xiàn)象進(jìn)行分析。

1 速調(diào)管燈絲老化問題

1.1 故障現(xiàn)象

一臺(tái)西門子高能直線加速器PRIMUS－H在出束 (6MV)過程中出現(xiàn)劑量率緩慢上升的情況，劑量率預(yù)置值為300MU/MIN，但初始劑量率只有220～230MU/MIN，幾十秒后慢慢上升至預(yù)置值，爬坡現(xiàn)象明顯，出12#、13#、53#、54#等劑量率聯(lián)鎖。其它能量同樣情況。進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化后，故障現(xiàn)象依舊。

1.2 分析檢測

旁路硬件和軟件聯(lián)鎖后，出束檢查IS、PULSEI、INJI、反射波等波形，均正常;微波源波形、脈寬、重復(fù)頻率、幅值也正常;再檢查水冷卻系統(tǒng)，也無異常，這樣排除了速調(diào)管周邊部件如調(diào)制器和其它電路的故障。

1.3 故障確診及排除

排除調(diào)制器和其它電路故障后，針對故障現(xiàn)象，懷疑是速調(diào)管燈絲老化所引起。遂將速調(diào)管燈絲電流調(diào)高0.2A，再出束時(shí)初始劑量率明顯提高，燈絲電流調(diào)高0.5A后，劑量率基本恢復(fù)正常。上述加速器故障現(xiàn)象是速調(diào)管的一種典型的故障現(xiàn)象。由于速調(diào)管燈絲老化，導(dǎo)致電子發(fā)射不足，只能調(diào)高燈絲電流，來加強(qiáng)速調(diào)管的燈絲電子發(fā)射。但是燈絲電流不可無限制增加，如果燈絲電流過大，就會(huì)導(dǎo)致速調(diào)管打火。

2 速調(diào)管打火問題

2.1 故障現(xiàn)象

一臺(tái)西門子高能直線加速器PRIMUS－H在出束 (6MV)時(shí)，一上高壓就出30#調(diào)制器聯(lián)鎖，進(jìn)機(jī)房觀察到K2輔助聯(lián)鎖的CHARGESYSTEM燈滅，提示充電系統(tǒng)故障。復(fù)位后聯(lián)鎖消失，再次上高壓時(shí)又出現(xiàn)同樣現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)充電抽屜面板的IS燈滅。

2.2 故障分析檢測

IS信號(hào)為充電電流檢測，充電過程中，IS取樣信號(hào)輸入到充電抽屜的FLYBACKENERGYREGULATION板，如果充電電流過高，會(huì)引起CHARGEFAULT，導(dǎo)致CHARGESYSTEM聯(lián)鎖。此故障現(xiàn)象說明高壓油箱內(nèi)調(diào)制器部分有短路現(xiàn)象。根據(jù)電路分析，反峰二極管最有可能。油箱放油后，取下閘流管，測量閘流管陽極對地電阻，發(fā)現(xiàn)的確短路。再從閘流管的安裝孔處測量反峰二極管，證實(shí)了之前的分析，反峰二極管組擊穿。取下反峰二極管組，測量發(fā)現(xiàn)整組反峰二極管全部擊穿。更換整組反峰二極管，測量閘流管陽極對地電阻，恢復(fù)正常。由于調(diào)制器部分位于油箱內(nèi)部，想將整個(gè)調(diào)制器取出難打太大，于是選擇了從閘流管安裝孔處操作，難度也較大，因此更換時(shí)必須耐心細(xì)致。

2.3 故障確診及排除

更換反峰二極管后，機(jī)器恢復(fù)正常，但是兩天后又再次出現(xiàn)同樣故障。檢測發(fā)現(xiàn)反峰二極管再次擊穿。根據(jù)故障現(xiàn)象分析，導(dǎo)致上述故障的原因可能有:①速調(diào)管打火引起，②高壓油箱變壓器油質(zhì)下降引起，③二極管本身老化引起。鑒于上述可能的原因，考慮到速調(diào)管價(jià)值高，更換復(fù)雜，因此不可輕易下結(jié)論判定是速調(diào)管故障，只有將其它因素排除后，綜合所有的故障現(xiàn)象來確定。因此進(jìn)行了高壓絕緣油的高壓擊穿測試，證明油質(zhì)正常。至于是不是反峰二極管本身老化引起，不好判斷，但是同樣故障一再發(fā)生，因此也可以排除了二極管本身的問題。再一次更換反峰二極管組，機(jī)器又可以出束。

3 反峰二極管組及反峰電路的作用

直線加速器高壓調(diào)制器有三種工作狀態(tài):匹配狀態(tài)、正失配失配、負(fù)失配狀態(tài)。對于高能機(jī)，調(diào)制器的負(fù)載就是速調(diào)管。當(dāng)調(diào)制器脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(PFN)的阻抗與負(fù)載的阻抗一致時(shí)，PFN上的能量可以被負(fù)載全部吸收，PFN上的電壓在放電后電壓將為0，此狀態(tài)稱為匹配狀態(tài);當(dāng)PFN的阻抗小于負(fù)載的阻抗時(shí)，PFN上的能量無法被負(fù)載全部吸收，在PFN放電后電壓大于0，此狀態(tài)為正失配狀態(tài);當(dāng)PFN的阻抗大于負(fù)載阻抗時(shí)，PFN上的能量也無法被負(fù)載全部吸收，在PFN放電后仍然存在一個(gè)負(fù)電壓，此狀態(tài)稱為負(fù)失配狀態(tài)。實(shí)際中調(diào)制器一般工作在輕微的負(fù)失配狀態(tài)，因?yàn)镻FN放電后殘存的很小的負(fù)電壓有利于閘流管的消電離。反峰電路的作用就在于，當(dāng)調(diào)制器處于負(fù)失配狀態(tài)時(shí)，消耗掉PFN上殘存的負(fù)電壓。但是，在負(fù)失配嚴(yán)重時(shí)，如速調(diào)管打火，負(fù)載相當(dāng)于短路，負(fù)載阻抗接近于0，PFN放電后仍然殘存很高的負(fù)電壓，待下一個(gè)充電周期時(shí)，充電電壓會(huì)提高幾倍。這個(gè)電壓在通過反峰電路消耗時(shí)，由于過流，而導(dǎo)致反峰二極管被擊穿。

更換速調(diào)管后，機(jī)器恢復(fù)正常，也未再出現(xiàn)反峰二極管被擊穿的現(xiàn)象。由于速調(diào)管價(jià)值高，更換復(fù)雜，不易替代，因此在判斷時(shí)要謹(jǐn)慎并準(zhǔn)確。

［1］顧本廣.醫(yī)用加速器［M］.科學(xué)出版社.

［2］楊紹洲.醫(yī)用電子直線加速器 (LA)設(shè)備技術(shù)學(xué)，中國醫(yī)學(xué)裝備協(xié)會(huì).

TL53

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1002－2376(2015)03－0098－02

2014－11－21