醫用直線加速器磁控管原理及故障維修

摘 要：目的：分析醫用直線加速器磁控管的工作原理，總結其常見故障，探討對射磁控管故障的維修方法。方法：醫用直線加速器工作異常時，馬上停止治療。首先調節機器的各類參數，若不能恢復正常，需進行各類劑量和波形觀測，發現問題出在什么地方，最后綜合各類結論和意見，形成解決方案。結果：經過維護和保養，醫用直線加速器可以維持較好的工作狀態。結論：醫用直線加速器是較為精密復雜的儀器，磁控管是直線加速器的核心部件之一，由于頻繁應用會出現老化現象，使用過程中操作不標準會加速老化過程。日常維護時要加強對磁控管的保養。

關鍵詞：醫用直線加速器 磁控管 原理 故障維修

中圖分類號：TD774 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-0-01

醫用直線加速器在腫瘤患者的放射治療中有著廣泛的應用，但隨著其使用次數和時間的增加，磁控管這一核心組件日益出現老化現象[1]。磁控管可以產生電子加速場，它的工作電壓高達幾十千伏，電流高達數百安培，因此容易老化和損壞。一旦磁控管出現問題，將導致整臺醫用直線加速器無法運行[2]。直線加速器的生產廠商通常都會做出保用高壓小時的承諾，當其加速器的使用時間超過或接近保用高壓小時的時候，要注意經常檢修，及時更換新的磁控管。此時，若直線加速器出現故障，首先要考慮的便是磁控管的故障。磁控管是醫用直線加速器的易損部件，我院對其進行了數次維修及定期維護，現將其經驗總結如下，希望能為同仁們提供幫助。

1 醫用直線加速器的工作原理

在生物醫學上，醫用加速器是一種可以對腫瘤進行放射治療的粒子加速器裝置。現在在放射治療中電子直線加速器使用最普遍。醫用直線加速器的原理是高能電子的速度被加速到達到亞光速，之后與微波電場相互作用，使電子獲得更高的能量，電子的質量不斷增大，但其速度增加不多。經過電場作用的高能電子可作為電子線治療載體直接引出。加速器的磁控管是高能加速器的核心組件。

2 磁控管的工作原理

2.1 磁控管的結構

磁控管自身可以發射出高功率的微波，它是一種自激振蕩器。根據工作方式的不同，磁控管分為連續波磁控管和脈沖磁控管兩類。連脈沖磁控管工作時，需要在磁控管的陽極給以脈沖電壓。脈沖磁控管可以達到功率值很高的脈沖功率[3]。目前最為廣泛應用的是多腔磁控管，其主要結構包括陽極及振蕩系統，陰極及加熱燈絲，磁鐵，冷卻設施，調頻機構，能量輸出裝置。其中冷卻過程也可采取自然冷卻的方式，此時不需要冷卻設備。陽極塊多腔耦合腔鏈的頻率特性決定磁控管的振蕩頻率。

2.2 磁控管的工作原理

在低能量電子直線加速器中，普遍使用磁控管。磁控管可以利用電流和電壓的變化改變磁場的強度，通過磁場強度的改變控制陽極電流，它是一種電子二極管，可以產生微波振蕩。

作為一種自激振蕩器，磁控管頻率的穩定程度可以靠采用穩頻措施和改善微波傳輸系統控制。在磁控管的作用空間內，電子將會同時受到三個場的作用。第一個場是恒定電場，在恒定電場的作用下，外加的脈沖調制器（即陽極電源）所產生的能量被轉化為電子的動能，使電子擁有接近光速的速度。第二個場是恒定磁場，具有很高動能的電子在經過磁控管的作用空間時，由于自身帶電，發生軌跡彎曲，以旋轉運動的方式通過。第三個場是高頻電磁場，進行旋轉運動的電子，能夠激發耦合腔鏈，產生交變電磁場，其波長位于微波頻段。高頻場與電子作用的作用是，將電子貯存的動能轉化成微波能，因此電子的速度將會下降。磁控管是一個首尾相連接的環狀腔鏈，電子束在其中進行旋轉運動，它是一個駐波諧振腔鏈。與加速管不同的是，磁控管中的電子處在減速相位，從外加電源處獲得的巨大動能在高頻場的作用下被轉換成微博能，但是加速場中的電子處于加速相位。

3 故障及維修

3.1 磁控管老化

由于長時間處在高電壓、強電流狀態下，并且電場和磁場的場強不斷變化，導致磁控管容易老化，一般在磁控管的說明書上都標明高壓小時數，在磁控管的使用接近或超過此數值時，要注意對其進行檢修，及時更換新的磁控管。在正常使用時間內，也要對其進行定期維護，以增加其使用質量。磁控管老化時，表現為輸出功率下降，不能滿足高能電子線及各檔位X射線的正常工作，但低能檔電子束可以工作。這一現象是磁控管老化時的特征現象。維修人員可以根據聽覺、視覺判斷出原因，及時更換新的磁控管即可解決問題。

3.2 燈絲故障

直線加速器磁控管出現跳閘現象，或者電源顯示電流不斷升高，有可能超過磁控管燈絲的額定電流，這些現象提示磁控管燈絲電源發生故障。遇到這種情況，首先要區分是磁控管燈絲電源自身限流故障還是燈絲老化導致電流升高。若是燈絲老化，可以及時更換燈絲來解除問題，若是自身限流故障，則提示磁控管故障，需要檢修。

3.3 磁控管的老練

為了使磁控管內的保持高度的真空狀態，需要定期進行磁控管的老練，改善管內真空度并純化磁控管陰極。老練時將磁控管的陽極電壓逐步增加至額定值，分成數各階段。根據往次的老化經驗，隨著磁控管使用和存放時間的增加，老練時間逐漸延長，短則數分鐘，長則十幾個小時。存放的磁控管應定期進行老練，以免存放時間過長無法老練。對一臺直線加速器，可以配備幾個磁控管，交替使用，使之可以充分休息，能夠有效延長使用壽命，提高工作質量。

4 結語

醫用直線加速器是采用人工方法，將各類粒子加速到更高能量和速度的高能狀態的機器。其加速過程需要借助不同形態的電場，這是帶電粒子獲得能量所必需的[4]。它是醫學上的生物療法中用來放射治療腫瘤的粒子加速器裝置，常被稱為粒子加速器，簡稱加速器。根據被加速粒子的種類不同，粒子加速過程中所遵循的種類不同，及加速電場形態的不同，可將加速器分為各種不同的類型。目前最為常用的一種加速器是電子直線加速器。注意應當動態監測磁控管的頻率和加速管的固有頻率，并使二者保持一致，否則可能會引起系統的嚴重打火。總結直線加速器的常見故障及故障分析方法，患者的治療具有重要意義。

參考文獻

[1]王京陵.醫用直線加速器磁控管故障的鑒別[J].中國醫療器械雜志，2010，24（4）：239.

[2]溫旭.醫用直線加速器磁控管故障分析[J].深圳中西醫結合雜志，2010，11（5）：313.

[3]查玉華.醫用直線加速器磁控管偽故障的判斷與修復[J].醫療衛生裝備，2010，10（5）：65.

[4]李剛.醫用直線加速器磁控管原理及故障鑒別[J].醫療衛生裝備，2010，29（6）：94.