IBACYCLONE10/5回旋加速器故障分析與體會

張峰，吳克寧，陳宇導，吳春興

1.中山大學附屬第三醫院　核醫學科，廣東　廣州　510630；2.中山大學附屬第一醫院　核醫學科，廣東　廣州　510080

IBACYCLONE10/5回旋加速器故障分析與體會

張峰1，吳克寧2，陳宇導1，吳春興1

1.中山大學附屬第三醫院核醫學科，廣東廣州510630；2.中山大學附屬第一醫院核醫學科，廣東廣州510080

[摘要]目的分析回旋加速器在beamon（運行狀態）過程中出現的兩個典型故障的原因，總結排查和解決故障的經驗。方法根據故障檢測軟件提示初步判斷故障范圍，針對故障1，在beamon時，檢測與分析射頻電壓與高頻發射機停止的關系；針對故障2在Beamon時SOURCE（離子源系統）無法啟動，分析output selected（輸出靶位選擇）錯誤信息的原因，分別采取相應處理對策。結果故障1為二級水冷系統工作異常所致射頻電壓不穩定，可造成其過流保護而導致高頻發射機停止工作，通過屏蔽水流短路點后，該密封冷卻水循環裝置的故障得以排除。故障2是由電源故障導致SOUR CE無法啟動，更換電源即解決。結論根據故障檢測提示尋找故障原因，針對性檢測和維修，可有效地解決故障，提高工作效率。

[關鍵詞]回旋加速器；射頻電壓；電源故障

0　前言

隨著PET/CT的臨床應用越來越廣泛，正電子藥物,如18F、11C、13N等的需求也在相應增加。醫用回旋加速器作為正電子藥物的生產設備，其使用率也越來越高[1]。但是，醫用回旋加速器是一個集醫學、數學、物理學、計算機學等于一身的大型醫用設備，工作系統復雜，日常使用中的故障率也相對較高。IBA CYCLONE 10/5回旋加速器是比利時IBA公司研制的正電子藥物制備系統。主要生產11C、13N、15O、18F等顯像藥物。本文詳細介紹了IBA CYCLONE 10/5回旋加速在 Beam on 時遇到的2個故障及其處理方法。

1　故障一

1.1故障現象

在加速器處于運行狀態（beamon）中，射頻電壓不穩定，在一段時間內出現過流保護，高頻發射機停止工作。

1.2故障分析與診斷

射頻系統功能簡圖，見圖1。加速器的射頻電壓由1個10k W的單邊諧振放大器通過50Ω同軸電纜將高頻功率傳輸到回旋加速器主體，再通過電感耦合方式將功率饋入高頻諧振腔。而高頻諧振腔內射頻的穩定性受真空、水冷、離子引出系統、高頻發射機本身性能狀態等影響。

圖1　射頻系統功能簡圖

待機狀態下，機器真空為1.1×10-6mba。將機器切換到進入系統操作（Access）狀態后，加速器主磁場線圈（MAINCOIL S）、射頻系統（RFS YSTE M）進入工作狀態，離子源系統（S OURCE）處于待機狀態，真空下降到5.0×10-6mb a，真空狀態穩定。此時，機器射頻電壓能穩定在30kV。據此，可以排除真空系統泄漏和離子源部分打火引起射頻波動和過流的故障原因。

保持機器在Access狀態運行約10min，射頻電壓開始出現波動，高頻發射機停止工作，射頻控制柜提示過流錯誤信息。因為之前射頻電壓在一段時間內能穩定工作，故懷疑機器水冷系統工作異常導致射頻部分散熱不良。打開諧振腔檢查，發現射頻D形盒射頻饋入端有高溫烘烤痕跡，銅板溫度異常高，整個銅板表面呈高溫后的黑紅色狀態。而另一端的D形盒溫度處于常溫狀態（約25℃）。因此，考慮本次故障為水冷系統工作異常所致。加速器水冷系統分一級水冷和二級水冷。一級水冷給二級水冷進行熱交換，保證二級水冷的溫度在18～25℃。二級水冷主要對擴散泵、靶體、射頻部分、離子引出源等高溫部分進行冷卻。回旋加速器工作時對內部溫度恒定有很高要求，如果水冷系統為射頻D形盒提供的冷卻水溫度達不到要求，會導致射頻D形盒溫度過高而變形，與離子引出系統間距變小，放電頻率增加，造成加速器的射頻頻率極不穩定，機器不能正常工作[2]。

斷開D形盒以外的水循環管路進行檢查，發現其循環良好，沒有問題。而D形盒散熱連接銅管為密封裝置，無法拆開來檢查。但根據液體連通器的工作原理，可以對這類密封裝置進行檢測。液體連通器的工作原理是：液面以下相互連通的2個或幾個容器盛有相同液體，其液面高度相等，液面上的壓力也相等的內部連通的封閉循環裝置。通過檢測，發現外圍測試水平面只能保持在入水口往上約2cm位置，據此，懷疑該密封循環裝置可能存在短路點，使冷卻水流不能按設計要求到達D形盒散熱端。至此判斷，本故障是因為射頻D形盒冷卻水流循環異常，使其散熱不良，持續高溫變形后，其與離子源間的距離過近而短路，導致過流保護。

1.3故障處理

由于D形盒散熱連接銅管為密封裝置，拆開維修銅管可能會影響諧振腔中心區結構，勢必影響整個系統的穩定性能。因此，在不改動原有管路的情況下，應優先考慮采用屏蔽或旁路的方法解決問題，最終，在插入1根耐高溫硅膠導管屏蔽水流短路點后，該密封冷卻水循環裝置的故障得以排除。經檢測，射頻D形盒冷卻后物理變形恢復正常，與離子源系統的間距恢復正常狀態（約1.3mm）,將全部部件復原后，重新開機測試，加速器恢復正常運轉[3]。

此外，為了避免管路結垢、腐蝕、漏電甚至短路，水冷系統采用去離子過濾設備使冷卻水保持較低的電導率[4]。IBA回旋加速器使用半年左右，建議更換離子交換樹脂。否則，有可能因內循環（密封冷卻水循環裝置）中水的電導率過高而使主機保護性停機，影響日常工作[5]。

2　故障二

2.1故障現象

加速器處于運行狀態（Beamon）時，離子源系統無法啟動，報輸出靶位選擇（outputselected）錯誤。

2.2故障分析與診斷

回旋加速器有 8 個輸出靶位，而每個靶位對應的碳膜支架上有 2 塊碳膜。離子源系統引出的氫氣負離子束流穿過碳膜后剝離了束流上的負離子轟擊到靶上。在Beam on 時，離子源系統（SOURCE）需要滿足安全互鎖系統、氦冷、水冷、磁場、射頻、靶位選擇達到預設要求后方能正常工作。通過檢查操作系統上離子源系統的狀態，發現輸出靶位選擇顯示未正常加載，且碳膜剝離系統驅動器（Stripper Drivers）上顯示碳膜驅動過極限（LIMIT）錯誤，懷疑為碳膜剝離器（Stripper）驅動位置超過極限。

卸下真空裝置，打開屏蔽門，打開回旋加速器諧振腔，發現碳膜支架在不停的順時針旋轉，無法達到系統預設的工作位置。碳膜支架上的 2 塊碳膜位置，是在加速器工作過程中設置到其束流轟擊到靶上最高效率的預設點，把對應預設點的電壓值存儲到 PLC（可編程控制器）。而此時的碳膜找不到 PLC 內存儲的位置信息，碳膜的位置信息在操作系統的碳膜位置調節界面上也沒有反饋值，無法進行選擇或更換。回旋加速系統預設了 2 塊碳膜的位置信息，此位置信息由碳膜支架旋轉驅動電機里的同步電位器來反饋。通過電路分析，該電位器由碳膜支架旋轉驅動器提供 ±10 V 電壓做取樣并反饋其位置信息。用數字萬用表測量，發現該 ±10 V 電壓無輸入，驅動器也無電壓輸出。至此確定，碳膜支架驅動板沒有為其同步電位器提供 ±10 V 取樣、反饋電壓，導致碳膜與粒子束流或靶位置無法匹配，最終使得 SOURCE（離子源系統）無法啟動而報錯。

2.3故障處理

檢查碳膜剝離器驅動電源，用數字萬用表測量，供電輸入220V正常，而輸出±15V和±10V,為0。更換碳膜剝離器驅動電源后，開機測試，加速器恢復正常運行。

醫用回旋加速器一般都有幾套靶系統，通常情況下都是使用1個碳膜來控制靶位的改變。所以，碳膜的控制都會有1套牽引的驅動裝置。當碳膜的來回牽引控制線圈出現松動時，也會出現類似的問題。此時，只需固定牽引線圈，便可排解故障[6]。

3　維修小結

不同型號的醫用回旋加速器結構有較大的差異，但它們一般包括：磁場、射頻（RF）、離子源、真空、離子引出、靶、冷卻和屏蔽系統等主要組件，且各個系統之間聯系緊密。尤其回旋加速器諧振腔的中心區在維修中須格外注意，不要因輕易改變其物理位置而引起機器參數的變化，從而導致系統整體性能的變化。加速器的結構龐大，原理復雜，在排除故障時要冷靜地觀察與分析，盡量借助簡單易行的手段和方法，有效地解決問題，避免問題擴大化，既保證儀器整體性能的穩定性，又能有效地控制維修成本。應詳細記錄每次故障現象和維修過程，以備將來參考。故障維修要在分析故障檢測軟件的錯誤信息的基礎上，縮小硬件檢測范圍，有針對性進行硬件檢測，就會比較容易發現硬件故障，縮短維修時間，提高維修效率。

[參考文獻]

[1] 李亞明,陳松,田嘉禾.2010年全國核醫學現狀普查[J].中華核醫學雜志,2010,30(6):428-429.

[2] 李東,尚進.IBA回旋加速器18/916kW發射機故障檢修[J].醫療衛生裝備,2012,33(7):141.

[3] 魏科緒.IBA回旋加速器故障及維修[J].醫療衛生裝備,2004, (6):267.

[4] 胡嘯.醫用緊湊型回旋加速器水冷系統設計[J].中國醫療設備, 2012,27(5):26-28,46.

[5] 梁耿,劉大鵬,蘇毅.醫用回旋加速器常見故障維修3例[J].醫療衛生裝備.2012,33(8):133-134.

[6] 顏和平.醫用回旋加速器射頻系統原理及其影響因素的研究[J].中國醫學裝備,2013,10(7):31-33.

作者郵箱：zzzfff168@163.com

[中圖分類號]TL542

[文獻標志碼]B

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.02.051

[文章編號]1674-1633(2014)02-0146-02

收稿日期：2013-04-22

Troubleshooting of IBA CYCLONE 10/5Circular Accelerator

ZHANG Feng1, WU Ke-ning2, CHEN Yu-dao1, WU Chun-xing1
1.Department of Nuclear Medicine, the Third Hospital Affiliated to Sun Yat-Sen University, Guangzhou Guangdong 510630, China; 2. Department of Nuclear Medicine, the First Hospital Affiliated to Sun Yat-Sen University, Guangzhou Guangdong 510080, China