西門子高能電子直線加速器PRIMUS－H速調管故障的檢測分析與排除

鄧建國

(湖南湘西州腫瘤醫院，湖南湘西416000)

西門子高能電子直線加速器PRIMUS－H速調管故障的檢測分析與排除

鄧建國

(湖南湘西州腫瘤醫院，湖南湘西416000)

目的:對西門子高能醫用電子直線加速器速調管出現的故障從原理參數及多角度檢測分析，并提供解決辦法。結論:對速調管出現的故障的檢修，必須判斷準確，綜合分析。

直線加速器;速調管;打火;老化

速調管能將微波源輸出的幾十瓦的微波能量放大到幾兆瓦，再通過波導管傳輸到加速管，提供電子束加速需要的能量。下面將對速調管的兩種典型故障現象進行分析。

1 速調管燈絲老化問題

1.1 故障現象

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

1.2 分析檢測

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

1.3 故障確診及排除

排除調制器和其它電路故障后，針對故障現象，懷疑是速調管燈絲老化所引起。遂將速調管燈絲電流調高0.2A，再出束時初始劑量率明顯提高，燈絲電流調高0.5A后，劑量率基本恢復正常。上述加速器故障現象是速調管的一種典型的故障現象。由于速調管燈絲老化，導致電子發射不足，只能調高燈絲電流，來加強速調管的燈絲電子發射。但是燈絲電流不可無限制增加，如果燈絲電流過大，就會導致速調管打火。

2 速調管打火問題

2.1 故障現象

一臺西門子高能直線加速器PRIMUS－H在出束 (6MV)時，一上高壓就出30#調制器聯鎖，進機房觀察到K2輔助聯鎖的CHARGESYSTEM燈滅，提示充電系統故障。復位后聯鎖消失，再次上高壓時又出現同樣現象，檢查發現充電抽屜面板的IS燈滅。

2.2 故障分析檢測

IS信號為充電電流檢測，充電過程中，IS取樣信號輸入到充電抽屜的FLYBACKENERGYREGULATION板，如果充電電流過高，會引起CHARGEFAULT，導致CHARGESYSTEM聯鎖。此故障現象說明高壓油箱內調制器部分有短路現象。根據電路分析，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，發現的確短路。再從閘流管的安裝孔處測量反峰二極管，證實了之前的分析，反峰二極管組擊穿。取下反峰二極管組，測量發現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，恢復正常。由于調制器部分位于油箱內部，想將整個調制器取出難打太大，于是選擇了從閘流管安裝孔處操作，難度也較大，因此更換時必須耐心細致。

2.3 故障確診及排除

更換反峰二極管后，機器恢復正常，但是兩天后又再次出現同樣故障。檢測發現反峰二極管再次擊穿。根據故障現象分析，導致上述故障的原因可能有:①速調管打火引起，②高壓油箱變壓器油質下降引起，③二極管本身老化引起。鑒于上述可能的原因，考慮到速調管價值高，更換復雜，因此不可輕易下結論判定是速調管故障，只有將其它因素排除后，綜合所有的故障現象來確定。因此進行了高壓絕緣油的高壓擊穿測試，證明油質正常。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

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

更換速調管后，機器恢復正常，也未再出現反峰二極管被擊穿的現象。由于速調管價值高，更換復雜，不易替代，因此在判斷時要謹慎并準確。

［1］顧本廣.醫用加速器［M］.科學出版社.

［2］楊紹洲.醫用電子直線加速器 (LA)設備技術學，中國醫學裝備協會.

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1002－2376(2015)03－0098－02

2014－11－21