醫用加速器中閘流管的構造及故障維修三例

玉彪

廣州醫科大學附屬第五醫院設備科 （廣東廣州 510700）

閘流管是醫用加速器中的高頻高壓開關元件，主要用來控制儲能元件向負載放電，其工作過程主要分為3個階段，即柵極放電點火階段、放電由柵極到陽極發展階段、陽極到陰極的電弧放電階段［1］。醫用加速器中的閘流管具有功率大、體積小、效率高、點火時間穩定、消電離速度快、重復頻率高等優點，但其屬于消耗性元件，且價格較昂貴，故使用中應注意維護保養，以延長其使用壽命。現將醫用加速器中閘流管的構造、安裝與監測方法及故障維修三例報道如下。

1 閘流管的構造

醫用加速器中的閘流管是一種充滿氣體的電子三極管，與其他真空電子三極管結構相似，主要由陽極、陰極、柵極3部分組成，構造圖見圖1。陽極是一個平面圓盤，上部及四周設屏蔽網與其他部分隔離。陽極下方2～3 cm處是控制柵極，其表面覆蓋了一層細柵網，具有良好的導電、導熱性能，且熔點高、耐高壓。控制柵極下設有點火隔離極，其可改善閘流管的點火性能，縮短點火延遲時間，避免陽極電場穿過柵網到達陰極。陽極屏蔽罩、陽極細柵網、控制柵網、點火隔離極在電氣關系上相互關聯，且其與陰極、陽極均被固定于圓筒柵極殼內。陰極采用的是旁熱式陰極，外圍設有雙股螺旋燈絲，最外層設有保溫屏蔽，其不僅可降低加熱功率，使溫度均勻分布，而且能夠避免陰極材料濺射至柵極［2］。閘流管底端共有5個管腳，找到1腳后，沿順時針方向依次為2、3、4、5腳，其中，1腳和5腳為閘流管燈絲，2腳為地線，3腳為第一柵極，4腳為第二柵極。整個閘流管由玻璃罩保護，見圖2。

圖1 閘流管構造圖

圖2 閘流管實物圖

閘流管內裝有氫發生器，其是金屬管殼結構，管壁設孔，內置加熱絲，并充滿鈦氫合物粉末，該粉末在一定條件下可產生氣體以補充閘流管內不斷被吸收掉的氫氣，延長閘流管的使用壽命［3］。當加熱時，鈦氫化合物粉末便會分解并釋放出氫氣，氫氣經孔隙擴散至閘流管的內部空間；冷卻后，氫氣通過孔隙重新被吸收并形成鈦氫化合物，從而使閘流管內保持高真空狀態。閘流管內的氣壓與燈絲電壓密切相關，一般要求預熱3～5 min才可正常開始工作，若氣壓不足，則會使閘流管失去控制能力，加大管壓降，造成陽極過熱，縮短閘流管的壽命。

2 閘流管的安裝與監測

2.1 安裝

閘流管的安裝流程： （1）斷開醫用加速器整機電源，30 min后，打開調制柜的側面板，使用高壓放電棒對調制柜內的所有高壓元件逐一進行放電，尤其是對手可觸及的地方應進行反復放電，且放電后須將高壓放電棒懸掛于機器上指定的地方，避免高壓電容上電荷積蓄產生的二次高壓對人造成傷害；（2）拆除舊閘流管前，請勿用手掌試探其溫度，因整機運行時的閘流管溫度可達2 000℃以上，待閘流管自然冷卻降溫后，方可拆除舊閘流管，拆除閘流管時，擰松閘流管頂端陽極帽的固定螺釘，分離陽極帽，拔出閘流管，拔出后的閘流管應橫向放在平穩的水平面上，并將新的閘流管對準管腳方位插于插座上；（3）最后，使用沾過無水乙醇的無紡布擦拭閘流管的玻璃殼，避免因手掌的汗跡殘留在玻璃殼上而導致使用時熱量分布不均發生爆裂。

閘流管安裝時的注意事項：閘流管是一個高真空的玻璃管，裝置時應保持豎直（如瓦里安機型）或橫向（如西門子機型和醫科達機型），不可倒置，因倒置后可能使陰極氧化物的粉塵或微粒進入柵極空間，使閘流管不能正常工作，同時，閘流管內金屬電極受熱后變軟，甚至會出現打火現象，或損壞。

2.2 監測

為保障閘流管的正常使用，工程師應對其進行定期的監測，主要監測閘流管的燈絲電壓和第一柵極電壓［4］。工程師在每個季度做機器保養的時候，應測量閘流管的燈絲電壓和第一柵極電壓并做相應記錄。閘流管的燈絲電壓為6.4 V AC，新閘流管第一柵極電壓一般為18V DC左右，且閘流管的柵極電壓會隨著醫用加速器的使用逐漸增大，當其電壓逐漸升高至20 V DC時，臨床科室應備份或更換新的閘流管。由于機器出束后，閘流管的柵極點火電壓會有所下降，測量不到第一柵極電壓的真實值，故測量閘流管第一柵極電壓的最佳時間是機器開機預熱完成后、晨檢模式前。

3 閘流管故障，三例

3.1 故障一

3.1.1 故障現象

故障代碼：調制器柜故障（MOD）聯鎖代碼、高壓過流（HOVC）聯鎖代碼，無劑量輸出，機器無法工作。

3.1.2 故障排除（1）進入維修模式SERVICE，旁路（OVERRIDE）與劑量有關的聯鎖［第1通道高劑量率（XDR1）、第2通道高劑量率（XDR2）、第1通道對稱性（EXQ1）、第2通道對稱性（EXQ2）、第1通道低劑量率（UDR1）、第2通道低劑量率（UDR2）等］；（2）選擇適當的能量、模式、劑量率后出束；（3）通過示波器的監測，發現高壓電壓電流（HVPS－I）有波形，而脈沖形成網絡電壓（PFN－V）、靶電流（TARG－I）無波形，由此可知，調制器柜有直流充電電壓而無脈沖高壓輸出，閘流管未觸發，即未形成PFN－V，示波器上監測不到PFN－V波形；（4）打開調制柜側蓋板，觀察閘流管燈絲亮度正常，使用萬用表測量閘流管燈絲電壓為6.4 V AC，而測量第一柵極電壓達到30 V以上，故判斷閘流管已損壞，更換新閘流管后機器工作正常。

3.2 故障二

3.2.1 故障現象

機器不能正常工作，調制器柜內有強烈的高壓放電聲，閘流管腳處有火光閃爍。

3.2.2 故障排除

（1）打開調制器柜，閘流管管腳處聞及燒焦味，且發現閘流管管腳1處與插座處燒融變黑；由于閘流管長期處于高溫高壓環境中，新閘流管安裝時工藝的好壞、環境溫度、空氣濕度均可影響閘流管的正常狀態或壽命，此故障現象發生率較高，工程師操作時切忌將燒壞的管腳打磨后重新使用，如此操作會導致出現更大的火花，進一步燒毀其他的高壓部件。（2）更換新的管座和閘流管后故障排除。

3.3 故障三

3.3.1 故障現象

故障代碼：UDR1聯鎖代碼、UDR2聯鎖代碼，無劑量輸出，機器無法工作。

3.3.2 故障排除（1）進入維修模式SERVICE，OVERRIDE與劑量有關的聯鎖（XDR1，XDR2，EXQ1，EXQ2，UDR1，UDR2等）；（2）選擇適當的能量、模式、劑量率后出束；（3）通過示波器監測到HVPS－I波形、電子槍電流（GUN－I）波形正常，反射波（REFL）波形缺失且PFN－V波形不正常，PFN－V峰值為5.8 V DC，低于正常值的7.2 V DC；（4）打開調制柜側蓋板，觀察閘流管燈絲亮度，發現亮度明顯偏暗，使用萬用表測量閘流管的第一柵極電壓為28.3 V DC，燈絲電壓為6.4 V AC，判斷閘流管已老化，更換新的閘流管后故障排除。