Varian CL2300CD加速器MOD連鎖原理與速調(diào)管更換維修

王明槐,唐志全

1.廣西玉林紅十字會(huì)醫(yī)院(玉林市,537000)

2.四川大學(xué)華西醫(yī)院 (成都,610041)

Varian CL2300CD加速器MOD連鎖原理與速調(diào)管更換維修

王明槐1,唐志全2

1.廣西玉林紅十字會(huì)醫(yī)院(玉林市,537000)

2.四川大學(xué)華西醫(yī)院 (成都,610041)

介紹了 Varian CL2300CD加速器MOD連鎖故障的現(xiàn)象、原理。通過故障排除與檢測(cè)證明,速調(diào)管真空度下降,引起燈絲過流、導(dǎo)致速調(diào)管管體電流、電子束流增大,導(dǎo)致 PFN瞬時(shí)過流并觸發(fā)MOD連鎖。

加速器;故障排除;MOD連鎖

1 故障現(xiàn)象與預(yù)處理

正常開機(jī)預(yù)熱完畢后,在晨檢模式、治療模式及維修模式下,均能選擇能量、劑量、劑量率等出線準(zhǔn)備參數(shù),專用鍵盤鑰匙扳到“Enable”位置,進(jìn)入“Ready”狀態(tài),并通過劑量模擬積分檢查環(huán)。按Beam on按鈕 ,無射線束流,顯示“MOD”連鎖,狀態(tài)燈自動(dòng)跳回“Beam off”。同時(shí),在MOD連鎖故障前3天內(nèi)已發(fā)現(xiàn),早晨開機(jī)時(shí)在維修模式下,剛開機(jī)時(shí)速調(diào)管真空度顯示 (KLY VAC)可達(dá) 20.00左右,預(yù)熱完畢后也下不到 1.00以下,而故障前近期的一段時(shí)間,正常的真空度顯示在 0.80左右,但自始至終未出現(xiàn)速調(diào)管真空連鎖VAC2。在速調(diào)管端拔下速調(diào)管真空鈦泵供電電源插頭,用數(shù)字萬用表連接高壓測(cè)試棒測(cè)量,3kV高壓正常。

MOD連鎖第一次出現(xiàn)后,重置參數(shù)清除連鎖,機(jī)器尚正常工作 3小時(shí)左右。連鎖第二次出現(xiàn)后,再也不能清除。而每次開機(jī)預(yù)熱后速調(diào)管真空度顯示出現(xiàn)較大波動(dòng),且可達(dá) 8.00左右。拔下速調(diào)管真空度傳感器BNC接頭,真空度顯示 99.99,說明真空度顯示本身正常。雖然真空電源微安表頭已壞,但據(jù)此現(xiàn)象與過程,初步估計(jì)故障與速調(diào)管真空度下降有關(guān)。速調(diào)管真空度的下降有兩種可能,一種可能是鈦泵效率下降或損壞,另一種可能是明顯泄漏。無論哪種,在醫(yī)院方面均無條件對(duì)速調(diào)管進(jìn)行修復(fù)而只能是更換。由于速調(diào)管更換價(jià)格昂貴且過程復(fù)雜,有必要依據(jù)MOD連鎖原理,對(duì)所有可能原因作全面排查。

2 MOD連鎖原理分析

MOD是調(diào)制器Modulator的前三個(gè)字母。查連鎖釋義,當(dāng)出現(xiàn)MOD時(shí),意指調(diào)制器脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(PFN)上的反向電壓在檢測(cè)電路的輸入端超過 9.5 V。MOD原始信號(hào)采樣自 PFN末端削峰電路 (圖紙編號(hào) D882791,下文余處直接使用 D######表示圖紙編號(hào),#為數(shù)字),在末端削峰電路中跨接電流互感線圈 T4,二極管 CR14使放電回路中只有 PFN的負(fù)脈沖。T4將感應(yīng)到的電流轉(zhuǎn)換成電壓,轉(zhuǎn)換比率為 0.1V/AMP。正常時(shí),PFN負(fù)載的最大峰值電流為 80 A。因此,MOD連鎖本質(zhì)上是調(diào)制器的速調(diào)管負(fù)載過流保護(hù)電路。

T4感應(yīng)的脈沖電壓被送到控制臺(tái) (Console)的故障信號(hào)預(yù)處理板 (FAULT SIGNAL COND ITI ON PCB B12,D1100326),峰值信號(hào)濾波后在U4與參考電平比較,如果濾波后的信號(hào)電壓超過參考電平(9.5V),比較器將跳轉(zhuǎn)到MOD連鎖。連鎖作用的機(jī)制是,若 -12V存在則無故障,而若 -12V變?yōu)?0 V,則故障連鎖有效。在 B12板同時(shí)將削峰電流送到控制臺(tái)示波器接口以備使用示波器查看。

MOD連鎖信號(hào)從 B12板預(yù)處理后送往輸入接口 2號(hào)板 (I NPUT I NTERFACE#2 PCB,D879641)。如果出現(xiàn)MOD連鎖條件,則 -12V變?yōu)?0 V,光耦合器U3的輸入二極管被關(guān)斷,U3Pin6則輸出 TTL高電平,而與非門 U14Pin6輸出低電平,觸發(fā)器 U21被觸發(fā),輸出端 Q輸出高電平,然后經(jīng)數(shù)字輸入 /輸出 (digital I/O)到控制器微處理器板被程序識(shí)別,控制器微處理器板發(fā)出連鎖信號(hào)并關(guān)斷束流。同時(shí),觸發(fā)器 U21輸出端 Q/(Q非)輸出 TTL低電平,使發(fā)光二極管 DS3-2點(diǎn)亮,此燈位于輸入接口 2號(hào)板頂端,便于在 Console直接觀察。在調(diào)制器和微波系統(tǒng)中,出線連鎖共有三個(gè),除 MOD外尚有HVOC(高壓過流)和 VS WR(電壓駐波比)。HVOC取樣自 PFN前級(jí),而 VS WR取樣自反射波即速調(diào)管微波輸出后級(jí)。三個(gè)連鎖均在出線時(shí)才起作用,并且在非常短的時(shí)間即有效。出線連鎖觸發(fā)器不用時(shí)鐘同步而是預(yù)置,有別于其它連鎖觸發(fā)器的每隔一個(gè)時(shí)間間隔同步檢測(cè)連鎖狀態(tài),而是一直在檢測(cè),因此無論是脈沖信號(hào)還是直流電平都能被檢測(cè)到,所以,當(dāng)取樣信號(hào)線斷開時(shí)也會(huì)報(bào)連鎖。

3 故障排查檢測(cè)與試驗(yàn)

首先,既然MOD連鎖是對(duì) PFN的過流保護(hù),排查就是針對(duì)脈沖電流增大的試驗(yàn)。PFN末端的削峰二極管 CR14(見D882791)如果擊穿將失去單向性,脫開一端,用 500V搖表測(cè)量正常。

其次,是削峰網(wǎng)絡(luò) R24、R25及 C19(見D882791),如果 R24、R25斷路或 C19短路均會(huì)使網(wǎng)絡(luò)失去削峰作用。R24與 R25分別為 25Ω,并聯(lián)后為 12.5Ω恰好等于 PFN的特征阻抗。脫開一端,用萬用表測(cè)量 R24、R25阻值正常;C19用搖表測(cè)量無短路。

第三,是 PFN末端至脈沖變壓器的 4根 50Ω?jìng)鬏斁€,并聯(lián)后等于 PFN的特征阻抗 12.5Ω。如果任何一根發(fā)生打火現(xiàn)象,均會(huì)造成 PFN瞬間過流。從PFN末端到脈沖變壓器電纜樁頭仔細(xì)查看,未發(fā)現(xiàn)打火痕跡且樁頭無松動(dòng)跡象。

第四,是脈沖變壓器油箱及組件 (見 C829003)。由于脈沖變壓器油箱頂蓋位于內(nèi)循環(huán)水箱附近,如果油箱進(jìn)水,必然引起打火。卸下頂蓋螺栓,觀察油箱內(nèi)耐高壓油的潔凈度并透過絕緣油觀察油箱內(nèi)組件接頭,結(jié)果是絕緣油無氣泡且潔凈,油內(nèi)組件接頭清潔明亮,無打火痕跡。

從電路圖可知,脈沖變壓器油箱組件包括:脈沖變壓器 T1,原級(jí)電阻為 12.5Ω,次級(jí)電阻為 1400Ω;原級(jí)與次級(jí)脈沖電壓變比 11:1,原級(jí)輸入脈沖電壓為 11.4kV,因此次級(jí)脈沖電壓為 125kV,所以絕緣油的耐壓品質(zhì)要求較高,指標(biāo)要求大于等于 30kV/0.1。

PFN特征阻抗匹配回路 R1、R2和 C6,R1和 R2阻值均為 25Ω,并聯(lián)值為 12.5Ω。

速調(diào)管燈絲電流監(jiān)測(cè)線圈 T3,為 KFI L連鎖的采樣點(diǎn),輸出 BNC接頭 J1,靈敏度為 0.1V/AMP,如果速調(diào)管燈絲電流在標(biāo)稱值 (29A)的 1/2及 1/2以下時(shí)作用,即正常值為 2.9VAC。本故障中并未出現(xiàn) KFI L連鎖,說明速調(diào)管燈絲電流并未欠流。也可以測(cè)量此處電壓來反推燈絲電流,但因高頻干擾較重,讀數(shù)會(huì)偏大。

脈沖高壓監(jiān)測(cè)回路 CD1(包括分壓電容 C1、C2和輸出BNC接頭 J2自身的電阻),采樣比為 24000:1,即采樣最大脈沖電壓為 5.2V。

J7在脈沖變壓器的樁頭端,其中 C、D端是油位高度開關(guān) S1,如果油位高度低于頂蓋 2.5則斷開,在斷電狀態(tài)拔下 J7,用歐姆檔測(cè)量 C、D端,結(jié)果導(dǎo)通,說明絕緣油位正常。J7的 A、B端是速調(diào)管燈絲變壓器 T2的原級(jí)輸入電壓,標(biāo)稱值為 236VAC(50Hz)。脈沖變壓器次級(jí)接地,所以原級(jí)是負(fù)高壓。在機(jī)器預(yù)熱完畢后的“ON”狀態(tài)測(cè)量 J7的 A、B端,236VAC異常,只有 140VAC。同樣狀態(tài)拔下 J7測(cè)量,236VAC正常。說明燈絲變壓器局部短路或速調(diào)管燈絲過流。

最后,考慮到面板顯示速調(diào)管真空度下降,將目標(biāo)聚焦于速調(diào)管燈絲變壓器和速調(diào)管本身,對(duì)速調(diào)管油箱及組件進(jìn)行最后驗(yàn)證。用專用油泵將速調(diào)管油箱存油抽干,直觀觀察燈絲變壓器,燈絲變壓器外觀并無短路燒糊跡象。將速調(diào)管燈絲連線從變壓器脫開,在“ON”狀態(tài)空載測(cè)量 J7的 A、B端,236VAC正常。為了完全驗(yàn)證故障來自速調(diào)管,根據(jù)速調(diào)管銘牌顯示的燈絲電壓 7.5V,燈絲電流 29A,將日用電爐絲截成若干段并聯(lián),制作成 R=0.26Ω的電阻,將此純電阻接到燈絲變壓器次級(jí)作為假負(fù)載試驗(yàn),結(jié)果 J7的 A、B端的 236VAC電壓正常,至此驗(yàn)證了速調(diào)管本身燈絲過流。

根據(jù)面板顯示速調(diào)管真空度下降與速調(diào)管燈絲過流的驗(yàn)證結(jié)論,可以推斷因?yàn)樗僬{(diào)管真空度下降,導(dǎo)致速調(diào)管燈絲過流,同時(shí)還導(dǎo)致速調(diào)管管體電流增大,因此引起速調(diào)管電子束流增大,從而導(dǎo)致 PFN瞬時(shí)過流并觸發(fā)MOD連鎖。

將速調(diào)管吊出更換,重新注入新的絕緣油,并對(duì)新裝速調(diào)管作老練訓(xùn)練,核對(duì)全部模擬參數(shù),速調(diào)管真空度顯示恢復(fù)正常,機(jī)器也恢復(fù)正常。

4 維修體會(huì)

首先,Varian加速器特定連鎖故障的維修,要求清楚連鎖要鎖住什么,起何種作用,連鎖系統(tǒng)的通路脈絡(luò)和如何起作用。通過本例維修,可以真正明白MOD連鎖的終極目的及連鎖作用機(jī)理,并充分理解PFN、脈沖變壓器及速調(diào)管的工作機(jī)理甚至全面熟悉了調(diào)制器和微波系統(tǒng)。

其次,要充分利用故障過程信息和維修模式顯示的額外信息。本例的附加信息是維修模式關(guān)于速調(diào)管真空的面板顯示,使驗(yàn)證過程鎖定在速調(diào)管本身的真空度下降。

第三,雖然驗(yàn)證所直接針對(duì)的是速調(diào)管燈絲電流過流,但結(jié)合真空度顯示信息,推斷因真空度下降引發(fā)燈絲電流增大,同時(shí)引發(fā)的還有速調(diào)管中管體電流的增大,管體電流的增大引起速調(diào)管中總電子束流的增大,從而間接驗(yàn)證了 PFN過流 (MOD連鎖)的原因是速調(diào)管管內(nèi)真空度的下降,最大限度避免了速調(diào)管訂購(gòu)與更換的試探性或盲目性,以免造成金錢與時(shí)間上的不必要浪費(fèi)。

Varian CL2300CD AcceleratorMOD Cha in Principle andMa intenance and Klystron Replacement

WangMinghuai1,Tang Zhiquan2
1.Guangxi Yulin Red Cross Hospital(Yulin,537000)
2.Sichuan University,West China Hospital(Chengdu,610041)

Varian accelerators are introduced CL2300CD cascading failure phenomenon,MOD.Through the troubleshooting and testproved that the The klystron vacuum decline,over-current,caused by filament speed tube body current,electron beam to increase,PFN instantaneous flow and triggerMOD chain.

the accelerator,Troubleshooting;MOD chain

R454

B

1674-1242(2010)04-00242-03

10.3969/j.issn.1674-1242.2010.04.017

,唐志全,E-mail:tangzhiq@163.com

2010-10-08)