醫(yī)科達(dá)Precise加速器磁控管工作原理及故障維修

仇云峰

海安縣腫瘤醫(yī)院 設(shè)備科，江蘇 海安 226600

醫(yī)科達(dá)Precise加速器磁控管工作原理及故障維修

仇云峰

海安縣腫瘤醫(yī)院 設(shè)備科，江蘇 海安 226600

本文闡述了醫(yī)科達(dá)直線加速器磁控管的基本工作原理和物理結(jié)構(gòu)，著重分析了磁控管的故障，并提出相應(yīng)的維修方法。

醫(yī)用直線加速器；磁控管；調(diào)諧器；醫(yī)療設(shè)備維修

0 前言

隨著腫瘤治療技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)用電子直線加速器作為放射治療中的主要設(shè)備之一，使用廣泛[1]。醫(yī)科達(dá)加速器是一款行波加速器，利用磁控管作為電子線的微波加速源，磁控管屬于電真空器中的微波器件，也是直線加速器的核心部件之一，其性能的好壞決定了設(shè)備能提供的能量高低，及輸出劑量率的高低[2]。

1 磁控管的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

磁控管是自身能夠發(fā)射高功率微波的自激振蕩器，其基本結(jié)構(gòu)由陰極及加熱燈絲、陽(yáng)極及諧振腔、輸出窗、調(diào)頻機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)組成。磁控管是一種用來(lái)產(chǎn)生微波能的電真空器件，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)置于恒定磁場(chǎng)中的二極管,電子束在其中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從外加電源處獲得巨大動(dòng)能，在高頻場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)換成微波能[3]。

2 磁控管的常見(jiàn)故障

磁控管是加速器的核心部件，其工作電壓在30～50 kV左右，工作電流高達(dá)150～200 A左右，因此很容易出現(xiàn)老化或者損壞現(xiàn)象。根據(jù)我院加速器出現(xiàn)的故障情況，總結(jié)出以下常見(jiàn)故障及維修方法。

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

磁控管燈絲不能預(yù)熱。設(shè)備開(kāi)機(jī)后，出現(xiàn)Item213 M. Fil I mon連鎖（213號(hào)連鎖 磁控管燈絲電流監(jiān)測(cè)）。

2.1.2 故障分析

磁控管陰極通過(guò)對(duì)燈絲加熱來(lái)控制電子的發(fā)射。當(dāng)磁控管工作時(shí)，有一些電子被回轟到燈絲起到加熱作用，從而影響高壓電流。因此為了保證陰極處于850 ℃的溫度，磁控管燈絲所流過(guò)的電流必須可伺服調(diào)節(jié)。在實(shí)際的應(yīng)用中，通過(guò)控制信號(hào)給可編程電源提供驅(qū)動(dòng)，使其輸出一個(gè)穩(wěn)定的電流來(lái)加熱陰極燈絲。同時(shí)，次可編程電源有電壓和電流輸出監(jiān)視，用來(lái)顯示燈絲上的電壓和電流值。

在軟件的維修模式下，發(fā)現(xiàn)此參數(shù)的實(shí)際值在0 V左右，正常狀態(tài)下應(yīng)為13.6 V左右。根據(jù)設(shè)備的電路圖分析，有如下幾種可能：① 磁控管陰極燈絲燒斷；② 接頭33F、33D、33C、34L的針腳接觸有問(wèn)題；③ 可編程電源不能正常工作；④ 此參數(shù)的顯示問(wèn)題，如AI12（12位模擬輸入）板或SCC（信號(hào)處理）板的這一通道有問(wèn)題；⑤ MT/GT（磁控管調(diào)諧驅(qū)動(dòng)/槍燈絲電流驅(qū)動(dòng)）接口板有問(wèn)題。

2.1.3 故障排除

查圖分析與ITEM213（213號(hào)連鎖）相關(guān)聯(lián)的還有一個(gè)參數(shù)ITEM212 MAV V MON（212號(hào)連鎖，磁控管電壓監(jiān)測(cè)），此參數(shù)是用來(lái)監(jiān)視可編程電源的輸出電壓，其正常值為13.2 V左右。通過(guò)萬(wàn)用表查看此參數(shù)，發(fā)現(xiàn)電壓正常，可以排除可編程電源本身不工作的可能性。關(guān)機(jī)后冷卻，再測(cè)量磁控管燈絲的阻值，約為0.8 Ω（燈絲冷熱對(duì)電阻的測(cè)量值影響很大），因此不存在開(kāi)路現(xiàn)象。分析MT / GT電路板，可與相鄰的槍燈絲接口板互換，互換后故障依舊。接下來(lái)重點(diǎn)檢查電纜線的問(wèn)題，當(dāng)檢查到接頭34D的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)銅接線柱已經(jīng)被燒黑。此接頭通過(guò)的是14 A左右的大電流，當(dāng)接觸不好時(shí)氧化銅插件極易發(fā)熱，燒壞接線柱，導(dǎo)致電路斷路[4]。更換銅接線柱接頭，開(kāi)機(jī)后故障消失，加速器恢復(fù)正常，故障排除。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

加速器早上開(kāi)機(jī)后可以運(yùn)行到準(zhǔn)備出束狀態(tài)，當(dāng)按下出束鍵后無(wú)劑量輸出，報(bào)Tuner Position（調(diào)諧機(jī)構(gòu)位置）故障。仔細(xì)觀察各個(gè)參數(shù)的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)磁控管的調(diào)諧機(jī)構(gòu)無(wú)法運(yùn)動(dòng)。

2.2.2 故障分析

此磁控管的調(diào)諧器一般可分為機(jī)械調(diào)諧和電子調(diào)諧。機(jī)械調(diào)諧就是通過(guò)步進(jìn)馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)調(diào)諧機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，將反饋信號(hào)與要求的位置信號(hào)進(jìn)行比較，如有差值，調(diào)諧機(jī)構(gòu)將進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)直到指定的位置；電子快速調(diào)諧是將調(diào)諧機(jī)構(gòu)實(shí)際需要位置的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)板將電流信號(hào)加載到調(diào)諧線圈上。而流過(guò)調(diào)諧線圈的電流值代表著線圈磁鐵的實(shí)際位置。調(diào)諧器有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，調(diào)諧器的位置不會(huì)發(fā)生變化?？勺鋈缦峦茢啵孩?磁控管本身調(diào)諧器不太好，被卡死；② 可編程脈沖發(fā)生板（PPG），磁控管調(diào)諧驅(qū)動(dòng)/槍燈絲電流驅(qū)動(dòng)接口板（MT/GF INTERFACE），功率驅(qū)動(dòng)板 A（UPD A），功率驅(qū)動(dòng)板 B（UPD B）等電路板有問(wèn)題；③ 監(jiān)視回路有問(wèn)題，如AI12板等。

2.2.3 故障排除

根據(jù)先簡(jiǎn)后繁的原則，首先調(diào)諧桿位置是有讀數(shù)的，且AI12板是通用型，可與其他區(qū)域的板子對(duì)調(diào)。將其對(duì)調(diào)后，發(fā)現(xiàn)故障依舊，排除AI12板的問(wèn)題。問(wèn)題集中到驅(qū)動(dòng)的鏈路，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，PPG板和MT / GFinterface板是不可對(duì)調(diào)的電路板，而UPDA、B與驅(qū)動(dòng)槍燈絲的驅(qū)動(dòng)板一致，可先對(duì)調(diào)來(lái)進(jìn)行初步的判斷。先從UPD板入手，與驅(qū)動(dòng)槍燈絲的驅(qū)動(dòng)板對(duì)調(diào)，對(duì)調(diào)后發(fā)現(xiàn)調(diào)諧器運(yùn)動(dòng)正常，而槍燈絲電流控制不正常，因此問(wèn)題出在UPD板上。驅(qū)動(dòng)板的設(shè)計(jì)一般不復(fù)雜，由比較器、達(dá)林頓管、二極管等基本元器件組成。打開(kāi)后從電路中比較容易出問(wèn)題的二極管、三極管入手，一一量出E，B，C三級(jí)之間的通斷情況。在測(cè)量到TR1/TR2和TR7/TR8這2對(duì)三極管時(shí)，發(fā)現(xiàn)TR2和TR8存在短路現(xiàn)象，造成電流信號(hào)不能加載。經(jīng)過(guò)購(gòu)買同規(guī)格的器件P溝道增強(qiáng)型MOS管F9530N進(jìn)行更換后，電路板恢復(fù)正常工作，故障排除。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

磁控管在手動(dòng)調(diào)諧下可達(dá)到最大劑量輸出，但在自動(dòng)模式下劑量率會(huì)下降到原來(lái)的1/10。

2.3.2 故障分析

磁控管既然在手動(dòng)模式下可以達(dá)到最大劑量輸出，可見(jiàn)故障出在自動(dòng)調(diào)諧機(jī)構(gòu)。仔細(xì)觀察各個(gè)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在不出束，且ROOM DOOR2（門(mén)連鎖2）打開(kāi)的情況下，PHASE LEG1（第一路相位信號(hào)）與PHASE LEG2（第二路相位信號(hào)）的讀數(shù)相差較大，連鎖232第一路相位信號(hào)ITEM 232 PHASE LEG1=0.05，連鎖233第二路相位信號(hào)ITEM 233PHASE LEG2=1.52左右。正常情況下第一路相位信號(hào)LEG1與第二路相位信號(hào)LEG2相差不能超過(guò)0.5，而且在這種情況下應(yīng)該均在0附近。因此分析故障可能出在以下2個(gè)方面：①讀取信號(hào)值的AI12-B（B側(cè)12位模擬輸入板）通道不好；② 用來(lái)檢測(cè)微波的1對(duì)檢波二極管不匹配。

2.3.3 故障排除

采用排除法進(jìn)行故障排除。先從簡(jiǎn)單一些的電路板判斷開(kāi)始，醫(yī)科達(dá)加速器有3個(gè)控制區(qū)域，每個(gè)控制區(qū)又分AB兩側(cè)，常用的電路板可以通過(guò)交換來(lái)檢查問(wèn)題。將16 區(qū)B側(cè)AI12板交換到A側(cè)后開(kāi)機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)故障依舊。接下來(lái)將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到檢波二極管上。檢波二極管是用于檢測(cè)疊加在高頻載波上的低頻信號(hào)的器件，它具有較高的檢波效率和良好的頻率特性。該設(shè)備上使用的檢波二極管是將高于3 GHZ的噪聲信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾，只讓微波通過(guò)。拆開(kāi)后用萬(wàn)用表的二極管檔進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)2個(gè)二極管的反相阻抗不匹配，其中一個(gè)的反相阻抗偏小。將從市場(chǎng)購(gòu)買到的一對(duì)微波檢波二極管IN416C，進(jìn)行更換后，故障排除。

3 磁控管的日常維護(hù)

根據(jù)磁控管的常見(jiàn)故障，總結(jié)出以下維護(hù)經(jīng)驗(yàn)：① 按照操作流程對(duì)磁控管進(jìn)行充分的預(yù)熱，先出低能量的X線再出高能X線。避免磁控管在沒(méi)有預(yù)熱的情況下突然加高壓，導(dǎo)致磁控管陰陽(yáng)級(jí)之間放電打火。磁控管多次頻繁打火后會(huì)急劇縮短壽命，增加科室的備件費(fèi)用支出[5]；② 定期更換內(nèi)循環(huán)水和濾芯，良好的冷卻條件會(huì)使磁控管陰極工作在穩(wěn)定的溫度，避免其溫度產(chǎn)生突變。在預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)中，縮短水質(zhì)檢查的周期，可有效減少故障發(fā)生[6]；③ 定期對(duì)AFC（自動(dòng)頻率控制）進(jìn)行優(yōu)化，使磁控管工作在最佳狀態(tài)，避免多余的微波反射到磁控管內(nèi)，引起磁控管打火。

4 結(jié)論

磁控管作為設(shè)備的核心部件，價(jià)格昂貴，其性能決定設(shè)備的工作狀態(tài)。做好磁控管的日常維護(hù)會(huì)大大延長(zhǎng)其使用壽命，為病人的正常治療做好保證，也可減少科室的成本支出。

[參考文獻(xiàn)]

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Working Principle and Troubleshooting of the Magnetron of Elekta Precise Accelerator

QIU Yun-feng
Department of Equipment, Hai'an Tumour Hospital, Hai’an Jiangsu 226600, China

TL53

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.05.058

1674-1633(2015)05-0164-03

2014-11-20

2015-04-23

作者郵箱：690683449@qq.com