Precise直線加速器真空故障的維修

郭瑞鋒，梁玉新，李伶，胡勝文，吳勇

廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院放療機(jī)房 （廣東湛江 524001）

我院2005年引進(jìn)醫(yī)科達(dá)precise直線加速器，配有3檔能量光子線，最近5年平均每天使用時(shí)間超過16 h，故障率較高。醫(yī)科達(dá)Precise直線加速器是行波電子加速方式的高能加速器，具有可以拆卸的電子槍、偏轉(zhuǎn)靶室、波紋管、離子泵、波導(dǎo)窗以及近3 m長的加速管，離子泵負(fù)荷大，真空系統(tǒng)故障較多?，F(xiàn)就該型加速器真空系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、主要部件工作原理及幾種故障的處理進(jìn)行介紹。

1 醫(yī)科達(dá)加速器的基本結(jié)構(gòu)

醫(yī)用直線加速器由加速管系統(tǒng)、微波系統(tǒng)、電子發(fā)射系統(tǒng)、高壓脈沖調(diào)制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、束流控制系統(tǒng)、輻射系統(tǒng)等組成[1]。加速器的加速管須保持超高真空（10-8～10-12Torr/10-5～10-9Pa），設(shè)置真空的目的是：首先是為了防止加速管內(nèi)的高壓打火；其次是為了避免電子發(fā)射系統(tǒng)（電子槍）的燈絲因氧化而燒斷；再次是為了避免電子與空氣分子碰撞而損失能量[2]。醫(yī)科達(dá)Precise醫(yī)用直線加速器的真空區(qū)域包括：電子槍、加速管、靶室、耦合器、波導(dǎo)窗、離子泵、排氣口。

2 真空系統(tǒng)

醫(yī)科達(dá)Precise直線加速器的真空系統(tǒng)的主要組成有：離子泵2個(gè)、離子泵電源模塊（PSU）、高真空閥門、排氣口、真空聯(lián)鎖[3]。

2.1 離子泵工作原理

直線加速器正常工作時(shí)的加速管，由兩個(gè)離子泵維持超高真空，槍端一個(gè)，靶端一個(gè)。當(dāng)加速管剛開始建立真空時(shí)，由于此時(shí)真空度不在離子泵的工作范圍內(nèi)，需關(guān)掉離子泵電源，外接一個(gè)分子泵獲取一個(gè)相對較低的真空狀態(tài)，將管內(nèi)壓力抽到10-3Pa（當(dāng)屏幕監(jiān)測真空讀數(shù)為-5.8，即10-5.8Torr）以下，再改用連接在加速管兩端的離子泵繼續(xù)抽到超高真空狀態(tài)。離子泵的工作電源是由裝在機(jī)架的PSU提供的3～7kV高壓直流電源，離子泵必須24 h工作，中間不允許停機(jī)或者短時(shí)間停機(jī)，所以離子泵的PSU電源要與機(jī)器主電源分開并且相互獨(dú)立供電，保證在關(guān)機(jī)狀態(tài)下離子泵仍在工作[4]。加速管的槍端和靶端的真空度，在控制室和治療室都能顯示，以便觀察。

2.2 真空連鎖

如果直線加速器實(shí)施治療時(shí)，加速管內(nèi)壓力上升至10-5Torr，會(huì)PRF中斷并且暫停出射線，保護(hù)波導(dǎo)窗，但當(dāng)加速管的真空回到10-5Torr以下時(shí)，直線加速器會(huì)重新開始出射線。若加速管內(nèi)的壓力升到10-4Torr以上，此時(shí)真空度已經(jīng)不在離子泵的工作范圍，無法使用離子泵回到超高真空的狀態(tài)，直線加速器不但會(huì)停止出射線，而且會(huì)停止電子槍燈絲的供電，以防高溫的燈絲遇到氧氣蒸發(fā)，保護(hù)燈絲壽命[5]。真空度下降，有可能是離子泵故障，也有可能是整個(gè)真空系統(tǒng)有微小漏氣點(diǎn)，當(dāng)維修需要破壞真空時(shí)，需用干燥的高純氮?dú)馓畛?，這樣下次重建真空時(shí)，可以減少外部空氣的影響。

2.3 真空檢測

離子泵的放電電流可以真實(shí)地反映加速管內(nèi)的真空狀態(tài)，離子泵電流和真空度對應(yīng)關(guān)系測算顯示，離子泵工作電流大則真空度低，離子泵工作電流小則真空度高，所以離子泵不但是超高真空獲得保持的設(shè)備，也是真空的取樣檢測設(shè)備。

3 故障

3.1 故障一

3.1.1 故障現(xiàn)象

治療過程中突然中斷，出現(xiàn)T10-5或G10-5聯(lián)鎖。

3.1.2 分析與檢修

進(jìn)入直線加速器維修模式下查看真空顯示數(shù)值，槍或者靶方向讀數(shù)下降，離子泵放電電流增大，另外一個(gè)方向數(shù)值正常，手摸數(shù)值變化方向離子泵泵體發(fā)熱，關(guān)掉離子泵的電源。調(diào)換兩個(gè)方向離子泵的電源，排查供電電路是否異常，結(jié)果正常，所以可能是離子泵的問題，分析是離子泵金屬鈦膜脫落，吸附能力減弱。

用無水乙醇擦涂泵體表面，風(fēng)扇冷卻一段時(shí)間后，給離子泵供電，故障離子泵放電電流沒有變化。兩個(gè)吸附鈦板間應(yīng)有濺射出的鈦造成短路，經(jīng)多次敲擊泵體后，真空度逐漸上升到正常值，過程中需要注意離子泵發(fā)熱或者電流值上升，需要及時(shí)斷電降溫。使用一段時(shí)間又出現(xiàn)相同真空故障，同時(shí)敲擊離子泵殼體無變化，懷疑離子泵內(nèi)部嚴(yán)重短路，毒化嚴(yán)重，需更換離子泵，更換離子泵然后重建真空，真空系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3.2 故障二

3.2.1 故障現(xiàn)象

開機(jī)時(shí)出現(xiàn)T10-4和G10-4聯(lián)鎖。

3.2.2 分析與檢修

在service模式下查看真空數(shù)值，槍方向、靶方向數(shù)值均大于10-4Torr，用手摸2個(gè)離子泵均發(fā)燙，懷疑有微漏處。需要吊起小機(jī)頭，拆掉覆蓋上面的防護(hù)鉛塊，直到露出波紋管、靶和真空盒等真空器件，使用示漏劑或者示漏氣體查找漏氣部位，排查到漏氣部位然后進(jìn)行后續(xù)處理，經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)靶端連接波紋管結(jié)構(gòu)的膠圈漏氣，排掉內(nèi)循環(huán)冷卻水，移開水管，使用醫(yī)科達(dá)配給的兩角勾板手鉤住加速管和波紋管連接處卡槽，使用塑料袋裝干燥純氮?dú)馄茐恼婵?，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)3～5圈，拆下來的彈性密封圈已經(jīng)硬化需要更換，更換后重建真空，真空系統(tǒng)恢復(fù)正常[6]。

另外一種情況是長時(shí)間斷電可能導(dǎo)致真空度升至10-4Torr以上，我院所處湛江市南鄰南海，每年7、8月份均有強(qiáng)臺(tái)風(fēng)過境，2015年10月有一次斷電超過24 h、真空上升至10-4Torr以上，這種情況下通電后離子泵由于不在工作范圍內(nèi)，電流特別大然后發(fā)熱，如不及時(shí)斷電重建真空，離子泵會(huì)燒壞，需要斷開2個(gè)離子泵電源，外接分子泵重建真空到10-5.8Torr，然后換離子泵繼續(xù)抽真空[7]。

4 小結(jié)

醫(yī)科達(dá)直線加速器因?yàn)樾胁铀倌Ｊ剑铀俟鼙容^長且復(fù)雜，對真空要求較高，并且重建真空的過程是比較長的，需要耗費(fèi)1～2 d的時(shí)間。我們在使用中也總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，盡量不破壞真空，如果真空數(shù)值沒有高于10-5Torr，我們盡量使用機(jī)器上的2個(gè)離子泵進(jìn)行真空的還原，還原過程中要注意溫度的變化，反復(fù)停開電源降溫，使真空穩(wěn)定，這樣是最節(jié)約時(shí)間的處理方法。目前主力機(jī)型已經(jīng)過渡到我們新安裝的synergy，precise故障率也有所降低，兩者同為醫(yī)科達(dá)加速器，加速結(jié)構(gòu)大致一樣，12年的precise使用經(jīng)驗(yàn)有好多適用synergy。