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医科达Compact电子直线加速器一例特殊故障的维修

时间:2020-07-20 11:55

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  关键词:医科达 直线加速器 故障 特殊 维修

  医科达Compact电子直线加速器是一种单光子6 MV低能量医用电子直线加速器,主要由(驻波)加速管、微波功率源(磁控管)、调制器、微波传输系统、电子枪、束流系统、真空系统、恒温水冷系统、治疗床和各种控制系统组成[1-2],工作流程见图1。
  
  图1 医科达Compact电子直线加速器的工作流程
  为了保障安全,除上述主要部件外,医科达Compact电子直线加速器还设置了许多保护报警装置用来保障设备的正常运行,而保护装置故障往往引发意想不到的问题。本研究对医科达Compact电子直线加速器的一例特殊故障的维修过程进行分析,以供同行参考。

  1 加速器高压调制器的设计原理

  各个厂家的加速器设计的高压调制器基本相同,但细节上又各有独特的设计电路。医科达Compact电子直线加速器的高压调制器与其他加速器不同之处在于,高压电源部分采用整体设计部件——充电分机。充电分机经交流电源整流、滤波和绝缘栅双极性晶体管IGBT高频振荡电路,产生一个12 kV的直流脉冲高压,直流高压输出至调制器放电层,经脉冲网络(PFN)、闸流管对“脉冲变压器”初级绕组放电,其次级产生脉冲高压。其中一路脉冲宽度为4.2μS,幅度为48 kV,加到磁控管阳极引起磁控管震荡,产生一个4.2μS、2.5 MV,频率为2 998 MHz的微波脉冲,经四端环流器馈入加速器;另一路高压脉冲宽度相同,幅度为17 kV,加到电子枪阴极,使电子高速射入加速管,通过自动稳频装置使磁控管的工作效率与加速管的频率色散得到最好配合,产生高速电子轰击靶,最终产生6 MV X线。

  2 故障现象与检修

  2.1 故障现象
  加速器出束过程中,上位机突然出现“充电故障”,不可用钥匙复位。
  2.2 故障分析和检修
  上位机报“充电故障”提示充电分机故障。维修人员关机、进入治疗机房,机房内有电子器件烧焦气味,打开高压调节器柜,将高压放电棒搭上脉冲网络,找到充电分机,打开面板,发现充电分机IGBT触发板烧坏。如果不考虑充电分机本身质量问题,引起高压充电分机烧坏的原因可能是高压调制器后级有高压打火或短路现象,肉眼观察脉冲网络、高压电缆、脉冲变压器、加速管、脉冲高压器等高压器件,未发现明显打火痕迹,逐个测试高压元器件,未发现短路现象;更换充电分机,撤掉放电棒,开机上电,无故障提示;进入维修模式,降低充电分机的充电频率,Beam on出束,机器无异常,步进式调整充电频率,直到磁控管工作电流为105 A为止。关机,进入机房,拆下电子枪电源,重新开机加热,上高压,维修人员在机房内安全位置黑暗状态观察机器,未发现高压打火现象,从而确定此故障为偶发故障;恢复设备状态,校准,加速器工作正常。1个多月后,加速器出束中又突然报“充电故障”,钥匙不能复位,再次进行上述步骤检修,发现充电分机损坏,且与上次损坏情况相同,说明该故障未完全解决。该故障无规律、偶发,大多数此类故障由运动引发。Compact直线加速器与运动有关联的高压器件为磁控管、加速管、脉冲变压器及高压电缆,维修人员观察上述高压器件,并且观察其辅助装置,发现脉冲变压器的油压保护装置有问题。油压保护装置由全金属杆和行程开关组成,当脉冲变压器油温升高或压力上升时,金属杆伸出顶开行程开关的常闭接点,控制台上位机显示“油压过高”提示,而维修人员检查此脉冲高变压器后,未见金属杆,设备也从未提示“油压过高”,因此考虑不确定因素引起金属杆回缩至油箱里。当脉冲变压器随机架旋转时,金属杆在油箱中游动,当金属杆“偶然”碰到脉冲变压器高压端时,引起高压打火,引发上述2次故障;拆下脉冲变压器,打开油箱发现金属杆脱落在油箱中,且有打火痕迹,更换脉冲变压器和充电分机的IGBT触发板,重新调整PFN,校准,设备工作正常,且再未出现上述故障。
  该故障是由脉冲变压器油压检测的“小”装置引发的不可预见的偶发故障。此金属杆的设计仅考虑油箱温度升高油杆伸出情况,未考虑金属杆回缩情况,因此,可在金属杆上加一个阻挡装置,防止油杆回缩到油箱内,或者同时增加一组行程开关,油杆回缩时触发接点,在上位机提示油杆状态,见图2~3。
  
  图2 改进前金属杆设计
  
  图3 改进后金属杆设计

  3 小结

  医用直线加速器是高精密大型医疗设备,结构复杂,涉及许多学科和技术领域,如高能物理、微波理论、剂量测量技术、电子真空技术、无线电技术、计算机技术等。在检修过程中,小细节往往决定成败,因此,需要维修人员善于从细小处发现问题、解决问题,以保障医疗设备的安全运行。
  参考文献
  [1]时勇,张芬. Elekta CompactTM R1.0x医用直线加速器操作改进一例[J].中国医学装备,2011,8(2):58-59.
  [2]顾本广.医用加速器[M].北京:科学出版社,2003.

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