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Precise直線(xiàn)加速器真空故障與維修論文
我院2005年引進(jìn)醫(yī)科達(dá)precise直線(xiàn)加速器,配有3檔能量光子線(xiàn),最近5年平均每天使用時(shí)間超過(guò)16h,故障率較高。醫(yī)科達(dá)Precise直線(xiàn)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3m長(zhǎng)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(xiàn)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?zhuān)┑臒艚z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(xiàn)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(xiàn)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(mén)、排氣口、真空聯(lián)鎖[3]。
2.1離子泵工作原理直線(xiàn)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(kāi)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(duì)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(cè)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24h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(kāi)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(xiàn)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(xiàn),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(xiàn)加速器會(huì)重新開(kāi)始出射線(xiàn)。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(wú)法使用離子泵回到超高真空的狀態(tài),直線(xiàn)加速器不但會(huì)停止出射線(xiàn),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)馓畛洌@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(cè)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(duì)應(yīng)關(guān)系測(cè)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(cè)設(shè)備。
3故障
3.1故障一3.1.1故障現(xiàn)象治療過(guò)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(xiàn)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(wèn)題,分析是離子泵金屬鈦膜脫落,吸附能力減弱。用無(wú)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(méi)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(guò)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(wú)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(kāi)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(cè),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(kāi)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(lái)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(zhǎng)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(guò)境,2015年10月有一次斷電超過(guò)24h、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(kāi)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(xiàn)加速器因?yàn)樾胁铀倌J,加速管比較長(zhǎng)且復(fù)雜,對(duì)真空要求較高,并且重建真空的過(guò)程是比較長(zhǎng)的,需要耗費(fèi)1~2d的時(shí)間。我們?cè)谑褂弥幸部偨Y(jié)了一些經(jīng)驗(yàn),盡量不破壞真空,如果真空數(shù)值沒(méi)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(guò)程中要注意溫度的變化,反復(fù)停開(kāi)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(guò)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。
[參考文獻(xiàn)]
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