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

廣東醫科大學附屬醫院放療機房 （廣東湛江 524001）

我院2005年引進醫科達precise直線加速器，配有3檔能量光子線，最近5年平均每天使用時間超過16 h，故障率較高。醫科達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、偏轉靶室、波紋管、離子泵、波導窗以及近3 m長的加速管，離子泵負荷大，真空系統故障較多。現就該型加速器真空系統的組成結構、主要部件工作原理及幾種故障的處理進行介紹。

1 醫科達加速器的基本結構

醫用直線加速器由加速管系統、微波系統、電子發射系統、高壓脈沖調制系統、真空系統、束流控制系統、輻射系統等組成[1]。加速器的加速管須保持超高真空（10-8～10-12Torr/10-5～10-9Pa），設置真空的目的是：首先是為了防止加速管內的高壓打火；其次是為了避免電子發射系統（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]。醫科達Precise醫用直線加速器的真空區域包括：電子槍、加速管、靶室、耦合器、波導窗、離子泵、排氣口。

2 真空系統

醫科達Precise直線加速器的真空系統的主要組成有：離子泵2個、離子泵電源模塊（PSU）、高真空閥門、排氣口、真空聯鎖[3]。

2.1 離子泵工作原理

直線加速器正常工作時的加速管，由兩個離子泵維持超高真空，槍端一個，靶端一個。當加速管剛開始建立真空時，由于此時真空度不在離子泵的工作范圍內，需關掉離子泵電源，外接一個分子泵獲取一個相對較低的真空狀態，將管內壓力抽到10-3Pa（當屏幕監測真空讀數為-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抽到超高真空狀態。離子泵的工作電源是由裝在機架的PSU提供的3～7kV高壓直流電源，離子泵必須24 h工作，中間不允許停機或者短時間停機，所以離子泵的PSU電源要與機器主電源分開并且相互獨立供電，保證在關機狀態下離子泵仍在工作[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

如果直線加速器實施治療時，加速管內壓力上升至10-5Torr，會PRF中斷并且暫停出射線，保護波導窗，但當加速管的真空回到10-5Torr以下時，直線加速器會重新開始出射線。若加速管內的壓力升到10-4Torr以上，此時真空度已經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，直線加速器不但會停止出射線，而且會停止電子槍燈絲的供電，以防高溫的燈絲遇到氧氣蒸發，保護燈絲壽命[5]。真空度下降，有可能是離子泵故障，也有可能是整個真空系統有微小漏氣點，當維修需要破壞真空時，需用干燥的高純氮氣填充，這樣下次重建真空時，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地反映加速管內的真空狀態，離子泵電流和真空度對應關系測算顯示，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備，也是真空的取樣檢測設備。

3 故障

3.1 故障一

3.1.1 故障現象

治療過程中突然中斷，出現T10-5或G10-5聯鎖。

3.1.2 分析與檢修

進入直線加速器維修模式下查看真空顯示數值，槍或者靶方向讀數下降，離子泵放電電流增大，另外一個方向數值正常，手摸數值變化方向離子泵泵體發熱，關掉離子泵的電源。調換兩個方向離子泵的電源，排查供電電路是否異常，結果正常，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，風扇冷卻一段時間后，給離子泵供電，故障離子泵放電電流沒有變化。兩個吸附鈦板間應有濺射出的鈦造成短路，經多次敲擊泵體后，真空度逐漸上升到正常值，過程中需要注意離子泵發熱或者電流值上升，需要及時斷電降溫。使用一段時間又出現相同真空故障，同時敲擊離子泵殼體無變化，懷疑離子泵內部嚴重短路，毒化嚴重，需更換離子泵，更換離子泵然后重建真空，真空系統恢復正常。

3.2 故障二

3.2.1 故障現象

開機時出現T10-4和G10-4聯鎖。

3.2.2 分析與檢修

在service模式下查看真空數值，槍方向、靶方向數值均大于10-4Torr，用手摸2個離子泵均發燙，懷疑有微漏處。需要吊起小機頭，拆掉覆蓋上面的防護鉛塊，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行后續處理，經檢測，發現靶端連接波紋管結構的膠圈漏氣，排掉內循環冷卻水，移開水管，使用醫科達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氣破壞真空，逆時針旋轉3～5圈，拆下來的彈性密封圈已經硬化需要更換，更換后重建真空，真空系統恢復正常[6]。

另外一種情況是長時間斷電可能導致真空度升至10-4Torr以上，我院所處湛江市南鄰南海，每年7、8月份均有強臺風過境，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，電流特別大然后發熱，如不及時斷電重建真空，離子泵會燒壞，需要斷開2個離子泵電源，外接分子泵重建真空到10-5.8Torr，然后換離子泵繼續抽真空[7]。

4 小結

醫科達直線加速器因為行波加速模式，加速管比較長且復雜，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1～2 d的時間。我們在使用中也總結了一些經驗，盡量不破壞真空，如果真空數值沒有高于10-5Torr，我們盡量使用機器上的2個離子泵進行真空的還原，還原過程中要注意溫度的變化，反復停開電源降溫，使真空穩定，這樣是最節約時間的處理方法。目前主力機型已經過渡到我們新安裝的synergy，precise故障率也有所降低，兩者同為醫科達加速器，加速結構大致一樣，12年的precise使用經驗有好多適用synergy。