RDS111型醫用回旋加速器真空系統的結構、工作原理及故障處理

唐毅，王方洋，李奇明，金榕兵

陸軍特色醫學中心核醫學科 （重慶 400042）

真空系統是回旋加速器的重要組成部分，是加速器正常運轉的必需系統之一。較高的真空度是加速器正常運行的必要條件，當真空腔中的真空度達不到機器正常工作的要求時，腔內雜質氣體會剝離負氫離子上的電子，減少加速器束流。此外，雜質氣體在高壓下還會電離打火，破壞零部件的光潔度，甚至造成零部件（離子源陰極等）的損壞[1-2]。現以西門子RDS111型醫用回旋加速器為例，介紹真空系統的結構、工作原理及故障處理，僅供參考。

1 真空系統的結構和工作原理

RDS111型回旋加速器真空系統由真空腔、準直器（轉靶）、真空泵、破空閥和真空計等構成[3]，見圖1。真空泵分為兩級,即初級旋轉泵（RP）和次級擴散泵（DP），RP用于抽除DP排出氣體并維持一定負壓。真空計有離子規真空計（IG）和皮拉尼真空計（PG）兩種，IG檢測壓力范圍1.0×10-8～1.0×10-4Torr, PG 檢測壓力范圍 ＞1.0×10-3Torr，IG和PG1用于檢測真空腔壓力，PG2則用于檢測DP與RP之間的壓力[4]。

工作原理：打開真空時，RP開始運行，當PG2＜2.5×10-1Torr且PG1＜8×10-2Torr時，4臺DP開始加熱，大約15 min后，油溫達到預定溫度時，DP開始正常工作；DP正常工作30 min以后打開離子規真空計；關閉真空時，首先關閉離子規真空計，再關閉DP泵，讓RP繼續工作，大約40 min后，待DP油溫降到近室溫時再關閉RP。

2 真空系統的故障處理

2.1 故障1

2.1.1 故障現象

儀表DP2工作指示燈熄滅，同時高溫指示燈亮，真空度顯示數字為5×10-6Torr，達不到加速器正常運行要求。

2.1.2 故障分析和處理

DP2工作指示燈熄滅，表明該泵工作異常，抽氣效率低導致真空度下降。首先檢查DP2的加熱絲，發現加熱絲完好無損，同時擴散泵油量適中，處于正常工作條件。高溫指示燈亮，表明該泵油溫過高。檢查水冷卻系統，發現外冷卻系統工作正常，而內冷卻系統的水流量明顯減小，同時回水溫度明顯升高，這表明因冷卻水流量減小致使整個加速器的水冷卻效果變差。逐級檢查內冷卻水管道，發現每組進水管口處都有1個限流膠圈，很多膠圈都因膨脹變形致孔變小，達不到設計的流量要求。而DP2對應冷卻水限流膠圈變形尤為突出。更換所有限流膠圈后，故障排除，加速器運行正常。

2.2 故障2

2.2.1 故障現象

加速器待機狀態時，真空度為5.0×10-6Torr,達不到正常運行要求。打開磁場電源后，真空腔內壓力逐漸下降，最后穩定在3.5×10-7Torr。

2.2.2 故障分析和處理

抽氣效率低下和密封圈泄漏都會導致待機狀態下真空腔壓力偏高。經檢查，發現所有儀表指示燈均正常，內冷卻系統水溫及流量正常，RP、DP等處于正常工作狀態，表明抽氣正常。打開磁場電源后，真空腔壓力逐漸降低，表明泄漏點可能靠近磁鐵，因為磁鐵通電后會產生強大的磁力和大量的熱量，使真空腔上下級壓得更緊，同時密封膠圈因受熱膨脹而使密封效果更好。通過逐級排查，發現真空腔密封圈因長時間使用導致彈性很差，真空硅脂變干。更換真空腔密封圈和真空硅脂后，真空度恢復正常。

2.3 故障3

2.3.1 故障現象

維修加速器轉靶，清洗束流準直器、更換密封圈后，加速器正常工作2 d后，真空腔壓力升為6.0×10-6Torr，達不到加速器正常運行要求。

2.3.2 故障分析和處理

加速器儀表指示燈顯示正常，DP及冷卻系統都處于正常工作狀態，表明抽氣系統出現故障的可能性很小。密封系統中，真空腔密封圈、離子源密封圈、準直器密封圈等幾乎所有密封圈都剛換不久，不存在老化、泄漏問題。由于近期維修了轉靶，同時清洗了準直器，估計拆卸過的部分出現了泄漏。卸下轉靶和準直器，仔細檢查每一個膠圈，結果在準直器中間接頭密封圈上發現了一根很細且顏色與膠圈幾乎相同的金屬細絲。剛安裝時，由于剛抹上的真空硅脂黏度大，能夠消除金屬絲影響起到有效密封作用，加速器運行時束流會轟擊在密封圈上產生大量的熱量，幾天后真空硅脂因受熱而出現輕微泄漏。取下金屬絲，重新裝上準直器和轉靶，故障消除，加速器恢復正常。

2.4 故障4

2.4.1 故障現象

加速器真空度儀表上出現“05E”故障提示。

2.4.2 故障分析和處理

“05E”是一個較常見的故障代碼，即無探測信號，表示真空控制及探測系統故障。未探測到真空度信號，說明故障可能出現在系統控制、信號的產生、信號的傳輸等多個環節。首先檢測離子規，發現離子規燈絲電阻正常，電壓正常，表明有信號產生。依次檢查傳輸線的接頭，均未發現異常。拆下真空控制主板，仔細檢查每一個電子元件，發現兩個電容有鼓包、一塊電源芯片無電壓輸出。更換電容和芯片后，重新裝上真空控制主板，打開電源，離子規真空顯示為4.2×10-7Torr，故障排除。

2.5 故障5

2.5.1 故障現象

待機狀態下真空度正常，生產時隨Foil膜電流的增加，真空腔內壓力逐漸上升，最后射頻系統自動關閉。

2.5.2 故障分析和處理

真空度在待機狀態下正常，當加上束流后，出現Foil膜電流和靶電流時，真空腔內壓力才逐漸上升，表明故障可能發生在Foil膜和靶之間。首先檢查真空窗，打開氦氣開關，當氦氣壓力指示燈亮后關閉氦氣開關，觀察幾分鐘，發現氦氣壓力指示燈依然亮著，表明真空窗無泄漏。卸下轉靶和準直器，仔細檢查每一個密封圈，未發現任何異常。最后破空打開真空腔，仔細檢查Foil膜及支架，發現Foil膜嚴重變形凸出。Foil膜變形會導致運行時通過Foil膜后的質子束流呈發散狀，當Foil膜電流逐漸增大時，大量的質子束流會直接轟擊在準直器上，致使準直器密封圈溫度過高而出現真空泄漏。更換Foil膜后，故障消除。

3 總結

回旋加速器真空系統是一個復雜而精密的體系，其故障點很多，在使用過程中會出現各種故障現象，且同一故障可能存在多種故障源。操作及維護人員應熟悉真空系統結構，做好日常維護工作，定期檢查并更換密封圈，保持適中的擴散泵油量，以降低減少故障的發生概率。為了及時有效地排除故障，充足的維修備件、較強的故障分析能力以及較強的維修動手能力，三者缺一不可。