IBACYCLONE10/5回旋加速器故障分析与体会

张峰，吴克宁，陈宇导，吴春兴

1.中山大学附属第三医院　核医学科，广东　广州　510630；2.中山大学附属第一医院　核医学科，广东　广州　510080

IBACYCLONE10/5回旋加速器故障分析与体会

张峰1，吴克宁2，陈宇导1，吴春兴1

1.中山大学附属第三医院核医学科，广东广州510630；2.中山大学附属第一医院核医学科，广东广州510080

[摘要]目的分析回旋加速器在beamon（运行状态）过程中出现的两个典型故障的原因，总结排查和解决故障的经验。方法根据故障检测软件提示初步判断故障范围，针对故障1，在beamon时，检测与分析射频电压与高频发射机停止的关系；针对故障2在Beamon时SOURCE（离子源系统）无法启动，分析output selected（输出靶位选择）错误信息的原因，分别采取相应处理对策。结果故障1为二级水冷系统工作异常所致射频电压不稳定，可造成其过流保护而导致高频发射机停止工作，通过屏蔽水流短路点后，该密封冷却水循环装置的故障得以排除。故障2是由电源故障导致SOUR CE无法启动，更换电源即解决。结论根据故障检测提示寻找故障原因，针对性检测和维修，可有效地解决故障，提高工作效率。

[关键词]回旋加速器；射频电压；电源故障

0　前言

随着PET/CT的临床应用越来越广泛，正电子药物,如18F、11C、13N等的需求也在相应增加。医用回旋加速器作为正电子药物的生产设备，其使用率也越来越高[1]。但是，医用回旋加速器是一个集医学、数学、物理学、计算机学等于一身的大型医用设备，工作系统复杂，日常使用中的故障率也相对较高。IBA CYCLONE 10/5回旋加速器是比利时IBA公司研制的正电子药物制备系统。主要生产11C、13N、15O、18F等显像药物。本文详细介绍了IBA CYCLONE 10/5回旋加速在 Beam on 时遇到的2个故障及其处理方法。

1　故障一

1.1故障现象

在加速器处于运行状态（beamon）中，射频电压不稳定，在一段时间内出现过流保护，高频发射机停止工作。

1.2故障分析与诊断

射频系统功能简图，见图1。加速器的射频电压由1个10k W的单边谐振放大器通过50Ω同轴电缆将高频功率传输到回旋加速器主体，再通过电感耦合方式将功率馈入高频谐振腔。而高频谐振腔内射频的稳定性受真空、水冷、离子引出系统、高频发射机本身性能状态等影响。

图1　射频系统功能简图

待机状态下，机器真空为1.1×10-6mba。将机器切换到进入系统操作（Access）状态后，加速器主磁场线圈（MAINCOIL S）、射频系统（RFS YSTE M）进入工作状态，离子源系统（S OURCE）处于待机状态，真空下降到5.0×10-6mb a，真空状态稳定。此时，机器射频电压能稳定在30kV。据此，可以排除真空系统泄漏和离子源部分打火引起射频波动和过流的故障原因。

保持机器在Access状态运行约10min，射频电压开始出现波动，高频发射机停止工作，射频控制柜提示过流错误信息。因为之前射频电压在一段时间内能稳定工作，故怀疑机器水冷系统工作异常导致射频部分散热不良。打开谐振腔检查，发现射频D形盒射频馈入端有高温烘烤痕迹，铜板温度异常高，整个铜板表面呈高温后的黑红色状态。而另一端的D形盒温度处于常温状态（约25℃）。因此，考虑本次故障为水冷系统工作异常所致。加速器水冷系统分一级水冷和二级水冷。一级水冷给二级水冷进行热交换，保证二级水冷的温度在18～25℃。二级水冷主要对扩散泵、靶体、射频部分、离子引出源等高温部分进行冷却。回旋加速器工作时对内部温度恒定有很高要求，如果水冷系统为射频D形盒提供的冷却水温度达不到要求，会导致射频D形盒温度过高而变形，与离子引出系统间距变小，放电频率增加，造成加速器的射频频率极不稳定，机器不能正常工作[2]。

断开D形盒以外的水循环管路进行检查，发现其循环良好，没有问题。而D形盒散热连接铜管为密封装置，无法拆开来检查。但根据液体连通器的工作原理，可以对这类密封装置进行检测。液体连通器的工作原理是：液面以下相互连通的2个或几个容器盛有相同液体，其液面高度相等，液面上的压力也相等的内部连通的封闭循环装置。通过检测，发现外围测试水平面只能保持在入水口往上约2cm位置，据此，怀疑该密封循环装置可能存在短路点，使冷却水流不能按设计要求到达D形盒散热端。至此判断，本故障是因为射频D形盒冷却水流循环异常，使其散热不良，持续高温变形后，其与离子源间的距离过近而短路，导致过流保护。

1.3故障处理

由于D形盒散热连接铜管为密封装置，拆开维修铜管可能会影响谐振腔中心区结构，势必影响整个系统的稳定性能。因此，在不改动原有管路的情况下，应优先考虑采用屏蔽或旁路的方法解决问题，最终，在插入1根耐高温硅胶导管屏蔽水流短路点后，该密封冷却水循环装置的故障得以排除。经检测，射频D形盒冷却后物理变形恢复正常，与离子源系统的间距恢复正常状态（约1.3mm）,将全部部件复原后，重新开机测试，加速器恢复正常运转[3]。

此外，为了避免管路结垢、腐蚀、漏电甚至短路，水冷系统采用去离子过滤设备使冷却水保持较低的电导率[4]。IBA回旋加速器使用半年左右，建议更换离子交换树脂。否则，有可能因内循环（密封冷却水循环装置）中水的电导率过高而使主机保护性停机，影响日常工作[5]。

2　故障二

2.1故障现象

加速器处于运行状态（Beamon）时，离子源系统无法启动，报输出靶位选择（outputselected）错误。

2.2故障分析与诊断

回旋加速器有 8 个输出靶位，而每个靶位对应的碳膜支架上有 2 块碳膜。离子源系统引出的氢气负离子束流穿过碳膜后剥离了束流上的负离子轰击到靶上。在Beam on 时，离子源系统（SOURCE）需要满足安全互锁系统、氦冷、水冷、磁场、射频、靶位选择达到预设要求后方能正常工作。通过检查操作系统上离子源系统的状态，发现输出靶位选择显示未正常加载，且碳膜剥离系统驱动器（Stripper Drivers）上显示碳膜驱动过极限（LIMIT）错误，怀疑为碳膜剥离器（Stripper）驱动位置超过极限。

卸下真空装置，打开屏蔽门，打开回旋加速器谐振腔，发现碳膜支架在不停的顺时针旋转，无法达到系统预设的工作位置。碳膜支架上的 2 块碳膜位置，是在加速器工作过程中设置到其束流轰击到靶上最高效率的预设点，把对应预设点的电压值存储到 PLC（可编程控制器）。而此时的碳膜找不到 PLC 内存储的位置信息，碳膜的位置信息在操作系统的碳膜位置调节界面上也没有反馈值，无法进行选择或更换。回旋加速系统预设了 2 块碳膜的位置信息，此位置信息由碳膜支架旋转驱动电机里的同步电位器来反馈。通过电路分析，该电位器由碳膜支架旋转驱动器提供 ±10 V 电压做取样并反馈其位置信息。用数字万用表测量，发现该 ±10 V 电压无输入，驱动器也无电压输出。至此确定，碳膜支架驱动板没有为其同步电位器提供 ±10 V 取样、反馈电压，导致碳膜与粒子束流或靶位置无法匹配，最终使得 SOURCE（离子源系统）无法启动而报错。

2.3故障处理

检查碳膜剥离器驱动电源，用数字万用表测量，供电输入220V正常，而输出±15V和±10V,为0。更换碳膜剥离器驱动电源后，开机测试，加速器恢复正常运行。

医用回旋加速器一般都有几套靶系统，通常情况下都是使用1个碳膜来控制靶位的改变。所以，碳膜的控制都会有1套牵引的驱动装置。当碳膜的来回牵引控制线圈出现松动时，也会出现类似的问题。此时，只需固定牵引线圈，便可排解故障[6]。

3　维修小结

不同型号的医用回旋加速器结构有较大的差异，但它们一般包括：磁场、射频（RF）、离子源、真空、离子引出、靶、冷却和屏蔽系统等主要组件，且各个系统之间联系紧密。尤其回旋加速器谐振腔的中心区在维修中须格外注意，不要因轻易改变其物理位置而引起机器参数的变化，从而导致系统整体性能的变化。加速器的结构庞大，原理复杂，在排除故障时要冷静地观察与分析，尽量借助简单易行的手段和方法，有效地解决问题，避免问题扩大化，既保证仪器整体性能的稳定性，又能有效地控制维修成本。应详细记录每次故障现象和维修过程，以备将来参考。故障维修要在分析故障检测软件的错误信息的基础上，缩小硬件检测范围，有针对性进行硬件检测，就会比较容易发现硬件故障，缩短维修时间，提高维修效率。

[参考文献]

[1] 李亚明,陈松,田嘉禾.2010年全国核医学现状普查[J].中华核医学杂志,2010,30(6):428-429.

[2] 李东,尚进.IBA回旋加速器18/916kW发射机故障检修[J].医疗卫生装备,2012,33(7):141.

[3] 魏科绪.IBA回旋加速器故障及维修[J].医疗卫生装备,2004, (6):267.

[4] 胡啸.医用紧凑型回旋加速器水冷系统设计[J].中国医疗设备, 2012,27(5):26-28,46.

[5] 梁耿,刘大鹏,苏毅.医用回旋加速器常见故障维修3例[J].医疗卫生装备.2012,33(8):133-134.

[6] 颜和平.医用回旋加速器射频系统原理及其影响因素的研究[J].中国医学装备,2013,10(7):31-33.

作者邮箱：zzzfff168@163.com

[中图分类号]TL542

[文献标志码]B

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.02.051

[文章编号]1674-1633(2014)02-0146-02

收稿日期：2013-04-22

Troubleshooting of IBA CYCLONE 10/5Circular Accelerator

ZHANG Feng1, WU Ke-ning2, CHEN Yu-dao1, WU Chun-xing1
1.Department of Nuclear Medicine, the Third Hospital Affiliated to Sun Yat-Sen University, Guangzhou Guangdong 510630, China; 2. Department of Nuclear Medicine, the First Hospital Affiliated to Sun Yat-Sen University, Guangzhou Guangdong 510080, China