Precise直线加速器真空故障的维修

郭瑞锋，梁玉新，李伶，胡胜文，吴勇

广东医科大学附属医院放疗机房 （广东湛江 524001）

我院2005年引进医科达precise直线加速器，配有3档能量光子线，最近5年平均每天使用时间超过16 h，故障率较高。医科达Precise直线加速器是行波电子加速方式的高能加速器，具有可以拆卸的电子枪、偏转靶室、波纹管、离子泵、波导窗以及近3 m长的加速管，离子泵负荷大，真空系统故障较多。现就该型加速器真空系统的组成结构、主要部件工作原理及几种故障的处理进行介绍。

1 医科达加速器的基本结构

医用直线加速器由加速管系统、微波系统、电子发射系统、高压脉冲调制系统、真空系统、束流控制系统、辐射系统等组成[1]。加速器的加速管须保持超高真空（10-8～10-12Torr/10-5～10-9Pa），设置真空的目的是：首先是为了防止加速管内的高压打火；其次是为了避免电子发射系统（电子枪）的灯丝因氧化而烧断；再次是为了避免电子与空气分子碰撞而损失能量[2]。医科达Precise医用直线加速器的真空区域包括：电子枪、加速管、靶室、耦合器、波导窗、离子泵、排气口。

2 真空系统

医科达Precise直线加速器的真空系统的主要组成有：离子泵2个、离子泵电源模块（PSU）、高真空阀门、排气口、真空联锁[3]。

2.1 离子泵工作原理

直线加速器正常工作时的加速管，由两个离子泵维持超高真空，枪端一个，靶端一个。当加速管刚开始建立真空时，由于此时真空度不在离子泵的工作范围内，需关掉离子泵电源，外接一个分子泵获取一个相对较低的真空状态，将管内压力抽到10-3Pa（当屏幕监测真空读数为-5.8，即10-5.8Torr）以下，再改用连接在加速管两端的离子泵继续抽到超高真空状态。离子泵的工作电源是由装在机架的PSU提供的3～7kV高压直流电源，离子泵必须24 h工作，中间不允许停机或者短时间停机，所以离子泵的PSU电源要与机器主电源分开并且相互独立供电，保证在关机状态下离子泵仍在工作[4]。加速管的枪端和靶端的真空度，在控制室和治疗室都能显示，以便观察。

2.2 真空连锁

如果直线加速器实施治疗时，加速管内压力上升至10-5Torr，会PRF中断并且暂停出射线，保护波导窗，但当加速管的真空回到10-5Torr以下时，直线加速器会重新开始出射线。若加速管内的压力升到10-4Torr以上，此时真空度已经不在离子泵的工作范围，无法使用离子泵回到超高真空的状态，直线加速器不但会停止出射线，而且会停止电子枪灯丝的供电，以防高温的灯丝遇到氧气蒸发，保护灯丝寿命[5]。真空度下降，有可能是离子泵故障，也有可能是整个真空系统有微小漏气点，当维修需要破坏真空时，需用干燥的高纯氮气填充，这样下次重建真空时，可以减少外部空气的影响。

2.3 真空检测

离子泵的放电电流可以真实地反映加速管内的真空状态，离子泵电流和真空度对应关系测算显示，离子泵工作电流大则真空度低，离子泵工作电流小则真空度高，所以离子泵不但是超高真空获得保持的设备，也是真空的取样检测设备。

3 故障

3.1 故障一

3.1.1 故障现象

治疗过程中突然中断，出现T10-5或G10-5联锁。

3.1.2 分析与检修

进入直线加速器维修模式下查看真空显示数值，枪或者靶方向读数下降，离子泵放电电流增大，另外一个方向数值正常，手摸数值变化方向离子泵泵体发热，关掉离子泵的电源。调换两个方向离子泵的电源，排查供电电路是否异常，结果正常，所以可能是离子泵的问题，分析是离子泵金属钛膜脱落，吸附能力减弱。

用无水乙醇擦涂泵体表面，风扇冷却一段时间后，给离子泵供电，故障离子泵放电电流没有变化。两个吸附钛板间应有溅射出的钛造成短路，经多次敲击泵体后，真空度逐渐上升到正常值，过程中需要注意离子泵发热或者电流值上升，需要及时断电降温。使用一段时间又出现相同真空故障，同时敲击离子泵壳体无变化，怀疑离子泵内部严重短路，毒化严重，需更换离子泵，更换离子泵然后重建真空，真空系统恢复正常。

3.2 故障二

3.2.1 故障现象

开机时出现T10-4和G10-4联锁。

3.2.2 分析与检修

在service模式下查看真空数值，枪方向、靶方向数值均大于10-4Torr，用手摸2个离子泵均发烫，怀疑有微漏处。需要吊起小机头，拆掉覆盖上面的防护铅块，直到露出波纹管、靶和真空盒等真空器件，使用示漏剂或者示漏气体查找漏气部位，排查到漏气部位然后进行后续处理，经检测，发现靶端连接波纹管结构的胶圈漏气，排掉内循环冷却水，移开水管，使用医科达配给的两角勾板手钩住加速管和波纹管连接处卡槽，使用塑料袋装干燥纯氮气破坏真空，逆时针旋转3～5圈，拆下来的弹性密封圈已经硬化需要更换，更换后重建真空，真空系统恢复正常[6]。

另外一种情况是长时间断电可能导致真空度升至10-4Torr以上，我院所处湛江市南邻南海，每年7、8月份均有强台风过境，2015年10月有一次断电超过24 h、真空上升至10-4Torr以上，这种情况下通电后离子泵由于不在工作范围内，电流特别大然后发热，如不及时断电重建真空，离子泵会烧坏，需要断开2个离子泵电源，外接分子泵重建真空到10-5.8Torr，然后换离子泵继续抽真空[7]。

4 小结

医科达直线加速器因为行波加速模式，加速管比较长且复杂，对真空要求较高，并且重建真空的过程是比较长的，需要耗费1～2 d的时间。我们在使用中也总结了一些经验，尽量不破坏真空，如果真空数值没有高于10-5Torr，我们尽量使用机器上的2个离子泵进行真空的还原，还原过程中要注意温度的变化，反复停开电源降温，使真空稳定，这样是最节约时间的处理方法。目前主力机型已经过渡到我们新安装的synergy，precise故障率也有所降低，两者同为医科达加速器，加速结构大致一样，12年的precise使用经验有好多适用synergy。