医用加速器中闸流管的构造及故障维修三例

玉彪

广州医科大学附属第五医院设备科 （广东广州 510700）

闸流管是医用加速器中的高频高压开关元件，主要用来控制储能元件向负载放电，其工作过程主要分为3个阶段，即栅极放电点火阶段、放电由栅极到阳极发展阶段、阳极到阴极的电弧放电阶段［1］。医用加速器中的闸流管具有功率大、体积小、效率高、点火时间稳定、消电离速度快、重复频率高等优点，但其属于消耗性元件，且价格较昂贵，故使用中应注意维护保养，以延长其使用寿命。现将医用加速器中闸流管的构造、安装与监测方法及故障维修三例报道如下。

1 闸流管的构造

医用加速器中的闸流管是一种充满气体的电子三极管，与其他真空电子三极管结构相似，主要由阳极、阴极、栅极3部分组成，构造图见图1。阳极是一个平面圆盘，上部及四周设屏蔽网与其他部分隔离。阳极下方2～3 cm处是控制栅极，其表面覆盖了一层细栅网，具有良好的导电、导热性能，且熔点高、耐高压。控制栅极下设有点火隔离极，其可改善闸流管的点火性能，缩短点火延迟时间，避免阳极电场穿过栅网到达阴极。阳极屏蔽罩、阳极细栅网、控制栅网、点火隔离极在电气关系上相互关联，且其与阴极、阳极均被固定于圆筒栅极壳内。阴极采用的是旁热式阴极，外围设有双股螺旋灯丝，最外层设有保温屏蔽，其不仅可降低加热功率，使温度均匀分布，而且能够避免阴极材料溅射至栅极［2］。闸流管底端共有5个管脚，找到1脚后，沿顺时针方向依次为2、3、4、5脚，其中，1脚和5脚为闸流管灯丝，2脚为地线，3脚为第一栅极，4脚为第二栅极。整个闸流管由玻璃罩保护，见图2。

图1 闸流管构造图

图2 闸流管实物图

闸流管内装有氢发生器，其是金属管壳结构，管壁设孔，内置加热丝，并充满钛氢合物粉末，该粉末在一定条件下可产生气体以补充闸流管内不断被吸收掉的氢气，延长闸流管的使用寿命［3］。当加热时，钛氢化合物粉末便会分解并释放出氢气，氢气经孔隙扩散至闸流管的内部空间；冷却后，氢气通过孔隙重新被吸收并形成钛氢化合物，从而使闸流管内保持高真空状态。闸流管内的气压与灯丝电压密切相关，一般要求预热3～5 min才可正常开始工作，若气压不足，则会使闸流管失去控制能力，加大管压降，造成阳极过热，缩短闸流管的寿命。

2 闸流管的安装与监测

2.1 安装

闸流管的安装流程： （1）断开医用加速器整机电源，30 min后，打开调制柜的侧面板，使用高压放电棒对调制柜内的所有高压元件逐一进行放电，尤其是对手可触及的地方应进行反复放电，且放电后须将高压放电棒悬挂于机器上指定的地方，避免高压电容上电荷积蓄产生的二次高压对人造成伤害；（2）拆除旧闸流管前，请勿用手掌试探其温度，因整机运行时的闸流管温度可达2 000℃以上，待闸流管自然冷却降温后，方可拆除旧闸流管，拆除闸流管时，拧松闸流管顶端阳极帽的固定螺钉，分离阳极帽，拔出闸流管，拔出后的闸流管应横向放在平稳的水平面上，并将新的闸流管对准管脚方位插于插座上；（3）最后，使用沾过无水乙醇的无纺布擦拭闸流管的玻璃壳，避免因手掌的汗迹残留在玻璃壳上而导致使用时热量分布不均发生爆裂。

闸流管安装时的注意事项：闸流管是一个高真空的玻璃管，装置时应保持竖直（如瓦里安机型）或横向（如西门子机型和医科达机型），不可倒置，因倒置后可能使阴极氧化物的粉尘或微粒进入栅极空间，使闸流管不能正常工作，同时，闸流管内金属电极受热后变软，甚至会出现打火现象，或损坏。

2.2 监测

为保障闸流管的正常使用，工程师应对其进行定期的监测，主要监测闸流管的灯丝电压和第一栅极电压［4］。工程师在每个季度做机器保养的时候，应测量闸流管的灯丝电压和第一栅极电压并做相应记录。闸流管的灯丝电压为6.4 V AC，新闸流管第一栅极电压一般为18V DC左右，且闸流管的栅极电压会随着医用加速器的使用逐渐增大，当其电压逐渐升高至20 V DC时，临床科室应备份或更换新的闸流管。由于机器出束后，闸流管的栅极点火电压会有所下降，测量不到第一栅极电压的真实值，故测量闸流管第一栅极电压的最佳时间是机器开机预热完成后、晨检模式前。

3 闸流管故障，三例

3.1 故障一

3.1.1 故障现象

故障代码：调制器柜故障（MOD）联锁代码、高压过流（HOVC）联锁代码，无剂量输出，机器无法工作。

3.1.2 故障排除（1）进入维修模式SERVICE，旁路（OVERRIDE）与剂量有关的联锁［第1通道高剂量率（XDR1）、第2通道高剂量率（XDR2）、第1通道对称性（EXQ1）、第2通道对称性（EXQ2）、第1通道低剂量率（UDR1）、第2通道低剂量率（UDR2）等］；（2）选择适当的能量、模式、剂量率后出束；（3）通过示波器的监测，发现高压电压电流（HVPS－I）有波形，而脉冲形成网络电压（PFN－V）、靶电流（TARG－I）无波形，由此可知，调制器柜有直流充电电压而无脉冲高压输出，闸流管未触发，即未形成PFN－V，示波器上监测不到PFN－V波形；（4）打开调制柜侧盖板，观察闸流管灯丝亮度正常，使用万用表测量闸流管灯丝电压为6.4 V AC，而测量第一栅极电压达到30 V以上，故判断闸流管已损坏，更换新闸流管后机器工作正常。

3.2 故障二

3.2.1 故障现象

机器不能正常工作，调制器柜内有强烈的高压放电声，闸流管脚处有火光闪烁。

3.2.2 故障排除

（1）打开调制器柜，闸流管管脚处闻及烧焦味，且发现闸流管管脚1处与插座处烧融变黑；由于闸流管长期处于高温高压环境中，新闸流管安装时工艺的好坏、环境温度、空气湿度均可影响闸流管的正常状态或寿命，此故障现象发生率较高，工程师操作时切忌将烧坏的管脚打磨后重新使用，如此操作会导致出现更大的火花，进一步烧毁其他的高压部件。（2）更换新的管座和闸流管后故障排除。

3.3 故障三

3.3.1 故障现象

故障代码：UDR1联锁代码、UDR2联锁代码，无剂量输出，机器无法工作。

3.3.2 故障排除（1）进入维修模式SERVICE，OVERRIDE与剂量有关的联锁（XDR1，XDR2，EXQ1，EXQ2，UDR1，UDR2等）；（2）选择适当的能量、模式、剂量率后出束；（3）通过示波器监测到HVPS－I波形、电子枪电流（GUN－I）波形正常，反射波（REFL）波形缺失且PFN－V波形不正常，PFN－V峰值为5.8 V DC，低于正常值的7.2 V DC；（4）打开调制柜侧盖板，观察闸流管灯丝亮度，发现亮度明显偏暗，使用万用表测量闸流管的第一栅极电压为28.3 V DC，灯丝电压为6.4 V AC，判断闸流管已老化，更换新的闸流管后故障排除。