Varian CL2300CD加速器MOD连锁原理与速调管更换维修

王明槐,唐志全

1.广西玉林红十字会医院(玉林市,537000)

2.四川大学华西医院 (成都,610041)

Varian CL2300CD加速器MOD连锁原理与速调管更换维修

王明槐1,唐志全2

1.广西玉林红十字会医院(玉林市,537000)

2.四川大学华西医院 (成都,610041)

介绍了 Varian CL2300CD加速器MOD连锁故障的现象、原理。通过故障排除与检测证明,速调管真空度下降,引起灯丝过流、导致速调管管体电流、电子束流增大,导致 PFN瞬时过流并触发MOD连锁。

加速器;故障排除;MOD连锁

1 故障现象与预处理

正常开机预热完毕后,在晨检模式、治疗模式及维修模式下,均能选择能量、剂量、剂量率等出线准备参数,专用键盘钥匙扳到“Enable”位置,进入“Ready”状态,并通过剂量模拟积分检查环。按Beam on按钮 ,无射线束流,显示“MOD”连锁,状态灯自动跳回“Beam off”。同时,在MOD连锁故障前3天内已发现,早晨开机时在维修模式下,刚开机时速调管真空度显示 (KLY VAC)可达 20.00左右,预热完毕后也下不到 1.00以下,而故障前近期的一段时间,正常的真空度显示在 0.80左右,但自始至终未出现速调管真空连锁VAC2。在速调管端拔下速调管真空钛泵供电电源插头,用数字万用表连接高压测试棒测量,3kV高压正常。

MOD连锁第一次出现后,重置参数清除连锁,机器尚正常工作 3小时左右。连锁第二次出现后,再也不能清除。而每次开机预热后速调管真空度显示出现较大波动,且可达 8.00左右。拔下速调管真空度传感器BNC接头,真空度显示 99.99,说明真空度显示本身正常。虽然真空电源微安表头已坏,但据此现象与过程,初步估计故障与速调管真空度下降有关。速调管真空度的下降有两种可能,一种可能是钛泵效率下降或损坏,另一种可能是明显泄漏。无论哪种,在医院方面均无条件对速调管进行修复而只能是更换。由于速调管更换价格昂贵且过程复杂,有必要依据MOD连锁原理,对所有可能原因作全面排查。

2 MOD连锁原理分析

MOD是调制器Modulator的前三个字母。查连锁释义,当出现MOD时,意指调制器脉冲形成网络(PFN)上的反向电压在检测电路的输入端超过 9.5 V。MOD原始信号采样自 PFN末端削峰电路 (图纸编号 D882791,下文余处直接使用 D######表示图纸编号,#为数字),在末端削峰电路中跨接电流互感线圈 T4,二极管 CR14使放电回路中只有 PFN的负脉冲。T4将感应到的电流转换成电压,转换比率为 0.1V/AMP。正常时,PFN负载的最大峰值电流为 80 A。因此,MOD连锁本质上是调制器的速调管负载过流保护电路。

T4感应的脉冲电压被送到控制台 (Console)的故障信号预处理板 (FAULT SIGNAL COND ITI ON PCB B12,D1100326),峰值信号滤波后在U4与参考电平比较,如果滤波后的信号电压超过参考电平(9.5V),比较器将跳转到MOD连锁。连锁作用的机制是,若 -12V存在则无故障,而若 -12V变为 0 V,则故障连锁有效。在 B12板同时将削峰电流送到控制台示波器接口以备使用示波器查看。

MOD连锁信号从 B12板预处理后送往输入接口 2号板 (I NPUT I NTERFACE#2 PCB,D879641)。如果出现MOD连锁条件,则 -12V变为 0 V,光耦合器U3的输入二极管被关断,U3Pin6则输出 TTL高电平,而与非门 U14Pin6输出低电平,触发器 U21被触发,输出端 Q输出高电平,然后经数字输入 /输出 (digital I/O)到控制器微处理器板被程序识别,控制器微处理器板发出连锁信号并关断束流。同时,触发器 U21输出端 Q/(Q非)输出 TTL低电平,使发光二极管 DS3-2点亮,此灯位于输入接口 2号板顶端,便于在 Console直接观察。在调制器和微波系统中,出线连锁共有三个,除 MOD外尚有HVOC(高压过流)和 VS WR(电压驻波比)。HVOC取样自 PFN前级,而 VS WR取样自反射波即速调管微波输出后级。三个连锁均在出线时才起作用,并且在非常短的时间即有效。出线连锁触发器不用时钟同步而是预置,有别于其它连锁触发器的每隔一个时间间隔同步检测连锁状态,而是一直在检测,因此无论是脉冲信号还是直流电平都能被检测到,所以,当取样信号线断开时也会报连锁。

3 故障排查检测与试验

首先,既然MOD连锁是对 PFN的过流保护,排查就是针对脉冲电流增大的试验。PFN末端的削峰二极管 CR14(见D882791)如果击穿将失去单向性,脱开一端,用 500V摇表测量正常。

其次,是削峰网络 R24、R25及 C19(见D882791),如果 R24、R25断路或 C19短路均会使网络失去削峰作用。R24与 R25分别为 25Ω,并联后为 12.5Ω恰好等于 PFN的特征阻抗。脱开一端,用万用表测量 R24、R25阻值正常;C19用摇表测量无短路。

第三,是 PFN末端至脉冲变压器的 4根 50Ω传输线,并联后等于 PFN的特征阻抗 12.5Ω。如果任何一根发生打火现象,均会造成 PFN瞬间过流。从PFN末端到脉冲变压器电缆桩头仔细查看,未发现打火痕迹且桩头无松动迹象。

第四,是脉冲变压器油箱及组件 (见 C829003)。由于脉冲变压器油箱顶盖位于内循环水箱附近,如果油箱进水,必然引起打火。卸下顶盖螺栓,观察油箱内耐高压油的洁净度并透过绝缘油观察油箱内组件接头,结果是绝缘油无气泡且洁净,油内组件接头清洁明亮,无打火痕迹。

从电路图可知,脉冲变压器油箱组件包括:脉冲变压器 T1,原级电阻为 12.5Ω,次级电阻为 1400Ω;原级与次级脉冲电压变比 11:1,原级输入脉冲电压为 11.4kV,因此次级脉冲电压为 125kV,所以绝缘油的耐压品质要求较高,指标要求大于等于 30kV/0.1。

PFN特征阻抗匹配回路 R1、R2和 C6,R1和 R2阻值均为 25Ω,并联值为 12.5Ω。

速调管灯丝电流监测线圈 T3,为 KFI L连锁的采样点,输出 BNC接头 J1,灵敏度为 0.1V/AMP,如果速调管灯丝电流在标称值 (29A)的 1/2及 1/2以下时作用,即正常值为 2.9VAC。本故障中并未出现 KFI L连锁,说明速调管灯丝电流并未欠流。也可以测量此处电压来反推灯丝电流,但因高频干扰较重,读数会偏大。

脉冲高压监测回路 CD1(包括分压电容 C1、C2和输出BNC接头 J2自身的电阻),采样比为 24000:1,即采样最大脉冲电压为 5.2V。

J7在脉冲变压器的桩头端,其中 C、D端是油位高度开关 S1,如果油位高度低于顶盖 2.5则断开,在断电状态拔下 J7,用欧姆档测量 C、D端,结果导通,说明绝缘油位正常。J7的 A、B端是速调管灯丝变压器 T2的原级输入电压,标称值为 236VAC(50Hz)。脉冲变压器次级接地,所以原级是负高压。在机器预热完毕后的“ON”状态测量 J7的 A、B端,236VAC异常,只有 140VAC。同样状态拔下 J7测量,236VAC正常。说明灯丝变压器局部短路或速调管灯丝过流。

最后,考虑到面板显示速调管真空度下降,将目标聚焦于速调管灯丝变压器和速调管本身,对速调管油箱及组件进行最后验证。用专用油泵将速调管油箱存油抽干,直观观察灯丝变压器,灯丝变压器外观并无短路烧糊迹象。将速调管灯丝连线从变压器脱开,在“ON”状态空载测量 J7的 A、B端,236VAC正常。为了完全验证故障来自速调管,根据速调管铭牌显示的灯丝电压 7.5V,灯丝电流 29A,将日用电炉丝截成若干段并联,制作成 R=0.26Ω的电阻,将此纯电阻接到灯丝变压器次级作为假负载试验,结果 J7的 A、B端的 236VAC电压正常,至此验证了速调管本身灯丝过流。

根据面板显示速调管真空度下降与速调管灯丝过流的验证结论,可以推断因为速调管真空度下降,导致速调管灯丝过流,同时还导致速调管管体电流增大,因此引起速调管电子束流增大,从而导致 PFN瞬时过流并触发MOD连锁。

将速调管吊出更换,重新注入新的绝缘油,并对新装速调管作老练训练,核对全部模拟参数,速调管真空度显示恢复正常,机器也恢复正常。

4 维修体会

首先,Varian加速器特定连锁故障的维修,要求清楚连锁要锁住什么,起何种作用,连锁系统的通路脉络和如何起作用。通过本例维修,可以真正明白MOD连锁的终极目的及连锁作用机理,并充分理解PFN、脉冲变压器及速调管的工作机理甚至全面熟悉了调制器和微波系统。

其次,要充分利用故障过程信息和维修模式显示的额外信息。本例的附加信息是维修模式关于速调管真空的面板显示,使验证过程锁定在速调管本身的真空度下降。

第三,虽然验证所直接针对的是速调管灯丝电流过流,但结合真空度显示信息,推断因真空度下降引发灯丝电流增大,同时引发的还有速调管中管体电流的增大,管体电流的增大引起速调管中总电子束流的增大,从而间接验证了 PFN过流 (MOD连锁)的原因是速调管管内真空度的下降,最大限度避免了速调管订购与更换的试探性或盲目性,以免造成金钱与时间上的不必要浪费。

Varian CL2300CD AcceleratorMOD Cha in Principle andMa intenance and Klystron Replacement

WangMinghuai1,Tang Zhiquan2
1.Guangxi Yulin Red Cross Hospital(Yulin,537000)
2.Sichuan University,West China Hospital(Chengdu,610041)

Varian accelerators are introduced CL2300CD cascading failure phenomenon,MOD.Through the troubleshooting and testproved that the The klystron vacuum decline,over-current,caused by filament speed tube body current,electron beam to increase,PFN instantaneous flow and triggerMOD chain.

the accelerator,Troubleshooting;MOD chain

R454

B

1674-1242(2010)04-00242-03

10.3969/j.issn.1674-1242.2010.04.017

,唐志全,E-mail:tangzhiq@163.com

2010-10-08)