医用回旋加速器常见故障分析2例

2016-03-02孙传金吉蘅山王新刚朱虹

中国医疗设备 2016年12期

关键词：朱虹离子源灯丝

孙传金，吉蘅山，王新刚，朱虹

南京军区南京总医院核医学科，江苏南京 210002

医用回旋加速器常见故障分析2例

孙传金，吉蘅山，王新刚，朱虹

南京军区南京总医院核医学科，江苏南京 210002

正电子药物是由回旋加速器和化学合成模块等经系列化学反应合成。对回旋加速器的故障分析的报道尚不多。文中对两例故障发生的现象，故障原因，故障排除进行分析，以期减少故障率的发生。

回旋加速器；故障；维护

引言

正电子发射计算机断层扫描仪/CT（Positron Emission Computed Tomography/CT，PET/CT）是目前核医学界内较高端的影像设备。PET/CT显像对临床诊疗及疗效判断起到重要的作用，是评价良恶性病变的重要手段[1-2]。其正电子药物是由回旋加速器和化学合成模块等经系列化学反应合成。现以，加拿大EBCO公司TR19型回旋加速器为例总结发生常见故障现象及对故障发生的原因，故障排除进行分析，以期减少故障率的发生。

1 设备工作原理

如图1所示，在回旋加速器中心部位的离子源经高压而使气体电离发射粒子束流，该粒子束流在称为Dee的半圆弧电极盒（简称D型盒）中运动。在磁场和电场的作用下被加速的粒子在近似于螺旋的轨道中运动飞行。设粒子Q的质量为m，所带电荷为q，所具的运动速度V，磁场强度为B，粒子受到的洛仑兹力F=BqV，粒子运行轨道的圆周半径r与洛仑兹力F关系为F=mV2/r，加速粒子的能量E=mV2/2=B2q2r2/2 m。在回旋加速器中心区域，粒子被拉出后经电场的加速而获得较低的初速度，同时，磁场也对这些粒子产生作用，两种场作用的结果是粒子在D型盒间隙（gap）内按螺旋轨道飞行。带电粒子经多次加速后，圆周轨道半径达到最大并获得最大的能量，在该点处粒子将被束流提取装置提取引出[3-5]。

结构上，回旋加速器主要由7个系统来支持：离子源系统，射频系统，磁场，引出系统，冷却系统，真空系统和控制系统等，见图2。

图1 回旋加速器工作基本原理简图

图2 加速器组成系统图

2 常见故障

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

点击离子源（Ion Source and Inf ector Supply，ISIS）start后，离子源开启后，灯丝（f lament）电源不开启，等待2 min后，报f lament time out（灯丝开启超时）错误。

2.1.2 故障分析

TR19的离子源为外置离子源，该类型离子源的结构[5]如图3所示，它主要包括等离子体放电腔、10对多峰永磁体、电子虚拟过虑器、3电极引出系统、带有永磁约束的端盖、单或双灯丝及灯丝座、氢气供气及气流量调节系统、电源系统、水冷系统和控制系统等。灯丝安装于等离子体放电腔之中，钽材料的灯丝电加热而发射电子，实时监测灯丝与放电腔本体之间的弧压（Arc Volatage），并反馈控制灯丝的电流，从而使弧流维持在所需要的范围内。

灯丝报错可能存在的问题为灯丝电源故障，灯丝断掉导致电源无法加载以及灯丝电流检测反馈电路故障。TR19离子源反馈检测电路采用光电隔离，系统总共有5块光电隔离板，分别检测灯丝，弧压，等离子电极，引出电极以及偏置电压。

图3 TR19 外置离子源原理示意图

2.1.3 故障排除

断开灯丝电源，用万用表测量灯丝电阻接近0 Ω，灯丝未烧断。检查灯丝供电电源工作也正常。问题出在反馈电路上，拆下灯丝光电隔离板和弧压隔离板交换后，开启离子源发现灯丝可以正常开启，弧压报错Arc time out（阳极启动超时），确认光电隔离板故障。检查光电隔离板发现精密放大器LT1055损坏，更换LT1055后。重新开启离子源，故障排除。

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

真空异常，某晚开机前检查发现停电，复位后开机真空一直很差。离子源真空正常主真空达10 uTorr，超过射频开启阈值5.7 uTorr.

2.2.2 故障分析

TR19加速器真空系统分为主真空，离子源真空以及靶区真空（如图4）。主真空为粒子加速的场所，主要有一个机械泵（Rotate Pump，RP）和一个冷凝泵（Cold Pump，CP）抽取真空。日常由冷凝泵CP01维持XV0为主真空连接离子源真空的阀门，XV2为主真空和靶区连接阀门。主真空差可能原因主要是冷泵的吸附力不行了或者真空腔内有泄露。PV42为剥离支架连接处，也可能导致泄露。

2.2.3 故障排除

首先检查冷泵发现泵头温度15.8 K（凯尔文，温度单位）效果还比较好。首先关闭XV0和XV2排除其他两个区域干扰。效果未见改善，关闭PV42时，真空出现波动。怀疑该处有泄露，取出碳膜支架发现密封圈老化，更换密封圈后，故障解决。

图4 回旋加速器真空控制界面

3 讨论

经上述分析，回旋加速器常见故障的主要由于加速器未定期保养，附属设备故障和人为操作失误等多方面原因造成。有些设备的故障是可以通过预防减少其发生机率，而人为造成的故障是完全可以避免的。因此对设备、人员及物品等应制定相应的规章制度并严格执行，对确保回旋加速器的正常工作是非常重要的。以下是针对设备、人员及物料提出的建议：定期检查保养设备；相关人员上岗操作应接受全面的培训，考核合格之后方可上岗；所有人员均应按照标准作业程序操作，不得随意更改控制流程；生产时应注意观察及时发现错误；设备间的温湿度必须严格按照相关规定要求。