西门子PRIMUS直线加速器电子枪的故障分析与维修

张忻宇

惠州市中心人民医院 （广东惠州 516001）

电子枪作为加速电子的发射源，是医用直线加速器三大核心器件之一，其产生的电子注入加速器的加速管中，生成用于肿瘤放射治疗的高能电子束[1]。医用直线加速器对电子枪的基本性能要求主要有：电子发射数量及束流强度、发射时机、发射角度及电子射程等[2]。因此，电子枪及其控制电路工作性能的稳定性将直接影响加速器的工作效率[3]。现阶段，我院使用的西门子PRIMUS直线加速器已投入临床13年有余，设备整体性能及稳定性较好，但设备陈旧化及运行时间长引起的故障率逐年上升，工程师对设备的维护保养尤为重要。现将西门子PRIMUS直线加速器近期出现的两例电子枪故障及维修方法进行分析，以供参考。

1 故障1

1.1 故障现象

加速器在6MV-X治疗模式下从READY状态转入RADON状态后，无法正常出束，而后显示“#29INJECTOR”并伴有“#54DOSE RATE2（HW）”等剂量联锁。

1.2 故障分析和处理

旁路设备软硬件联锁后调至维修模式，将双通道示波器接至设备的INJ-I和PULSE-I引脚，出束观察示波器双通道波形，以排查设备射频系统和加速管电子枪系统故障情况。示波器显示PULSE-I信号为正常方波信号而INJ-I信号无输出，可确定故障源为电子枪及其控制系统。加速管电子枪电路主要由4个部分组成：电子枪、高压注入器及注入器的高压、低压控制板[4]。对于故障区域的检测，控制台软件的编程值可通过通讯电缆直接送到S32C的FC#3上，相应的数值再通过S32C的PCB#2数频转换模块转变为频率信号，而后通过CH3通道输出到注入器低压控制板上。信号经光纤耦合器后将通过注入器高压控制板上的AD650芯片转换成模拟电压，控制台编程输出的电压值则可在高压板的TP4上用万用表测得。该电压的作用是实现对晶体管Q2[MJE1320]导通程度的控制，通过测量该模块R39上的压降，可测得Q2集电极电平，从而得知控制模块对INJ-I大小的控制程度。直线加速器不同能量治疗模式对INJ-I大小的需求程度也不尽相同，因此需要将上述钳位CLIPPER电平稳定在0～340 V，故TP6上的电平值约为85～210 V。按照电子枪电路模块工作原理（图1），对于上述故障，首先应测量注入器高压控制板TP1和TP3对应的灯丝电压为5.0 V，正常；接着测量电子枪源的红线与白线，检查灯丝电阻，判断灯丝完好正常；分别测量高压控制板TP8、TP6两引脚与TP2电压值，判断栅-阴相对电平情况，排除因135 V和钳位电压0～340 V不稳定造成的INJ-I故障；测量过程中发现高压控制板TP6没有电压值，通过查找电路，测量TP7及120V_ACL两引脚电压正常，而测量电阻R38、R39发现，R39之后的电压消失。因此判断该故障的原因可能为R39引端对地短路或该电阻短路。单独测量电阻发现，R39为一陶瓷电容器组合制成，出现明显的短路现象，更换后测试各能量出束情况，设备恢复正常，出束稳定。

图1 注入电流控制电路

2 故障2

2.1 故障现象

加速器在6MV-X治疗模式下出束过程中，出现“#54DOSE RATE2（HW）”“#13DOSE RATE2（SW）”“#12DOSE RATE1（SW）”等剂量联锁，对设备进行复位操作无法清除，需重启设备解决故障，且该故障在设备重启后仍反复出现。

2.2 故障分析和处理

维修模式下发现设备剂量率出现工作不稳定现象，在160～200 MU/min波动。通过控制台调整粒子注入值，适当调整AFC电路控制参数，设备剂量率改变不明显，可判断该故障是因电子枪电路问题引起的设备剂量率不稳定现象。除了可能出现故障一中所描述的INJ-I不稳定现象外，也可能出现于INJ-E电路故障。注入器高压INJ-E部分主要控制注入电子的初始速度、影响束流的聚焦[4]。与故障一INJ-I模块类似，控制台软件编程值的频率信号通过S32的CH2通道输出到注入器低压控制板上，在U12[AD652]模块生成8.5 V电压信号用以控制晶体管Q8[2N6574]的集电极电流。Q8的导通程度控制着其集电极上的桥式整流器中通过的交流电流大小，同时，由电子枪阴极引入的负高压也将通过R43（30M）-R50（10K）3 000:1的分压模块控制Q8电流实现负反馈，从而满足对INJ-E的稳定控制。见图2。

图2 INJ-E阳-阴极电压控制电路

对于该故障，我们首先排除因135 V和钳位电压0～340 V不稳定造成的INJ-I故障，维修模式下在加速器参数页面发现出束后INJ-I上升缓慢，可初步判定是INJ-E故障引起。通过测量其反馈电压，发现不满足12.48 kV。而后测量晶体管Q8中的27 K电阻以及100 Ω电阻是否完好，发现Q8模块出现接触不良的短路现象，这使得集电极电压无法满足要求。更换Q8模块后出束故障消除，剂量率稳定。

3 小结

电子枪及其控制电路故障的常见类型有注入电流控制电路故障、INJ-E阳-阴电压控制电路故障及灯丝及电子枪相关问题，多出现于灯丝、阴极和栅极上，将直接影响设备的剂量率。通过对上述两种电子枪电路故障的维修案例分析可知，维修工程师对于设备性能及原理的掌握可提高维修工作效率。在故障排查过程中，也需要维修工程师耐心细致，不放过任何“蛛丝马迹”，“对症处理”方能有效。