医科达Synergy 直线加速器闸流管联锁故障分析及维修

章威

1 中国科学院大学附属肿瘤医院·浙江省肿瘤医院 （浙江杭州 310022）；2 中国科学院基础医学与肿瘤研究所 （浙江杭州 310022）

医用直线加速器是用于临床放射治疗的主要设备，具有功能强大等特点[1]。我院于2019年启用医科达Synergy直线加速器，由于医院治疗任务繁重，加速器每日运行时间较长，多次发生闸流管联锁故障。本研究现总结医科达Synergy 直线加速器出现的闸流管联锁故障原因及维修过程，以供临床参考。

1 闸流管的功能结构和工作原理

闸流管是医用直线加速器脉冲调制器的关键部件，用来控制储能元件向负载释放能量[2]，包括灯丝阴极、高压阳极、栅极G1、栅极G2和氢气发生极。经查阅医科达Synergy直线加速器相关手册得知，闸流管由6.3 V 的交流电源加热阴极灯丝释放电子，5.5 V 的交流电源加热氢气发生极上的钛氢化合物产生氢气，并维持管内的氢气气压；高压阳极和栅极具有良好的导热和导电性能，并且具有较高的熔点，其中栅极G1有+140 V 的直流电源，用于激励氢电离；电离完成后，栅极G1的电压会保持在12～22 V 之间的正常工作电压[3]；当脉冲形成网络被充电时，阳极和阴极之间存在一个很高的电位差，栅极G2有-140 V 的直流电源，以防止电流流动，若栅极G2受到一个+900 V/3 μs 的正脉冲后，闸流管导通；当脉冲形成网络放电完成后，闸流管停止导通，等待下一个充电周期。但需注意闸流管在使用前必须有充足的预热时间，以保证闸流管内部氢气气压和阴极灯丝发射电子的稳定性；医科达Synergy 直线加速器的预热时间为15 min，进入维修模式可以修改预热时间；跳过或者缩减预热时间，可能导致闸流管寿命缩短甚至加速器故障，建议不要轻易修改预热时间。

2 故障一

2.1 故障现象

医科达Synergy 直线加速器在正常治疗过程中频繁出现GTO/LOAD 联锁，出束终止。

2.2 故障分析及故障维修

根据由简到繁的工作原理，首先检查闸流管风扇运行是否正常，若风扇停止运行或者运行状态不佳，则会影响闸流管散热导致故障发生，经检查，闸流管风扇运行正常；然后检查光纤通信是否正常，可检查高压隔离板上的光纤接口OPTO2和高压控制区光学接收器上的光纤接口OPTO8，经检查，光纤通信正常；接着分析闸流管，若闸流管短路，充电变压器的二次回路会形成电感-电阻电路，该电路由变压器二次绕组的电感和电阻及高压过载检测电阻（R8=2.2 Ω）组成，变压器中的磁能通过该电路上的总电阻进行放电，放电所需时间大约为210 ms，因此电流将流动在下一个充电使能脉冲，高压过载电路将检测到该电流经过电阻R8时的电压，并禁止充电使能脉冲1.5 s，软件上显示GTO/LOAD 联锁，用万用表测量闸流管各极电压，灯丝阴极（TB32Y）电压为6.20 V[正常为（6.3±0.2）V]，栅极G1（TB32G）电压为22.48 V（正常为12～22 V），氢气发生极（TB32R）电压为5.60 V[正常为（5.5±0.3）V]，栅极G1电压高于正常值，分析是由于加速器每日运行时间超过16 h，闸流管老化，氢气气压降低，导致栅极G1电压升高，闸流管内部氢气气压不足会使闸流管失去控制能力，增加管压降导致高压阳极过热，可通过提高氢气发生极电压，增加管内氢气气压，暂时解决该故障，注意氢气气压过高会导致闸流管直接打火，考虑到闸流管已老化，后续仍会发生类似故障，如果引起其他元器件损坏将会扩大故障范围，同时为保障临床治疗效率，更换新闸流管彻底解决该故障。

3 故障二

3.1 故障现象

医科达Synergy 直线加速器开机预热完成后，Thy.Grid 联锁无法清除。

3.2 故障分析及故障维修

软件上对Thy.Grid 联锁的描述为：“该联锁监测闸流管栅极G1上的电压，当该电压下降到正常工作电压后，联锁将会自动清除。”根据医科达Synergy 直线加速器相关手册上的闸流管脉冲组件图（如图1）分析可知，交流220 V 通过保险丝FS32B（T500 mA）送入变压器T1、T2和T3，其中变压器T1为闸流管触发板供电，变压器T2为氢气发生极提供交流电压5.5 V，如果电压为0 V，可重点检查保险丝FS32C（T500 mA）和FS32E（10 A）的通断，变压器T3为阴极灯丝提供交流电压6.3 V，如果电压为0 V，可重点检查开关CB32D是否跳闸，用万用表测量闸流管各极电压，灯丝阴极（TB32Y）电压为6.2 V[正常为（6.3±0.2）V]，栅极G1（TB32G）电压为139.0 V，氢气发生极（TB32R）电压为0 V[正常为（5.5±0.3）V]，由此可判断故障发生在氢气发生极供电电路部分，取下保险丝FS32C 和FS32E，经万用表检测，保险丝FS32E 阻值无穷大，确认此保险丝熔断，更换相同型号的保险丝，重新上电，预热完成后，Thy.Grid 联锁自动清除。

图1 闸流管脉冲组件图

4 总结

医科达Synergy 直线加速器是内部结构复杂的大型医疗设备，随着使用时长的增加，易出现各种联锁报错和故障[4]。通过查阅医科达Synergy 直线加速器相关手册上的资料，了解闸流管的功能结构和工作原理，可以帮助维修工程师有效判断故障原因及查找故障点。在维修完成后，及时总结维修经验，可提升维修工程师的技能水平。