美国瓦里安加速器Clinac IX 靶击穿故障检修关键点探讨

赵永军，刘旭红，陈晓

（1.云南省癌症中心；2.昆明医科大学第三附属医院；3.云南省肿瘤医院放疗中心，云南 昆明 650118）

美国瓦里安直线加速器CLinac IX 是国际上先进的肿瘤放疗专用设备，可对肿瘤实施“高精度、高剂量、高疗效、低损伤”的精确治疗。因靶击穿故障的检修比较复杂、相当困难，所以此类故障一直是由厂方有经验的、维修水平高的工程师检修，医院工程师基本上都是当助手。经过参与厂方工程师检修靶击穿故障的实践，我们总结出检修靶击穿故障的5个关键点，只要在检修靶击穿故障中抓住这5个关键点，医院同行工程师也可以进行独自检修。

1 靶的工作原理及其击穿故障检修关键点

靶是安装在偏转磁铁组件上并处于真空系统中，通过不同能量模式的选择产生各对应的编码来控制靶支架上的气缸运动，气缸运动带动靶体运动，该直线加速器能产生2档X线和6档电子线，当选电子线治疗时，靶退出电子束通道，高速电子经过散射箔散射形成均匀分布的电子线；当选X线治疗时，靶进入电子束通道，高速电子打靶产生X线，经过均整器均整形成均匀分布的X线。靶击穿故障检修的关键点如下。

（1）内循环水泵关停若对真空的影响较大，说明靶已击穿。

（2）在真空处理过程中使用的氮气必须是99.999%高纯度的氮气，氮气压力不能太大，以防损坏玻窗，更换靶时，要让氮气缓慢进入真空系统，同时要保持有缓慢氮气流从靶这边流出，不间断，直到更换完成。

（3）在GUN VAC I小于20uA,ACL VAC I小于50uA条件下才能训练电子枪。

（4）在激活阴极时，要外加枪灯丝电压7.5V供电，但不能超过3h。

（5）微波处理加速管时，能量顺序为：低能电子线-高能电子线-高能X线-低能X线，微波处理加速管完成后，打开电子枪，枪灯丝电压调为6.3V,工作2个星期后一定要将枪灯丝电压降为5.4V。

2 检修实例

2.1 故障现象

晨检，出束1Mu后报Vac2联锁故障。

2.2 故障分析和判断

进入维修模式观察真空得知如表1。

表1

把机器转到待机状态，关掉调制器面板上的水泵PUMP开关，由机器自带的离子泵抽真空，注意离子泵的温度情况，若温升快，要立即停，结果经过2h后发现有真空提升趋势，离子泵表面并不烫。真空情况如表2。

表2

初步判断靶击穿了。为了确保判断准确，将连接靶的水管两端直接甩开，用塑料手套包起来悬空，用以前更换下的旧水管将进出靶水管的两端口短接，PUMP开关打开，由机器自带的离子泵抽真空共22h后，真空值变为如表3。

表3

这可确定靶击穿了。

2.3 故障处理：更换靶和枪

因该机器已使用9年，更换靶，破坏真空、重建真空，电子枪容易中毒，很难再恢复正常，采取靶、枪同时换。

（1）准备工作。

①工具和材料：三维水箱、分子泵、万用表、示波器、1/2或7/8、1/4扳手、短扳手（因拆靶需要对常规扳手改造的，如图1）、真空套管工具、蒸馏水、氮气（99.999%）、准备好新靶和新枪、对应的金属密封圈、水冷却靶的水管2根。

图1

②保存GUN数据：选低X能量（6X）模式，设置并保存枪灯丝电压和HV为0.0V,并关掉枪驱动器，让电子枪灯丝冷却。

③机器设为Standby状态，调低系统水温至25冷却机器，机架旋转到270°并将防机架旋转插销插好，拆除偏转磁铁BMAG两侧的铅块。

④关掉调制器面板上Motors和PUMP空开，移除小机头背板，将机器处于on状态，关闭ASOL、BMAG电源。

（2）拆除靶驱动组件。

①拆出联锁开关并包裹好，拆出此开关旁的凸起；拆出冷却靶的水管；拆出靶电流检测装置。

②关闭气泵并放气，拆靶支架上固定靶驱动组件的4颗螺钉；拆除靶支架轴承固定螺丝和气缸固定螺丝，取出靶支架和气缸。

（3）破坏真空。

①关闭枪、关闭真空电源并拔掉离子泵的电源线。冷却枪至少1h，关水泵。

②测试分子泵（外泵）是否正常？测试正常才能使用。

③连接真空套装工具，给氮气袋充入氮气，反复几次排干净管道里面的空气，注意充入的氮气压力不能过大，在接入软管法兰盘后，用氮气吹法兰盘10s，尽量排除法兰盘里面的空气。当氮气袋充满氮气，关闭软管口，防止空气进入软管，关闭氮气瓶。此时要注意听微波窗有没有异响。

④打开主阀（必须缓慢地打开），真空将氮气吸入加速管，氮气袋缓慢瘪下去，直到内外压强平衡为止。

（4）更换靶和枪。

①首先拍照确认靶的方向，一直保持有缓慢氮气流从靶这边流出，需要打开软管口，防止内部过压。

②取下旧靶(如图2），换上新靶（如图3），安装靶驱动组件。

图2

③更换枪：取下旧枪，换上新枪。

（5）重建真空。

①关闭主阀，接上分子泵，用氮气反复清洗分子泵管道。

②检查管路，确保关好各个阀门，打开分子泵，抽10min能达到最大效率，说明管路没问题；分子泵抽真空1h，若真空在E-5，可打开主阀3圈，开始抽加速管真空，抽13h后，机械表指针在10左右，真空读数计在E-6，这时关闭主阀，真空在1～2h内没变化，说明真空系统没漏点。

③打开加速器，选SOL I最大的能量，水温调到45℃,主阀关闭，将加速管离子泵供电电源保险换成2A保险，转用加速管离子泵抽真空，ACL V开始从0.00下降到-0.1左右，再次开始回升（若ACL V无法升高，说明加速管脏或有漏或分子泵抽真空不够），不超过半小时ACL V 应能升高到4.0kV。4）观察ACL VAC I的值，当小于50uA时，可以打开枪离子泵电源，这时要保持水温45℃、SOL I最大，如果GUN VAC 小于20uA，ACL VAC I小于50uA就可以开始训练电子枪。

（6）训练电子枪。

①确保GUN filament 和HV为0，Lo-X能量，关闭HV,拔下枪栅极（红色）。

②设置6X能量，从0V开始，GUN filament 每次增加0.1V,增加后观察0.5h，ACL VAC I会缓慢上升，然后又开始下降，达到50uA以下时，再次增加0.1V，循环增加下去，直到GUN filament到6.3V DC。

③阴极激活。首先记录KSOL电源的值,然后设置KSOL的值：电流5A,电压为0V，关闭KSOL,将速调管上线圈供电线接到电子枪的接线上，TB1-1接Black,TB1-2接Red,用万用表观察枪电压值。KSOL先加到1V,等电子枪热起来，继续加电压，直到7.5V,同时注意观察GUN VAC I,不要超过100uA,如果2h后，GUN VAC I没有小于20uA,继续保持，但注意7.5V供电不能超过3h，最后，还原KSOL电源，插回电子枪驱动电缆，不要插栅极。

④枪栅极清理（注意红色接头不插）。通过枪高压电弧来清理污染颗粒，然后用电子轰击栅极，电子从栅极流向阳极，相当于擦洗栅极。首先确保GUN filament=0，HV=0，进行高压处理：从0kV开始，缓慢加HV,直到22kV。完成清理污染颗粒后，设置HV=0，GUN filament=6.3V,预热10min，重复高压处理步骤，在这个步骤中，观察GUN VAC I，Gun VAC I小于20uA,继续加HV，直到最大HV,若大于20uA,重新处理。当Gun VAC I小于20uA后，设KV=0,关闭电子枪，插入栅极（红色插头）。然后重新打开电子枪，在Lo-X,缓慢增加Gun HV到22kV，Gun VAC I不要超过100uA,然后保存HV到以前的值（16KV左右），观察Gun I 波形。

⑤微波处理加速管（用微波擦洗加速管污染物）。水温设置为40℃，关闭电子枪，冷却0.5h以上。将控制柜上的电路板B15、B16、B19、B20的开关打到左边（off位置），DOS1、DOS2、UDR1、UDR2、UDRS、TIME、GFIL联锁跳掉。记录 SOL I的值 ,在 Lo-X、Hi-X、6e、15e/16e能量下，调节SOLI电位器到最小值。在维修模式，INTLK/TRIG/LT→Klystron delay中改变值64到30,每次减2递减；能量选择顺序：低能电子线→高能电子线→高能X线→低能X线，出束。注意：Acl Vac I≤400uA，若连续放电要降低PFN V,否则Lo-X可能损坏能量开关。

⑥微波处理加速管结束后，打开电子枪开关，枪灯丝电压设置为6.3V，机器工作2个星期后务必将枪灯丝电压调为5.4V。

（7）物理参数的测试和校准。

架三维水箱，进行物理参数测试，主要测试所用能量的百分深度曲线、对称性、平坦度、绝对剂量等，在测试过程中进行校准，直到达到国家标准为止。

3 结语

在检修过程中应注意：

（1）需要至少2位工程师一起检修，轮流昼夜值班抽真空、训练电子枪等。

（2）拆除的旧靶有辐射，不要靠近时间太长。

（3）拆靶前，设能量模式为Hi-X，方便拆冷却靶的水管等，拆靶时，要记下靶位置和方向。安装铜封密封圈，用钳子在外圈上剪1个小口，便于固定。

（4）检修时抓住检修关键点，可事半功倍。

4 讨论

此故障的检修因涉及到对故障的判断和更换靶、电子枪，不仅需要拆装许多精密部件，还需要破坏真空和重建真空、训练电子枪、微波处理加速管、物理参数的测试和校准，是一项较复杂、难度较大的工作。过去只能由厂方有经验的工程师检修，需要10～15天维修周期才能完成，维修费用80万左右，现在医院同行工程师只要按照文中提出的5个关键点，做到认真细致、耐心负责，同样能成功完成对靶击穿故障的检修，而且检修时间可缩短到5～7天，能为医院节省大量的维修费用，减少停机时间，患者能得到及时救治。