張峰，吳克寧，陳宇導(dǎo)，吳春興

1.中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院　核醫(yī)學(xué)科，廣東　廣州　510630；2.中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院　核醫(yī)學(xué)科，廣東　廣州　510080

IBACYCLONE10/5回旋加速器故障分析與體會

張峰1，吳克寧2，陳宇導(dǎo)1，吳春興1

1.中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，廣東廣州510630；2.中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，廣東廣州510080

[摘要]目的分析回旋加速器在beamon（運行狀態(tài)）過程中出現(xiàn)的兩個典型故障的原因，總結(jié)排查和解決故障的經(jīng)驗。方法根據(jù)故障檢測軟件提示初步判斷故障范圍，針對故障1，在beamon時，檢測與分析射頻電壓與高頻發(fā)射機停止的關(guān)系；針對故障2在Beamon時SOURCE（離子源系統(tǒng)）無法啟動，分析output selected（輸出靶位選擇）錯誤信息的原因，分別采取相應(yīng)處理對策。結(jié)果故障1為二級水冷系統(tǒng)工作異常所致射頻電壓不穩(wěn)定，可造成其過流保護而導(dǎo)致高頻發(fā)射機停止工作，通過屏蔽水流短路點后，該密封冷卻水循環(huán)裝置的故障得以排除。故障2是由電源故障導(dǎo)致SOUR CE無法啟動，更換電源即解決。結(jié)論根據(jù)故障檢測提示尋找故障原因，針對性檢測和維修，可有效地解決故障，提高工作效率。

[關(guān)鍵詞]回旋加速器；射頻電壓；電源故障

0　前言

隨著PET/CT的臨床應(yīng)用越來越廣泛，正電子藥物,如18F、11C、13N等的需求也在相應(yīng)增加。醫(yī)用回旋加速器作為正電子藥物的生產(chǎn)設(shè)備，其使用率也越來越高[1]。但是，醫(yī)用回旋加速器是一個集醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計算機學(xué)等于一身的大型醫(yī)用設(shè)備，工作系統(tǒng)復(fù)雜，日常使用中的故障率也相對較高。IBA CYCLONE 10/5回旋加速器是比利時IBA公司研制的正電子藥物制備系統(tǒng)。主要生產(chǎn)11C、13N、15O、18F等顯像藥物。本文詳細介紹了IBA CYCLONE 10/5回旋加速在 Beam on 時遇到的2個故障及其處理方法。

1　故障一

1.1故障現(xiàn)象

在加速器處于運行狀態(tài)（beamon）中，射頻電壓不穩(wěn)定，在一段時間內(nèi)出現(xiàn)過流保護，高頻發(fā)射機停止工作。

1.2故障分析與診斷

射頻系統(tǒng)功能簡圖，見圖1。加速器的射頻電壓由1個10k W的單邊諧振放大器通過50Ω同軸電纜將高頻功率傳輸?shù)交匦铀倨髦黧w，再通過電感耦合方式將功率饋入高頻諧振腔。而高頻諧振腔內(nèi)射頻的穩(wěn)定性受真空、水冷、離子引出系統(tǒng)、高頻發(fā)射機本身性能狀態(tài)等影響。

圖1　射頻系統(tǒng)功能簡圖

待機狀態(tài)下，機器真空為1.1×10-6mba。將機器切換到進入系統(tǒng)操作（Access）狀態(tài)后，加速器主磁場線圈（MAINCOIL S）、射頻系統(tǒng)（RFS YSTE M）進入工作狀態(tài)，離子源系統(tǒng)（S OURCE）處于待機狀態(tài)，真空下降到5.0×10-6mb a，真空狀態(tài)穩(wěn)定。此時，機器射頻電壓能穩(wěn)定在30kV。據(jù)此，可以排除真空系統(tǒng)泄漏和離子源部分打火引起射頻波動和過流的故障原因。

保持機器在Access狀態(tài)運行約10min，射頻電壓開始出現(xiàn)波動，高頻發(fā)射機停止工作，射頻控制柜提示過流錯誤信息。因為之前射頻電壓在一段時間內(nèi)能穩(wěn)定工作，故懷疑機器水冷系統(tǒng)工作異常導(dǎo)致射頻部分散熱不良。打開諧振腔檢查，發(fā)現(xiàn)射頻D形盒射頻饋入端有高溫烘烤痕跡，銅板溫度異常高，整個銅板表面呈高溫后的黑紅色狀態(tài)。而另一端的D形盒溫度處于常溫狀態(tài)（約25℃）。因此，考慮本次故障為水冷系統(tǒng)工作異常所致。加速器水冷系統(tǒng)分一級水冷和二級水冷。一級水冷給二級水冷進行熱交換，保證二級水冷的溫度在18～25℃。二級水冷主要對擴散泵、靶體、射頻部分、離子引出源等高溫部分進行冷卻?；匦铀倨鞴ぷ鲿r對內(nèi)部溫度恒定有很高要求，如果水冷系統(tǒng)為射頻D形盒提供的冷卻水溫度達不到要求，會導(dǎo)致射頻D形盒溫度過高而變形，與離子引出系統(tǒng)間距變小，放電頻率增加，造成加速器的射頻頻率極不穩(wěn)定，機器不能正常工作[2]。

斷開D形盒以外的水循環(huán)管路進行檢查，發(fā)現(xiàn)其循環(huán)良好，沒有問題。而D形盒散熱連接銅管為密封裝置，無法拆開來檢查。但根據(jù)液體連通器的工作原理，可以對這類密封裝置進行檢測。液體連通器的工作原理是：液面以下相互連通的2個或幾個容器盛有相同液體，其液面高度相等，液面上的壓力也相等的內(nèi)部連通的封閉循環(huán)裝置。通過檢測，發(fā)現(xiàn)外圍測試水平面只能保持在入水口往上約2cm位置，據(jù)此，懷疑該密封循環(huán)裝置可能存在短路點，使冷卻水流不能按設(shè)計要求到達D形盒散熱端。至此判斷，本故障是因為射頻D形盒冷卻水流循環(huán)異常，使其散熱不良，持續(xù)高溫變形后，其與離子源間的距離過近而短路，導(dǎo)致過流保護。

1.3故障處理

由于D形盒散熱連接銅管為密封裝置，拆開維修銅管可能會影響諧振腔中心區(qū)結(jié)構(gòu)，勢必影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。因此，在不改動原有管路的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮采用屏蔽或旁路的方法解決問題，最終，在插入1根耐高溫硅膠導(dǎo)管屏蔽水流短路點后，該密封冷卻水循環(huán)裝置的故障得以排除。經(jīng)檢測，射頻D形盒冷卻后物理變形恢復(fù)正常，與離子源系統(tǒng)的間距恢復(fù)正常狀態(tài)（約1.3mm）,將全部部件復(fù)原后，重新開機測試，加速器恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)[3]。

此外，為了避免管路結(jié)垢、腐蝕、漏電甚至短路，水冷系統(tǒng)采用去離子過濾設(shè)備使冷卻水保持較低的電導(dǎo)率[4]。IBA回旋加速器使用半年左右，建議更換離子交換樹脂。否則，有可能因內(nèi)循環(huán)（密封冷卻水循環(huán)裝置）中水的電導(dǎo)率過高而使主機保護性停機，影響日常工作[5]。

2　故障二

2.1故障現(xiàn)象

加速器處于運行狀態(tài)（Beamon）時，離子源系統(tǒng)無法啟動，報輸出靶位選擇（outputselected）錯誤。

2.2故障分析與診斷

回旋加速器有 8 個輸出靶位，而每個靶位對應(yīng)的碳膜支架上有 2 塊碳膜。離子源系統(tǒng)引出的氫氣負離子束流穿過碳膜后剝離了束流上的負離子轟擊到靶上。在Beam on 時，離子源系統(tǒng)（SOURCE）需要滿足安全互鎖系統(tǒng)、氦冷、水冷、磁場、射頻、靶位選擇達到預(yù)設(shè)要求后方能正常工作。通過檢查操作系統(tǒng)上離子源系統(tǒng)的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)輸出靶位選擇顯示未正常加載，且碳膜剝離系統(tǒng)驅(qū)動器（Stripper Drivers）上顯示碳膜驅(qū)動過極限（LIMIT）錯誤，懷疑為碳膜剝離器（Stripper）驅(qū)動位置超過極限。

卸下真空裝置，打開屏蔽門，打開回旋加速器諧振腔，發(fā)現(xiàn)碳膜支架在不停的順時針旋轉(zhuǎn)，無法達到系統(tǒng)預(yù)設(shè)的工作位置。碳膜支架上的 2 塊碳膜位置，是在加速器工作過程中設(shè)置到其束流轟擊到靶上最高效率的預(yù)設(shè)點，把對應(yīng)預(yù)設(shè)點的電壓值存儲到 PLC（可編程控制器）。而此時的碳膜找不到 PLC 內(nèi)存儲的位置信息，碳膜的位置信息在操作系統(tǒng)的碳膜位置調(diào)節(jié)界面上也沒有反饋值，無法進行選擇或更換?；匦铀傧到y(tǒng)預(yù)設(shè)了 2 塊碳膜的位置信息，此位置信息由碳膜支架旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機里的同步電位器來反饋。通過電路分析，該電位器由碳膜支架旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器提供 ±10 V 電壓做取樣并反饋其位置信息。用數(shù)字萬用表測量，發(fā)現(xiàn)該 ±10 V 電壓無輸入，驅(qū)動器也無電壓輸出。至此確定，碳膜支架驅(qū)動板沒有為其同步電位器提供 ±10 V 取樣、反饋電壓，導(dǎo)致碳膜與粒子束流或靶位置無法匹配，最終使得 SOURCE（離子源系統(tǒng)）無法啟動而報錯。

2.3故障處理

檢查碳膜剝離器驅(qū)動電源，用數(shù)字萬用表測量，供電輸入220V正常，而輸出±15V和±10V,為0。更換碳膜剝離器驅(qū)動電源后，開機測試，加速器恢復(fù)正常運行。

醫(yī)用回旋加速器一般都有幾套靶系統(tǒng)，通常情況下都是使用1個碳膜來控制靶位的改變。所以，碳膜的控制都會有1套牽引的驅(qū)動裝置。當碳膜的來回牽引控制線圈出現(xiàn)松動時，也會出現(xiàn)類似的問題。此時，只需固定牽引線圈，便可排解故障[6]。

3　維修小結(jié)

不同型號的醫(yī)用回旋加速器結(jié)構(gòu)有較大的差異，但它們一般包括：磁場、射頻（RF）、離子源、真空、離子引出、靶、冷卻和屏蔽系統(tǒng)等主要組件，且各個系統(tǒng)之間聯(lián)系緊密。尤其回旋加速器諧振腔的中心區(qū)在維修中須格外注意，不要因輕易改變其物理位置而引起機器參數(shù)的變化，從而導(dǎo)致系統(tǒng)整體性能的變化。加速器的結(jié)構(gòu)龐大，原理復(fù)雜，在排除故障時要冷靜地觀察與分析，盡量借助簡單易行的手段和方法，有效地解決問題，避免問題擴大化，既保證儀器整體性能的穩(wěn)定性，又能有效地控制維修成本。應(yīng)詳細記錄每次故障現(xiàn)象和維修過程，以備將來參考。故障維修要在分析故障檢測軟件的錯誤信息的基礎(chǔ)上，縮小硬件檢測范圍，有針對性進行硬件檢測，就會比較容易發(fā)現(xiàn)硬件故障，縮短維修時間，提高維修效率。

[參考文獻]

[1] 李亞明,陳松,田嘉禾.2010年全國核醫(yī)學(xué)現(xiàn)狀普查[J].中華核醫(yī)學(xué)雜志,2010,30(6):428-429.

[2] 李東,尚進.IBA回旋加速器18/916kW發(fā)射機故障檢修[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2012,33(7):141.

[3] 魏科緒.IBA回旋加速器故障及維修[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2004, (6):267.

[4] 胡嘯.醫(yī)用緊湊型回旋加速器水冷系統(tǒng)設(shè)計[J].中國醫(yī)療設(shè)備, 2012,27(5):26-28,46.

[5] 梁耿,劉大鵬,蘇毅.醫(yī)用回旋加速器常見故障維修3例[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備.2012,33(8):133-134.

[6] 顏和平.醫(yī)用回旋加速器射頻系統(tǒng)原理及其影響因素的研究[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2013,10(7):31-33.

作者郵箱：zzzfff168@163.com

[中圖分類號]TL542

[文獻標志碼]B

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.02.051

[文章編號]1674-1633(2014)02-0146-02

收稿日期：2013-04-22

Troubleshooting of IBA CYCLONE 10/5Circular Accelerator

ZHANG Feng1, WU Ke-ning2, CHEN Yu-dao1, WU Chun-xing1
1.Department of Nuclear Medicine, the Third Hospital Affiliated to Sun Yat-Sen University, Guangzhou Guangdong 510630, China; 2. Department of Nuclear Medicine, the First Hospital Affiliated to Sun Yat-Sen University, Guangzhou Guangdong 510080, China