戴紅峰

（福建省立醫(yī)院PET-CT 中心，福建福州 350001）

0 引言

RF（Radio Frequency，射頻）系統(tǒng)是回旋加速器的核心系統(tǒng)之一，為回旋加速器束流提供高頻振蕩的加速高電壓，使束流中的離子每次通過DEE 電極給予一次能量躍沖，同時(shí)還具有從離子源中拉出離子的功能?；匦铀倨鞯腞F 系統(tǒng)主要包括發(fā)射端（產(chǎn)生穩(wěn)定RF 信號(hào)的高頻發(fā)生器）、傳輸通道（傳輸RF 信號(hào)與接收反饋信號(hào)的饋通電纜）和接收端（接收高頻高電壓的諧振腔）[1-2]。本文以MINItrace 型回旋加速器為例，分析工作中遇到的3 例RF 系統(tǒng)故障，供維修人員參考。

1 故障一

1.1 故障現(xiàn)象

正常情況下，在主控工作站master 上點(diǎn)擊start up，磁場(chǎng)電流停留在150 A 持續(xù)1 min 左右，之后會(huì)下降至132 A 左右。故障發(fā)生時(shí)，磁場(chǎng)電流加載到110 A 左右時(shí)，Event log 窗口突然提示“Fault in RF system，can not set standby mode”，磁場(chǎng)電流能繼續(xù)加載升高至150 A，停在150 A 不再變化，在status窗口顯示“undefined”。然后點(diǎn)擊“shut down”，當(dāng)磁場(chǎng)電流為0后，再點(diǎn)擊“start up”恢復(fù)正常。發(fā)生該故障幾周后，磁場(chǎng)電流也是加載到110 A 左右，Event log 窗口還是提示上面的錯(cuò)誤，RFPG 柜上顯示屏提示airflow 故障，在master 上“shut down”后，再“start up”又恢復(fù)正常。此故障不定期出現(xiàn)，“shut down”后再“start up”均可恢復(fù)正常，在MSS 操控系統(tǒng)上的RF 系統(tǒng)界面內(nèi)提示“TAU airflow”故障。

1.2 故障分析與檢修

根據(jù)上述所提示的故障信息，考慮故障很可能來自射頻系統(tǒng)功率放大器的氣流部分。打開RFPG 柜的TAU 蓋板，可以看到ATU 氣流壓強(qiáng)感應(yīng)器（圖1），其指示壓強(qiáng)為265 Pa。將筆記本電腦連到GCU 的MSS 接口上，打開MSS，進(jìn)入磁場(chǎng)界面開啟磁場(chǎng)系統(tǒng)，將磁場(chǎng)電流設(shè)置為平時(shí)運(yùn)行時(shí)的電流值131 A，待磁場(chǎng)電流值到達(dá)該設(shè)置值后，用一字螺絲刀旋轉(zhuǎn)氣流壓強(qiáng)感應(yīng)器中間的一字孔，將氣流壓強(qiáng)調(diào)高至300 Pa，在RF 系統(tǒng)界面State and mode 欄中點(diǎn)擊“standby”，RF status 欄還是報(bào)“TAU airflow”故障。在State and mode 欄中點(diǎn)擊“off”，關(guān)掉RF 系統(tǒng)，將氣流壓強(qiáng)調(diào)低至200 Pa，重新點(diǎn)擊“standby”，RF 系統(tǒng)正常進(jìn)入standby 狀態(tài)。關(guān)掉RF 系統(tǒng)standby 狀態(tài)，再將氣流壓強(qiáng)調(diào)至250 Pa，RF 正常進(jìn)入standby 狀態(tài)。之后關(guān)掉RF 系統(tǒng)，再將氣流壓強(qiáng)調(diào)至300 Pa，反復(fù)加載standy 狀態(tài)，均報(bào)“TAU airflow”故障。氣流壓強(qiáng)調(diào)至250 Pa，加載standy 狀態(tài)馬上正常，反復(fù)加載該狀態(tài)試均正常，最后將氣流壓強(qiáng)感應(yīng)器壓強(qiáng)定在250 Pa。經(jīng)過幾個(gè)月運(yùn)行，再未出現(xiàn)該故障。

圖1 ATU 氣流壓強(qiáng)感應(yīng)器

2 故障二

2.1 故障現(xiàn)象

加速器遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)短信通知：真空系統(tǒng)異常關(guān)閉。

2.2 故障分析與檢修

造成真空系統(tǒng)異常關(guān)閉的常見原因有：①真空系統(tǒng)本身故障；②停電；③壓縮空氣供給系統(tǒng)故障；④一級(jí)水冷系統(tǒng)故障；⑤二級(jí)水冷系統(tǒng)故障。檢查發(fā)現(xiàn)，加速器支持柜上二級(jí)水冷系統(tǒng)提示低水位故障，該水冷系統(tǒng)膨脹罐的透明水管水位已觀察不到，由此判斷二級(jí)水冷系統(tǒng)漏水，且漏水量較大，系統(tǒng)自保聯(lián)鎖反應(yīng)關(guān)閉真空系統(tǒng)[3]。加速器主機(jī)周圍地面及屏蔽內(nèi)側(cè)地面未發(fā)現(xiàn)明顯水跡，可以斷定是設(shè)備間設(shè)備柜處漏水。設(shè)備柜的主控柜和射頻發(fā)生柜都需要水冷，主控柜需要水冷的部位是磁場(chǎng)電源（PSMC），射頻發(fā)生柜（RFPG）有3 處需要水冷，分別是：①空氣冷卻器（air cooler）；②驅(qū)動(dòng)功率放大器組件（DPA ASSY）；③功率放大管（Tube）。

檢查發(fā)現(xiàn)主控制柜處未漏水，而在射頻發(fā)生柜（RFPG）底部邊緣的地面有明顯水跡。因此，拉下配電箱的RFPG 總開關(guān)，再將主控柜處的RFPG 斷路器關(guān)閉。打開RFPG 柜的TAU 處蓋板，可以看到空氣冷卻器air cooler（圖2），其已內(nèi)漏且水滴在air cooler 下方的兩個(gè)電源及DPA ASSY 上面，而且已流到最下層功率放大器陽極供電部分（TPSU）。打開TPSU 的蓋板，發(fā)現(xiàn)其斷路器周圍已遍布水珠，射頻發(fā)生柜內(nèi)部地面有大量積水。

圖2 空氣冷卻器air cooler

用干毛巾先將air cooler下方的電源、DPA ASSY 和TPSU 以及地面等處的可見水跡擦拭吸干，之后在有電路板的器件蓋上干毛巾，以防再有水滴落。拆卸air cooler 時(shí)，在擰開air cooler 的進(jìn)出水管接頭前，需在進(jìn)出水管擰開接頭下方覆蓋干毛巾，再將air cooler 進(jìn)出水管的接頭用干毛巾包裹住。接下來，卸下air cooler 水管接頭端后側(cè)固定的2 個(gè)螺栓，連同固定螺栓板一起卸下，否則air cooler 不能取出。然后再卸下水管接口處的6 個(gè)固定螺栓，取出時(shí)一定要將水管接頭處抬高，以免有水流出。取出air cooler 后，用吹風(fēng)機(jī)將不能擦到的地方吹干，要特別注意吹風(fēng)機(jī)的熱風(fēng)溫度不可太高，時(shí)間也不可太久，以免影響電子器件的性能和壽命。將室內(nèi)的除濕機(jī)除濕度調(diào)低，空調(diào)設(shè)為除濕功能，再用電風(fēng)扇對(duì)著敞開的RFPG 柜吹12 h。

新的air cooler 安裝好后，要在其下方有電路板的器件上蓋上干毛巾，防止補(bǔ)水時(shí)漏水。對(duì)二級(jí)水冷系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)膨脹罐壓力會(huì)升高，因此應(yīng)先關(guān)掉膨脹罐的壓縮空氣供給。打開該罐上端壓縮空氣閥門，將空氣排掉后才可正常補(bǔ)水。補(bǔ)水至原觀察水位位置時(shí)停止補(bǔ)水，之后開啟膨脹罐供氣，并關(guān)閉其上端的壓縮空氣閥門。在設(shè)備間確認(rèn)air cooler 本身和接頭處不漏水后，蓋上RFPG 柜的所有蓋板，上電測(cè)試RF 系統(tǒng)。

3 故障三

3.1 故障現(xiàn)象

該故障未完全顯露時(shí)表現(xiàn)為：在主控工作站master 上點(diǎn)擊轟擊功能后，DEE 電壓不能很好地穩(wěn)定在35 kV，檢測(cè)probe 上束流時(shí)，foil 本不該有束流顯示卻出現(xiàn)束流，有時(shí)甚至?xí)萷robe上束流還要高。在MSS 操控系統(tǒng)上開啟磁場(chǎng)系統(tǒng)和RF 系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)IS 還未開啟時(shí)，foil 上就已有束流顯示。

在故障完全顯露出來時(shí)，用主控工作站master 加載磁場(chǎng)，RF 系統(tǒng)從預(yù)熱到standby 狀態(tài)未異常報(bào)警，點(diǎn)擊轟擊后RF 不能很好地穩(wěn)定在35 kV，DEE 電壓一直忽高忽低地變化，系統(tǒng)處于不能出束流的狀態(tài)。而在MSS 操控系統(tǒng)上測(cè)試，DEE 電壓在25 kV 才能勉強(qiáng)穩(wěn)定。

3.2 故障分析與檢修

由于近期未進(jìn)行開真空腔操作，也未發(fā)生真空卸掉的情況，因此判斷不是因真空較差或者真空腔內(nèi)較臟而打火引起的DEE 電壓不穩(wěn)。根據(jù)以上現(xiàn)象，GE 公司工程師判斷，很可能是連接DEE 極的銅板斷裂，造成DEE 電壓不穩(wěn)。在加速器支持柜真空系統(tǒng)面板上按下“standby”，待真空腔內(nèi)真空度下降到大氣壓后，打開真空腔檢查，連接DEE 極有內(nèi)外2 塊連接銅板（圖3），肉眼可見內(nèi)側(cè)連接銅板的方波形伸縮齒一處有明顯裂縫。外側(cè)的連接板卸下后，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)有些伸縮齒也存在裂紋；內(nèi)側(cè)連接板卸下后，伸縮齒裂縫處基本上已完全斷開，且伸縮齒有很多處已變形貼在一起。

圖3 DEE 極連接銅板

更換2 片新DEE 極連接銅板。關(guān)閉真空腔，待真空度下降到0.5×106kPa 后，用MSS 軟件調(diào)試RF 系統(tǒng)。整個(gè)調(diào)試的原則是DEE 電壓從低到高緩慢提高，每次電壓值較穩(wěn)定后再提高。每次DEE 電壓變化會(huì)有不同程度的打火，這是真空腔打開保養(yǎng)或更換部件后在高壓和高頻下腔內(nèi)有殘留物引起的正?，F(xiàn)象[4]。若有打火，此DEE 電壓的實(shí)際值會(huì)暫時(shí)小于預(yù)置值，可以看到Status欄中的Anode current limit 和Reflected voltage limit 兩個(gè)黃燈閃爍，這是系統(tǒng)自保的正?，F(xiàn)象?？梢韵葟?5 kV 開始，之后按1 kV 或2 kV 的增幅逐步增加。如果打火太頻繁或者時(shí)間過長(zhǎng)，再降回穩(wěn)定值以0.1 kV 的增幅增加，或者適當(dāng)延長(zhǎng)在每個(gè)電壓值停留的時(shí)間，直至DEE 電壓升到最高35 kV 穩(wěn)定為止[5-7]。

4 小結(jié)

作為回旋加速器的維修工程師，應(yīng)熟悉機(jī)器的原理和結(jié)構(gòu)，通過平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)工作以及定期與不定期的巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障，盡早解決隱患。通過細(xì)致入微的觀察與分析，迅速排除故障，盡快恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行、縮短故障停機(jī)時(shí)間，提高加速器的開機(jī)率，保證科室正常的診查秩序[8-10]。