西门子PriMushi直线加速器Solenoid故障分析与解决

西门子PriMushi直线加速器Solenoid故障分析与解决

文莉娜何盛烽

文莉娜何盛烽（韶关市第一人民医院放疗科512000）

【摘要】由速调管系统引起的剂量率不稳定的原因有很多。若排除速调管高压系统故障后，且热机和冷机时电流稳定，在这种情况下，剂量率偏低是由Solenoid所引起的。原因是CounterCoil是由一条很粗的铜皮做成的线圈，受到电场力的作用且长时间发热，使绝缘层与铜皮剥离开来，从而导致线圈电阻变化，进而引起剂量率变化。加载电流的时间越长，电阻变化越大，剂量率也越不稳定。

【关键词】速调管速调管聚焦线圈脉冲充电/形成网络注入电流

引言:西门子加速器高能机使用速调管（klystrontube）放大来自微波源的约为2.998GHz,80-120W的微波脉冲，放大后输出最大峰值功率约7.5MW，放大后的微波通过波导管注入到加速管，后用来加速电子。

当速调管输出不稳定时，加速器剂量率也会受到影响。通常速调管系统工作不正常导致的剂量率不稳定问题查原因非常困难，需要仔细观察现象，冷静的分析故障成因。我们医院PriMushi型机器就发生了典型的速调管系统故障引起的剂量率不稳定，以下是分析排除故障的过程。

故障现象:早上开机治疗一段时间后,6MeV的电子线剂量率不稳定，出现12（DoseRate1），13（DoseRate2），54（DoseRate2（HW）），58（Dose1Saturation）号连锁。进入维修模式后显示开环剂量率低,需要进行优化。优化之后发现，PFN的值对剂量率变化影响很大，此时并不需要调整INJ-I参数。将PFN编程值从3600MV调整到3900MV,剂量率正常，机器正常。机器经过一个上午的使用，又出现剂量率连锁，将PFN编程值恢复到3600MV，一切正常。9MeV,12MeV,15MeV能量档位出现同样的状况。我们观察了好几天，规律是6Mev的PFN值在热机情况下3600MV，在冷机情况下3900MV，其它能量挡位状况类似。

分析:由此初步断定，速调管系统出了问题。

用示波器观察速调管电流PulseI的变化，若将6Mev的PFN编程值保持在3600MV时，PulseI的幅值都十分稳定，约为63A，但在冷机时，剂量率却下降;同样，在PFN编程值保持在3900MV时，PulseI也十分稳定，但在热机时，剂量率也会下降。故由此判断速调管的高压系统和速调管电流都正常。

速调管大部分是浸泡在高压油箱中的，它的阴极与阳极之间在出束过程中会加有高压脉冲,这个高压脉冲的电压幅度可以通过高压油箱里的脉冲充电网络(PFN)的能量可以由算出来,大约是30.6KV。阴极灯丝加热后,在这个高压电场作用下，释放出高能电子,高能电子在速调管的谐振腔中将动能转化为微波的电磁能。此为速调管的工作过程。通常状况下，速调管工作电流大约为60到110安培的脉冲，宽度4.7微秒，在Solenoid1,Solenoid2,Solenoid3,CounterCoil四个聚焦线圈的约束下，速调管的输出非常稳定。又因聚焦线圈是由四组恒流源电源维持的,设每匝螺线管的自感磁通Ф

其中为磁导率，大小为韦伯/安培米,

S---螺线管的横截面积(平方米）

I---电流强度(安培)

n---单位长度线圈的匝数

e---螺线管的长度(米)

其中I经观测得知保持不变。S,n,这几个量都和线圈本身有关，因速调管的高压系统和速调管电流正常,且故障与机器冷热相关,于是初步断定聚焦线圈故障。我们测量了几组数据，每隔一个小时测量一下聚焦线圈两端的电压（因为电流为恒流源控制，不变，通过V=I×R）,可以算得聚焦线圈的电阻。

Solenoid1/solenoid2/solenoid3/Countercoil

1.36.3V/37.8V/24.2V/0.54V

2.37.8V/39.3V/25.0V/0.57V

3.39.0V/40.6V/25.3V/0.46V

……

可以看出CounterCoil线圈的电压随着机器的加热而变小，这应该就是问题所在，因为线圈的电阻应该随温度升高而电阻变大，而不是变小。

与此同时，咨询了其他医院正常使用机器的情况后得知电阻确实是一直变大的。因此我们向西门子公司订购了solenoid组件，公司派人来更换，在更换的过程中，我们发现countercoil是由单一的一条很粗的铜皮做成的线圈，只有一匝，由于受到电场力的作用且长时间发热，固定它的绝缘层脱开了，绝缘不好导致电阻变化。加载电流时间越长，变化越大，冷却后又恢复原样。

结论更换新的solenoid，机器使用正常。

参考文献

[1]PRIMUShigh-EnergySysteMManual,VoluMe2.SieMensMedicalSolutionsUSA﹑Inc.2003.

[2]梁灿兵，秦光戎，梁竹健.电磁学.第1版.高等教育出版社.1980年.