医用直线加速器磁控管原理及故障维修.doc

医用直线加速器磁控管原理及故障维修 摘 要：目的：分析医用直线加速器磁控管的工作原理，总结其常见故障，探讨对射磁控管故障的维修方法。方法：医用直线加速器工作异常时，马上停止治疗。首先调节机器的各类参数，若不能恢复正常，需进行各类剂量和波形观测，发现问题出在什么地方，最后综合各类结论和意见，形成解决方案。结果：经过维护和保养，医用直线加速器可以维持较好的工作状态。结论：医用直线加速器是较为精密复杂的仪器，磁控管是直线加速器的核心部件之一，由于频繁应用会出现老化现象，使用过程中操作不标准会加速老化过程。日常维护时要加强对磁控管的保养。 关键词：医用直线加速器 磁控管 原理 故障维修 中图分类号：TD774 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-0-01 医用直线加速器在肿瘤患者的放射治疗中有着广泛的应用，但随着其使用次数和时间的增加，磁控管这一核心组件日益出现老化现象1。磁控管可以产生电子加速场，它的工作电压高达几十千伏，电流高达数百安培，因此容易老化和损坏。一旦磁控管出现问题，将导致整台医用直线加速器无法运行2。直线加速器的生产厂商通常都会做出保用高压小时的承诺，当其加速器的使用时间超过或接近保用高压小时的时候，要注意经常检修，及时更换新的磁控管。此时，若直线加速器出现故障，首先要考虑的便是磁控管的故障。磁控管是医用直线加速器的易损部件，我院对其进行了数次维修及定期维护，现将其经验总结如下，希望能为同仁们提供帮助。 1 医用直线加速器的工作原理 在生物医学上，医用加速器是一种可以对肿瘤进行放射治疗的粒子加速器装置。现在在放射治疗中电子直线加速器使用最普遍。医用直线加速器的原理是高能电子的速度被加速到达到亚光速，之后与微波电场相互作用，使电子获得更高的能量，电子的质量不断增大，但其速度增加不多。经过电场作用的高能电子可作为电子线治疗载体直接引出。加速器的磁控管是高能加速器的核心组件。 2 磁控管的工作原理 2.1 磁控管的结构 磁控管自身可以发射出高功率的微波，它是一种自激振荡器。根据工作方式的不同，磁控管分为连续波磁控管和脉冲磁控管两类。连脉冲磁控管工作时，需要在磁控管的阳极给以脉冲电压。脉冲磁控管可以达到功率值很高的脉冲功率3。目前最为广泛应用的是多腔磁控管，其主要结构包括阳极及振荡系统，阴极及加热灯丝，磁铁，冷却设施，调频机构，能量输出装置。其中冷却过程也可采取自然冷却的方式，此时不需要冷却设备。阳极块多腔耦合腔链的频率特性决定磁控管的振荡频率。 2.2 磁控管的工作原理 在低能量电子直线加速器中，普遍使用磁控管。磁控管可以利用电流和电压的变化改变磁场的强度，通过磁场强度的改变控制阳极电流，它是一种电子二极管，可以产生微波振荡。 作为一种自激振荡器，磁控管频率的稳定程度可以靠采用稳频措施和改善微波传输系统控制。在磁控管的作用空间内，电子将会同时受到三个场的作用。第一个场是恒定电场，在恒定电场的作用下，外加的脉冲调制器（即阳极电源）所产生的能量被转化为电子的动能，使电子拥有接近光速的速度。第二个场是恒定磁场，具有很高动能的电子在经过磁控管的作用空间时，由于自身带电，发生轨迹弯曲，以旋转运动的方式通过。第三个场是高频电磁场，进行旋转运动的电子，能够激发耦合腔链，产生交变电磁场，其波长位于微波频段。高频场与电子作用的作用是，将电子贮存的动能转化成微波能，因此电子的速度将会下降。磁控管是一个首尾相连接的环状腔链，电子束在其中进行旋转运动，它是一个驻波谐振腔链。与加速管不同的是，磁控管中的电子处在减速相位，从外加电源处获得的巨大动能在高频场的作用下被转换成微博能，但是加速场中的电子处于加速相位。 3 故障及维修 3.1 磁控管老化 由于长时间处在高电压、强电流状态下，并且电场和磁场的场强不断变化，导致磁控管容易老化，一般在磁控管的说明书上都标明高压小时数，在磁控管的使用接近或超过此数值时，要注意对其进行检修，及时更换新的磁控管。在正常使用时间内，也要对其进行定期维护，以增加其使用质量。磁控管老化时，表现为输出功率下降，不能满足高能电子线及各档位X射线的正常工作，但低能档电子束可以工作。这一现象是磁控管老化时的特征现象。维修人员可以根据听觉、视觉判断出原因，及时更换新的磁控管即可解决问题。 3.2 灯丝故障 直线加速器磁控管出现跳闸现象，或者电源显示电流不断升高，有可能超过磁控管灯丝的额定电流，这些现象提示磁控管灯丝电源发生故障。遇到这种情况，首先要区分是磁控管灯丝电源自身限流故障还是灯丝老化导致电流升高。若是灯丝老化，可以及时更换灯丝来解除问题，若是自身限流故障，则提示磁控管故障，需要检修。 3.3 磁控管的老练 为了使磁控管内的保持高度的真空状态，需要定期进行磁控管的老练，改善管内真空度并纯化磁控管阴极。老练时将磁控管的阳极电压逐步增加至额定值，分成数各阶段。根据往次的老化经验，随着磁控管使用和存放时间的增加，老练时间逐渐延长，短则数分钟，长则十几个小时。存放的磁控管应定期进行老练，以免存放时间过长无法老练。对一台直线加速器，可以配备几个磁控管，交替使用，使之可以充分休息，能够有效延长使用寿命，提高工作质量。 4 结语 医用直线加速器是采用人工方法，将各类粒子加速到更高能量和速度的高能状态的机器。其加速过程需要借助不同形态的电场，这是带电粒子获得能量所必需的4。它是医学上的生物疗法中用来放射治疗肿瘤的粒子加速器装置，常被称为粒子加速器，简称加速器。根据被加速粒子的种类不同，粒子加速过程中所遵循的种类不同，及加速电场形态的不同，可将加速器分为各种不同的类型。目前最为常用的一种加速器是电子直线加速器。注意应当动态监测磁控管的频率和加速管的固有频率，并使二者保持一致，否则可能会引起系统的严重打火。总结直线加速器的常见故障及故障分析方法，患者的治疗具有重要意义。 参考文献 1 王京陵.医用直线加速器磁控管故障的鉴别J.中国医疗器械杂志，2010，24（4）：239. 2 温旭.医用直线加速器磁控管故障分析J.深圳中西医结合杂志，2010，11（5）：313. 3 查玉华.医用直线加速器磁控管伪故障的判断与修复J.医疗卫生装备，2010，10（5）：65. 4 李刚.医用直线加速器磁控管原理及故障鉴别J.医疗卫生装备，2010，29（6）：94.