RDS111型医用回旋加速器真空系统的结构、工作原理及故障处理

唐毅，王方洋，李奇明，金榕兵

陆军特色医学中心核医学科 （重庆 400042）

真空系统是回旋加速器的重要组成部分，是加速器正常运转的必需系统之一。较高的真空度是加速器正常运行的必要条件，当真空腔中的真空度达不到机器正常工作的要求时，腔内杂质气体会剥离负氢离子上的电子，减少加速器束流。此外，杂质气体在高压下还会电离打火，破坏零部件的光洁度，甚至造成零部件（离子源阴极等）的损坏[1-2]。现以西门子RDS111型医用回旋加速器为例，介绍真空系统的结构、工作原理及故障处理，仅供参考。

1 真空系统的结构和工作原理

RDS111型回旋加速器真空系统由真空腔、准直器（转靶）、真空泵、破空阀和真空计等构成[3]，见图1。真空泵分为两级,即初级旋转泵（RP）和次级扩散泵（DP），RP用于抽除DP排出气体并维持一定负压。真空计有离子规真空计（IG）和皮拉尼真空计（PG）两种，IG检测压力范围1.0×10-8～1.0×10-4Torr, PG 检测压力范围 ＞1.0×10-3Torr，IG和PG1用于检测真空腔压力，PG2则用于检测DP与RP之间的压力[4]。

工作原理：打开真空时，RP开始运行，当PG2＜2.5×10-1Torr且PG1＜8×10-2Torr时，4台DP开始加热，大约15 min后，油温达到预定温度时，DP开始正常工作；DP正常工作30 min以后打开离子规真空计；关闭真空时，首先关闭离子规真空计，再关闭DP泵，让RP继续工作，大约40 min后，待DP油温降到近室温时再关闭RP。

2 真空系统的故障处理

2.1 故障1

2.1.1 故障现象

仪表DP2工作指示灯熄灭，同时高温指示灯亮，真空度显示数字为5×10-6Torr，达不到加速器正常运行要求。

2.1.2 故障分析和处理

DP2工作指示灯熄灭，表明该泵工作异常，抽气效率低导致真空度下降。首先检查DP2的加热丝，发现加热丝完好无损，同时扩散泵油量适中，处于正常工作条件。高温指示灯亮，表明该泵油温过高。检查水冷却系统，发现外冷却系统工作正常，而内冷却系统的水流量明显减小，同时回水温度明显升高，这表明因冷却水流量减小致使整个加速器的水冷却效果变差。逐级检查内冷却水管道，发现每组进水管口处都有1个限流胶圈，很多胶圈都因膨胀变形致孔变小，达不到设计的流量要求。而DP2对应冷却水限流胶圈变形尤为突出。更换所有限流胶圈后，故障排除，加速器运行正常。

2.2 故障2

2.2.1 故障现象

加速器待机状态时，真空度为5.0×10-6Torr,达不到正常运行要求。打开磁场电源后，真空腔内压力逐渐下降，最后稳定在3.5×10-7Torr。

2.2.2 故障分析和处理

抽气效率低下和密封圈泄漏都会导致待机状态下真空腔压力偏高。经检查，发现所有仪表指示灯均正常，内冷却系统水温及流量正常，RP、DP等处于正常工作状态，表明抽气正常。打开磁场电源后，真空腔压力逐渐降低，表明泄漏点可能靠近磁铁，因为磁铁通电后会产生强大的磁力和大量的热量，使真空腔上下级压得更紧，同时密封胶圈因受热膨胀而使密封效果更好。通过逐级排查，发现真空腔密封圈因长时间使用导致弹性很差，真空硅脂变干。更换真空腔密封圈和真空硅脂后，真空度恢复正常。

2.3 故障3

2.3.1 故障现象

维修加速器转靶，清洗束流准直器、更换密封圈后，加速器正常工作2 d后，真空腔压力升为6.0×10-6Torr，达不到加速器正常运行要求。

2.3.2 故障分析和处理

加速器仪表指示灯显示正常，DP及冷却系统都处于正常工作状态，表明抽气系统出现故障的可能性很小。密封系统中，真空腔密封圈、离子源密封圈、准直器密封圈等几乎所有密封圈都刚换不久，不存在老化、泄漏问题。由于近期维修了转靶，同时清洗了准直器，估计拆卸过的部分出现了泄漏。卸下转靶和准直器，仔细检查每一个胶圈，结果在准直器中间接头密封圈上发现了一根很细且颜色与胶圈几乎相同的金属细丝。刚安装时，由于刚抹上的真空硅脂黏度大，能够消除金属丝影响起到有效密封作用，加速器运行时束流会轰击在密封圈上产生大量的热量，几天后真空硅脂因受热而出现轻微泄漏。取下金属丝，重新装上准直器和转靶，故障消除，加速器恢复正常。

2.4 故障4

2.4.1 故障现象

加速器真空度仪表上出现“05E”故障提示。

2.4.2 故障分析和处理

“05E”是一个较常见的故障代码，即无探测信号，表示真空控制及探测系统故障。未探测到真空度信号，说明故障可能出现在系统控制、信号的产生、信号的传输等多个环节。首先检测离子规，发现离子规灯丝电阻正常，电压正常，表明有信号产生。依次检查传输线的接头，均未发现异常。拆下真空控制主板，仔细检查每一个电子元件，发现两个电容有鼓包、一块电源芯片无电压输出。更换电容和芯片后，重新装上真空控制主板，打开电源，离子规真空显示为4.2×10-7Torr，故障排除。

2.5 故障5

2.5.1 故障现象

待机状态下真空度正常，生产时随Foil膜电流的增加，真空腔内压力逐渐上升，最后射频系统自动关闭。

2.5.2 故障分析和处理

真空度在待机状态下正常，当加上束流后，出现Foil膜电流和靶电流时，真空腔内压力才逐渐上升，表明故障可能发生在Foil膜和靶之间。首先检查真空窗，打开氦气开关，当氦气压力指示灯亮后关闭氦气开关，观察几分钟，发现氦气压力指示灯依然亮着，表明真空窗无泄漏。卸下转靶和准直器，仔细检查每一个密封圈，未发现任何异常。最后破空打开真空腔，仔细检查Foil膜及支架，发现Foil膜严重变形凸出。Foil膜变形会导致运行时通过Foil膜后的质子束流呈发散状，当Foil膜电流逐渐增大时，大量的质子束流会直接轰击在准直器上，致使准直器密封圈温度过高而出现真空泄漏。更换Foil膜后，故障消除。

3 总结

回旋加速器真空系统是一个复杂而精密的体系，其故障点很多，在使用过程中会出现各种故障现象，且同一故障可能存在多种故障源。操作及维护人员应熟悉真空系统结构，做好日常维护工作，定期检查并更换密封圈，保持适中的扩散泵油量，以降低减少故障的发生概率。为了及时有效地排除故障，充足的维修备件、较强的故障分析能力以及较强的维修动手能力，三者缺一不可。