[转发]医用直线加速器磁控管更换技术探讨

万久庆
(第三军医大学附属新桥医院 重庆市400037)

摘要 在医用直线加速器中通常都采用磁控管作为微波功率源。叙述了医用直线加速器中磁控管的结构及工作原理，并重点介绍在更换磁控管过程中需要注意的技术细节和对相关参数的调整。
关键词 磁控管：医用直线加速器；微波源
中图分类号：TH774 文献标识码：C 文章编号：1003-8868(2006)10-0046-02
Techniques of clinical linac magnetron replacement
W ANG Jiu—qing
(Xinqiao Hospital，the Third Military Hospital，Chonqing 400037，China)
Abstract Magnetron is often used as microwave power source in clinical linae magnetron．This paper introduces the
structure and working principle of clinical linae magnetron。Specific techniques and relevant parameters adjustment in
magnetron replacement are mainly discussed．
Keywords magnetron；clinical linac；mieroware power source

1 磁控管结构原理
磁控管是振荡管．简单地说．是在一定的磁场和一定的电压下即能产生振荡的二极管。磁场恒定，电压可以是直流状态或脉冲状态。工作电压为直流状态时，磁控管输出功率为连续波状态；工作电压为脉冲状态时，其输出功率亦为脉冲功率。在医用电子直线加速器中都采用脉冲工作状态。
1．1 结构
脉冲磁控管中大多采用旁热式氧化物阴极，一般为圆柱形．在管子中心部位。阴极与阳极构成二极管，阳极上的孔、槽构成谐振腔。一般将孔比作电感．槽比作电容．组成并联谐振回路。磁控管工作频率基本上由此结构而确定。磁控管的调频装置是在上述孔内插入金属杆．通过调整金属杆插入深度，从而改变谐振腔的谐振频率 磁控管磁铁提供磁控管所需要磁场．可以采用永久磁铁或电磁铁2种结构．多数采用永久磁铁，因为这样更换管子时．磁铁可以不更换。磁控管输出装置有同轴输出或波导输出2种，一般在大功率状态采用波导输出。在阳极上还带有散热结构．小功率状态使用散热片．采用风冷却方式：大功率状态焊有水套．采用水冷却方式。
1．2 工作原理
我们称阴极与阳极之间的空间为作用空间。磁控管中能量交换都在作用空间上进行的。由阴极发射的电子，在电场作用下(这是指外加电压)获得动能，离开阴极趋向阳极。但由于在作用空间存在磁场．磁场仅控制电子运动方向．使电子在阴阳极间不是做直线运动．而是做旋转同时逐步趋向于阳极的运动。电子从电场中获得能量即动能．并在作用空间做旋轮线运动而最终到达阳极．其速度为0．动能在上述运动过程中逐步转变为微波场能。这种转变是由于在磁控管振荡系统中的电子热骚动，在谐振腔内产生弱振荡．在作用空间出现弱的交变电场，使电子处在这种交变电场的减速场中完成能量交换．从而使上述交变场逐渐增强．直至形成相对稳定的“电子轮辐”进行高效率的能量交换，最后形成稳定振荡一E述电子中有一部分不参与能量交换．而直接回至阴极，即通常所说回轰阴极。使阴极温度升高。考虑这因素，磁控管在高功率输出时需降低灯丝供电电压．以维持阴极温度。

2 磁控管技术参数
(1)磁控管灯丝电压
磁控管灯丝热子需要保持一定的温度，一般待机状态采取降电压供电，准备状态全电压供电。而开始出束后，由于电子回轰．热子温度可以自维持．又需要降电压供电，直至电压降No．相应曲线可查阅磁控管的说明书(见表1)。

得到这些数据最好是查阅磁控管的说明书，或在本单位的设备上．分别在不同状态时测量得到
(2)波导法兰
主要涉及到机械安装的问题。
相同工作频率的磁控管波导尺寸是一样的．这里指的是由于不同型号磁控管尺寸不同．或安装位置不同导致的对波导系统的改变，可以通过加减或更换波导器件来实现，波导器件国内有很多工厂生产，多为军工。波导接口应保证洁净，电连接可靠，密封不漏气。
(3)磁控管磁铁
同型号的磁控管更换不涉及磁铁问题，改变磁控管型号，则需要连带磁铁一起更换。若是电磁铁则需要使用高斯计测量电流与磁场的关系．重新调整不同能量对应的电磁铁所对应的脉冲电流值(不同磁场下，相同的脉冲电流值对应的磁控管输出的脉冲功率是不同的)。同步调节磁控管电流的磁铁磁场，可以改变加速器输出的能量，具体对应关系可以查阅磁控管说明书
(4)充气系统
拆掉旧的磁控管前要记录气压值后再放气。更换完成以后，先抽掉波导内的气体．然后再充人厂家要求的气体到规定的压力值(或先前记录值)。充气压力不能太大，会充坏波导，也不能太小，会打火。要保证安装不漏气。
(5)冷却水系统
拆卸磁控管前应将冷却水系统中的水全部放掉．安装完成后，需要接通水系统，检查是否漏水，水流量是否足够。同型号的管子只要调整到不出水流量联锁(FLOW)即可。更换管子类型则需要根据要求，改变水流量。E2V的5125、5193、5349对水流量的要求是一样的，均为大于5L/min，出口温度小于50℃ ；6028要求大约30L/min(18～27L/min)。
(6)磁控管电压、电流和阻抗
磁控管一般工作在轻微的负失配状态，具体原因很复杂。更换磁控管前请记录下各档位下磁控管的脉冲电流和电压的值和波形，电流一般在几十到一百多安培，电压在几万伏特，脉冲宽度s级，机器不同略有不同。同型号的管子更换后都需要调节得跟原来一样．一般是综合调节磁铁磁场DE-Q稳压电路来实现，有的时候需要更换高压电源的抽头．改变调制器充电电压。若不同型号则需要重新根据能量和剂量率重调各个参数，比较麻烦，本文不讲述，下面都指同型号的管子。磁控管稳定的工作需要一定的脉冲前沿．由于2个磁控管之间的差异．前沿可能需要重调．E2V的磁控管对前沿的要求：5125、5193是80～120kV／us，5349要求120kV／us。这需要综合调节调制器脉冲形成网络的节数和RC匹配电路的阻抗来实现。注意调整应使脉冲顶部保持平整。
通过观察磁控管电压波形可以知道调制器与磁控管阻抗匹配的情况，若原来加速器工作状况良好，则调到与原来一样即可(大概一致，很难完全一样)。调节方法是改变脉冲形成网络的电容或电感的值，例如：去掉或者增加一节电容。注意耐压问题，不要因为改动导致打火。

3 小结
磁控管是加速器的主要部件之一．价值数万美元，维修中应根据故障现象从多方面检查，排除其伪故障。磁控管标准工作时间一般为250高压小时或者1 000低压小时，不同类型的磁控管略有不同。所以对于那些运行时间不长的新品．更应仔细检查。这样既能更多地了解元器件的性能，积累维修经验，又能延长元件的使用寿命，节约维修费用。在更换磁控管的时候，一定要做到胆大心细、轻拿轻放，调整时至少2人在场，调整前给脉冲形成网络放电．避免触电。最后磁控管更换后．必须对磁控管进行“训练”，然后再对各档位射线(电子线和X线)能量和剂量重新校准之后才能使用。

参考文献
1 林勇鹏．磁控管与加速管的常见问题及日常维护．医疗设备信息．2003(11)：56-58
2 辛涛．微波医疗磁控管．家用电器科技．1996(3)：31-32