1、 工業輻照直線電子加速器技術維護要點與實踐王超其 陸銳鋒 舟山雷大電子科技有限公司【摘要】根據工業輻照直線電子加速器系統特點和工作條件的特殊性，分析了技術維護工作中應注意的要點與常見故障的排除方法，提出了保障其安全可靠運行的幾項技術維護和改造措施?！娟P鍵詞】電子加速器 技術維護 電真空器件1 前言應用于食品、醫療用品輻照滅菌和其他大劑量、連續工作用途的直線電子加速器，由于輸出束功率大、連續工作時間長、系統復雜，技術維護工作稍有不慎，便有可能產生重大故障。況且，直線電子加速器系統牽涉多方面的專業，技術上實現的方法多種多樣，工作狀態和環境也各不相同，又很少有綜合性的技術維護方面的資料可供參考，故障

2、停機時如未能及時修復后果影響嚴重，維護工作的難度可想而知。根據我們多年來在電子加速器技術維護過程中所碰到的各種問題以及維修、局部改造經驗，在對整個系統深入了解的基礎上，分門別類有針對性地實施技術維護工作，防患于未然，是能夠掌握主動權，保證設備安全可靠運行的。即使出現故障，也能很快找到問題所在，快速排除。對于速調管、電子槍等大型電真空器件，注意其合適的工作條件和維護措施，還能大幅度提高其工作壽命，節約可觀的運行成本。2 真空系統常見故障與解決辦法電子加速器必須在高真空條件下運行，要求真空度要達到110-8Pa左右，平時由數個濺射離子泵維持其需要的真空度。由于連接部件多，形狀復雜，以及材料缺陷等原

3、因，真空系統的故障隨時都有可能出現，而且一旦真空出現問題，查找起來非常困難。真空系統容易出問題的是焊接部位，兩個厚薄不一的部件如厚法蘭與薄壁管焊接時，不管用氬弧焊還是電弧焊，都存在受熱不勻冷卻后在材料內部殘留內應力的問題。這種情況開始用儀器檢漏都檢不出來，但隨著使用時間的增加，設備開關機多次重復溫差變化，就有可能產生細微裂縫而導致系統真空變壞。平時可以通過觀察濺射離子泵的工作電流來判斷系統的真空度情況。一般在幾個uA時說明真空度還是不錯的。如果逐漸變大在幾十到幾百uA以上，那就基本可以肯定有地方漏氣了。真空出問題是比較麻煩的，除了把系統拆開逐件用儀器檢漏外，最常用的辦法就是“懷疑部位涂有機溶劑

4、法”。有機溶劑滲到微裂縫時能把漏氣的通道暫時堵住，所以只要發現將溶劑涂到某處時離子泵的工作電流馬上變小，便基本可以肯定此處就是漏點。我們有一次發現靠近電子槍部位的離子泵工作電流從平時的12uA慢慢增加到56uA，加速器的輸出束流也在逐步變小，說明系統真空度變差，電子槍已輕度中毒，發射電流下降。當時我們僅化了2個小時就用上述方法找到了漏點并堵上，電子槍發射能力也在幾十小時后慢慢恢復。還有一段時間我們發現每次開機前離子泵電流有數百uA，開機出束后泵電流漸漸變小，關機后又變大，初步分析是開機后溫度升高物體膨脹使滲漏處裂縫變小減少了氣體分子的滲漏量，如此快的溫升最有可能就是出束時散射的低能電子打到漂移

5、管壁上引起，結果在漂移管與法蘭的焊接部位查到了漏點。用真空封泥或硅橡膠修補堵漏的效果還是不錯，兩者抗輻射老化性能也都過得去，可以維持1年以上。3 高壓系統的維護電子加速器系統離不開高壓，通常電子槍上就加有幾十KV的高壓，脈沖調制器中的充放電回路也有一、二十KV以上的高壓，速調管上更是加有一百二、三十KV以上的高壓。任何設備中高電壓、大電流部位歷來都是技術維護保養的重點，對于加速器來說也不例外。高壓部位最常見的故障現象便是打火，有時候甚至會出現炸雷一樣的打火聲，且很難找到打火的地方和原因，重復出現打火故障時往往打火點也不在同一處。高壓打火的原因通常有絕緣和某些部件故障引起。我們曾遇到過因充電電感

6、絕緣子問題以及高壓過荷保護電路同時故障引起的調制器內到處打火并打壞許多零件的現象。也有閘流管到壽命失效引起的機架內到處打火的現象。高壓系統的維護重點是清潔、環境與絕緣處理。設備運行期間空氣中的灰塵會逐漸沉積在各高壓部件的表面，受潮后很容易引起高壓拉弧；另外，去電子槍的是直流高壓，在潮濕的空氣環境中很容易產生電化學作用而腐蝕接點、吸附灰塵和潮氣。因此，要防止高壓系統的故障，必須做到勤維護，保持高壓絕緣零件表面的清潔；機房環境盡量做到干凈、密閉、干燥。設備關機后在高壓部位加紅外線燈泡烘烤是個有效的辦法，可以防止高壓部件表面結露引發爬電打火。對于有些易打火的高壓部件，能將其置于絕緣油中是一勞永逸的辦

7、法。我們起初用的一臺電子槍燈絲隔離變壓器，其高壓側繞組原來用環氧樹脂整體封固，使用中出現了環氧絕緣擊穿而報廢，后來改用多層厚有機玻璃做骨架，但仍經常發生爬電打火現象，以至打壞過多個電子槍。后來我們做了1個鐵箱，將該隔離變壓器放入其中并灌滿25#變壓器油，問題徹底得到了解決。在脈沖變壓器內部，有供速調管工作的125KV高壓，盡管所有部件都是浸在變壓器油中，但還會有打火的可能。平時可以用手電筒從脈沖變壓器觀察窗照進去觀察，如果發現有黑褐色絮狀物附著在繞組上，或發現油液渾濁，就可以基本肯定脈沖變壓器內部有打火現象。我們曾好幾次發現過脈沖變壓器內部環氧層壓板支架夾層內打火燒焦的故障，起初不嚴重時很難發

8、現，僅感覺油液中有煙灰，后來嚴重時就出現了高壓過荷，將脈沖變壓器吊出來切除打壞的環氧板才使故障排除。4 電真空器件的使用與維護大型電子管、電子槍等電真空器件是高功率直線電子加速器中的重要部件，其工作狀態直接關系到電子加速器設備運行的穩定性、可靠性、效率和運行成本。而電真空器件又是有一定壽命的消耗性部件，價格昂貴，如何用好、維護好這些器件是技術維護工作中非常重要的一部分，這里面也有許多值得研究和探索的課題。4.1工作狀態的觀察和調整。每個電真空器件都有它特定的工作條件，例如速調管的燈絲電壓電流、收集極電壓電流、聚焦磁場線圈的電流，閘流管的氫發生器電壓，充電控制電子管的燈絲電壓和控制柵、簾柵極偏壓

9、等，可以通過這些工作參數變化情況來判斷其工作狀態和故障所在。電真空器件的性能指標通常都有一定的離散性，所以觀察、分析、調整相當重要。我們曾發現用于主回路充電控制的大功率四極陶瓷管TM702FT更換后經常出現加速器輸出束流往小的方向波動，速調管的收集極電流也在往小的方向變化，通過長期觀察和分析，發現在供電電壓稍有波動的情況下，電子管的燈絲電壓也跟著變化（僅僅是0.10.2V的波動），這才注意到其燈絲電源（10V160A）是未經過穩壓的，因為管子性能的離散性，對于這個管子來說，燈絲電壓稍向下偏離便造成了陰極電子發射的不足，主充電回路壓降增大，速調管高壓減低，收集極電流減小，微波輸出功率降低，引起加

10、速器輸出束流往小的方向變化。將燈絲電壓略為調高，同時調整供電穩壓電源的穩壓范圍，問題得到了解決。4.2 電子管外圍電路的檢查和改造。加速器的脈沖高壓調制部分電路復雜，有時因設計、工藝、元器件參數變化等原因會使電路工作不正常，這就需要在深入了解各種功能的電子管的基本工作原理的基礎上進行分析，必要時對局部電路進行改造，使其工作在最佳狀態。有一段時間，我們發現閘流管觸發電路中的快速可控硅經常發生“連通”（關不斷），損壞率很高。通過分析閘流管的觸發原理和觸發電路，認為有兩個原因引起，一是閘流管點火瞬間柵極高壓尖脈沖未能濾除對觸發可控硅造成沖擊，二是小人工線負失配不夠。將這部分電路元件全部拆下清洗檢測，

11、有些作了更換，加大小人工線第1節的電感，最后問題得到了徹底解決。還有一次我們發現有一臺加速器的充電波形上升沿的中部疊加有一簇毛刺（見圖），一時怎么也找不到原因。后來也是通過仔細分析，根據毛刺出現位置正是充電電流最大、充電控制電子管又是增益很高的四極陶瓷發射管的情況來判斷，很可能是大電流時某處壓降產生的反饋引發高頻自激，在該充電電子管的柵陰之間并一個電容，問題立即解決。a. 故障時充電波形 b. 故障排除后正常充電波形4.3 電真空器件的更換和使用狀態對壽命的影響。電子管、電子槍都是有壽命的部件，技術維護人員必定要碰到更換這些器件的情況。大型電子管新啟用時一般都要經過老練程序，像加速器電子槍還要

12、經過激活程序。老練和激活做得好壞對以后的使用壽命是會有影響的。按照我們的經驗，新管子第1次使用先盡量延長燈絲預熱時間，然后分檔逐步加高壓，整個過程在數小時以上，目的是使管子內殘余氣體盡量吸附掉，有毛刺的被打火打掉。 備用的新電子管不一定是可靠的，有時候因為儲存的原因或時間長了真空度變化，會出現上去后短時間內報廢的現象。盡管大型電子管有規定的保修期，但在沒有第二個備管的情況下，必定是造成了設備停機事故，對有些應用單位來說會帶來很大的損失。我們的經驗是將工作一段時間的穩定工作的電子管換下作備份，有條件時再備一個新管，這樣就可以做到萬無一失。大型電子管陰極的工作狀態對使用壽命的影響非常大。陰極冷態時

13、電阻很小，如果一下子加足電壓，沖擊電流會導致陰極變形引發柵陰短路而使管子報廢。一般設備中都有分檔加燈絲電壓的電路，如果能改成均勻緩慢升壓加燈絲自然是最理想的。平時開機時盡管設備開機程序已設定15分鐘就加足燈絲可以開高壓，但我們堅持起碼預熱30分鐘后再開高壓，這對延長管子的壽命是有利的。如果關機時對大型電子管加“黑燈絲”，對延長管子陰極的壽命將會非常有利。5 其他應注意維護保養的部位電子加速器是一個多專業技術集成的大系統，技術維護中有很多細節問題還是要注意的，有時稍有疏忽就會釀成大的故障。5.1 大電流接點的維護。電子加速器耗電在幾十到幾百KVA以上，有許多要通過大電流的連接點，如果接觸點結合不

14、緊產生接觸電阻，便有電壓降引起發熱，發熱的接點進一步增大了接觸電阻，于是發熱功率更大，最后導致接點燒毀、起火等大事故。速調管的磁場線圈如果斷電在毫秒級的時間內就可以燒壞管子造成重大事故。所以加速器中的電源部分、各變壓器接線頭、聚焦磁場線圈的接頭等都是要重點監控的。常用的辦法是在接頭處涂點油漆，有點發熱便可以聞到焦味?；蛘哂眉t外測溫槍定期測量各接點溫度。5.2 輻射環境中設備和部件的維護。輻照室的環境是及其惡劣的，不僅有強烈的電離輻射，而且有害氣體濃度高、電磁環境惡劣。輻照室中的開關、按鈕、繼電器及電子元器件沒多長時間便要爛掉、失效，所以輻照室中盡量不要有電氣控制部件，機械部件盡量采用不銹鋼材料

15、。電機和輸送機中的軸承中的潤滑脂在射線的作用下很容易分解，所以要經常檢查，如果風機等設備在運轉時噪聲增大，就要及時更換軸承，設備工作時鈦窗散熱風機一旦停轉后果將會非常嚴重；輻照室內的導線也要經常檢查定期更換，否則極易因電線絕緣爛掉引起短路故障。5.3 配套系統的維護。加速器中大型電子管等部件的散熱、加速管的恒溫控制等都離不開多種多樣的水泵、風機、管道流量計，這些部件的維護同樣重要。液體的流量計內部通常用小永久磁鐵取樣，時間一長就會因磁鐵爛掉而失效或卡住，管道的接頭時間長了有漏水的可能，如果漏水進到脈沖變壓器的油箱里面麻煩就會非常大，所以維護工作相當重要。多裝一些溫度探頭和流量控制保護開關是大有

16、好處的，可以根據設備工作時某些部位的溫度變化趨向判斷設備的工作狀況，防患與未然。6 局部電路改造和元器件更換電子加速器不同于工廠流水線生產的成熟的電子產品，設計和工藝方面的缺陷在所難免，對于使用者來說，為了能使設備安全可靠工作，發現問題及時進行局部改造或更換元器件也是很必要的。大型的電子設備中都有許多不同電壓的直流電源供各電路單元工作，很多設備中都采用了那種方形外殼環氧灌封的硅整流橋堆。根據我們的經驗，這種橋堆在使用中出故障的概率非常高，所以如果發現設備中有這種橋堆還是趁早換掉為好。事實證明根據需要的耐壓和電流用4個金屬殼整流二機管搭成橋式整流電路是非?？煽康?。我們在使用的這套設備過去經常發現

17、輸出束流緩慢變化波動的現象，通過觀察和電路分析，發現高壓脈沖和微波脈沖的同步有問題。分析電路后發現兩者都是由同步脈沖各自延時幾十s后觸發的，由于RC延時電路的不穩定性造成了兩個脈沖同步上的偏差。我們把電路改成高壓脈沖由微波脈沖延時0.5s觸發，同步關系得到了穩定的保持，改裝后設備輸出束流一直來非常穩定。加速器許多線路中走的是脈沖直流信號，由于我們靠近海邊空氣潮濕且含有鹽分，容易使接插件部分產生電化學作用而接觸不良，這也是一個非常頭疼的問題，后來只能在接插件兩端焊跳線解決問題。7 結束語 電子加速器系統組成復雜，通常又屬于研制類的裝置，使用初期可能會暴露出一些問題，故障率也許會比較高。作為應用單位的