1、 工業(yè)輻照直線電子加速器技術(shù)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(jù)工業(yè)輻照直線電子加速器系統(tǒng)特點和工作條件的特殊性，分析了技術(shù)維護工作中應(yīng)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(shù)維護和改造措施?！娟P(guān)鍵詞】電子加速器 技術(shù)維護 電真空器件1 前言應(yīng)用于食品、醫(yī)療用品輻照滅菌和其他大劑量、連續(xù)工作用途的直線電子加速器，由于輸出束功率大、連續(xù)工作時間長、系統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)維護工作稍有不慎，便有可能產(chǎn)生重大故障。況且，直線電子加速器系統(tǒng)牽涉多方面的專業(yè)，技術(shù)上實現(xiàn)的方法多種多樣，工作狀態(tài)和環(huán)境也各不相同，又很少有綜合性的技術(shù)維護方面的資料可供參考，故障

2、停機時如未能及時修復(fù)后果影響嚴重，維護工作的難度可想而知。根據(jù)我們多年來在電子加速器技術(shù)維護過程中所碰到的各種問題以及維修、局部改造經(jīng)驗，在對整個系統(tǒng)深入了解的基礎(chǔ)上，分門別類有針對性地實施技術(shù)維護工作，防患于未然，是能夠掌握主動權(quán)，保證設(shè)備安全可靠運行的。即使出現(xiàn)故障，也能很快找到問題所在，快速排除。對于速調(diào)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(jié)約可觀的運行成本。2 真空系統(tǒng)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(shù)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(fù)雜，以及材料缺陷等原

3、因，真空系統(tǒng)的故障隨時都有可能出現(xiàn)，而且一旦真空出現(xiàn)問題，查找起來非常困難。真空系統(tǒng)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(nèi)部殘留內(nèi)應(yīng)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(shè)備開關(guān)機多次重復(fù)溫差變化，就有可能產(chǎn)生細微裂縫而導(dǎo)致系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(tǒng)真空度變差，電子槍已輕度中毒，發(fā)射電流下降。當(dāng)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(fā)射能力也在幾十小時后慢慢恢復(fù)。還有一段時間我們發(fā)現(xiàn)每次開機前離子泵電流有數(shù)百uA，開機出束后泵電流漸漸變小，關(guān)機后又變大，初步分析是開機后溫度升高物體膨脹使?jié)B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(jié)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(tǒng)的維護電子加速器系統(tǒng)離不開高壓，通常電子槍上就加有幾十KV的高壓，脈沖調(diào)制器中的充放電回路也有一、二十KV以上的高壓，速調(diào)管上更是加有一百二、三十KV以上的高壓。任何設(shè)備中高電壓、大電流部位歷來都是技術(shù)維護保養(yǎng)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(xiàn)象便是打火，有時候甚至?xí)霈F(xiàn)炸雷一樣的打火聲，且很難找到打火的地方和原因，重復(fù)出現(xiàn)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(diào)制器內(nèi)到處打火并打壞許多零件的現(xiàn)象。也有閘流管到壽命失效引起的機架內(nèi)到處打火的現(xiàn)象。高壓系統(tǒng)的維護重點是清潔、環(huán)境與絕緣處理。設(shè)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??；另外，去電子槍的是直流高壓，在潮濕的空氣環(huán)境中很容易產(chǎn)生電化學(xué)作用而腐蝕接點、吸附灰塵和潮氣。因此，要防止高壓系統(tǒng)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(huán)境盡量做到干凈、密閉、干燥。設(shè)備關(guān)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(jié)露引發(fā)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(cè)繞組原來用環(huán)氧樹脂整體封固，使用中出現(xiàn)了環(huán)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(jīng)常發(fā)生爬電打火現(xiàn)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(nèi)部，有供速調(diào)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(fā)現(xiàn)有黑褐色絮狀物附著在繞組上，或發(fā)現(xiàn)油液渾濁，就可以基本肯定脈沖變壓器內(nèi)部有打火現(xiàn)象。我們曾好幾次發(fā)現(xiàn)過脈沖變壓器內(nèi)部環(huán)氧層壓板支架夾層內(nèi)打火燒焦的故障，起初不嚴重時很難發(fā)

8、現(xiàn)，僅感覺油液中有煙灰，后來嚴重時就出現(xiàn)了高壓過荷，將脈沖變壓器吊出來切除打壞的環(huán)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(tài)直接關(guān)系到電子加速器設(shè)備運行的穩(wěn)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(shù)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(tài)的觀察和調(diào)整。每個電真空器件都有它特定的工作條件，例如速調(diào)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(fā)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(shù)變化情況來判斷其工作狀態(tài)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(diào)整相當(dāng)重要。我們曾發(fā)現(xiàn)用于主回路充電控制的大功率四極陶瓷管TM702FT更換后經(jīng)常出現(xiàn)加速器輸出束流往小的方向波動，速調(diào)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(fā)現(xiàn)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(jīng)過穩(wěn)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(fā)射的不足，主充電回路壓降增大，速調(diào)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(diào)高，同時調(diào)整供電穩(wěn)壓電源的穩(wěn)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(diào)制部分電路復(fù)雜，有時因設(shè)計、工藝、元器件參數(shù)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(chǔ)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(tài)。有一段時間，我們發(fā)現(xiàn)閘流管觸發(fā)電路中的快速可控硅經(jīng)常發(fā)生“連通”（關(guān)不斷），損壞率很高。通過分析閘流管的觸發(fā)原理和觸發(fā)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(fā)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(jié)的電感，最后問題得到了徹底解決。還有一次我們發(fā)現(xiàn)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(jù)毛刺出現(xiàn)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(fā)射管的情況來判斷，很可能是大電流時某處壓降產(chǎn)生的反饋引發(fā)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(tài)對壽命的影響。電子管、電子槍都是有壽命的部件，技術(shù)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(jīng)過老練程序，像加速器電子槍還要

12、經(jīng)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(jīng)驗，新管子第1次使用先盡量延長燈絲預(yù)熱時間，然后分檔逐步加高壓，整個過程在數(shù)小時以上，目的是使管子內(nèi)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(xiàn)上去后短時間內(nèi)報廢的現(xiàn)象。盡管大型電子管有規(guī)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(shè)備停機事故，對有些應(yīng)用單位來說會帶來很大的損失。我們的經(jīng)驗是將工作一段時間的穩(wěn)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(tài)對使用壽命的影響非常大。陰極冷態(tài)時

13、電阻很小，如果一下子加足電壓，沖擊電流會導(dǎo)致陰極變形引發(fā)柵陰短路而使管子報廢。一般設(shè)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(shè)備開機程序已設(shè)定15分鐘就加足燈絲可以開高壓，但我們堅持起碼預(yù)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(guān)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(yīng)注意維護保養(yǎng)的部位電子加速器是一個多專業(yè)技術(shù)集成的大系統(tǒng)，技術(shù)維護中有很多細節(jié)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(jié)合不

14、緊產(chǎn)生接觸電阻，便有電壓降引起發(fā)熱，發(fā)熱的接點進一步增大了接觸電阻，于是發(fā)熱功率更大，最后導(dǎo)致接點燒毀、起火等大事故。速調(diào)管的磁場線圈如果斷電在毫秒級的時間內(nèi)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(jiān)控的。常用的辦法是在接頭處涂點油漆，有點發(fā)熱便可以聞到焦味。或者用紅外測溫槍定期測量各接點溫度。5.2 輻射環(huán)境中設(shè)備和部件的維護。輻照室的環(huán)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(huán)境惡劣。輻照室中的開關(guān)、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(jīng)常檢查，如果風(fēng)機等設(shè)備在運轉(zhuǎn)時噪聲增大，就要及時更換軸承，設(shè)備工作時鈦窗散熱風(fēng)機一旦停轉(zhuǎn)后果將會非常嚴重；輻照室內(nèi)的導(dǎo)線也要經(jīng)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(tǒng)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(fēng)機、管道流量計，這些部件的維護同樣重要。液體的流量計內(nèi)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(dāng)重要。多裝一些溫度探頭和流量控制保護開關(guān)是大有

16、好處的，可以根據(jù)設(shè)備工作時某些部位的溫度變化趨向判斷設(shè)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(chǎn)的成熟的電子產(chǎn)品，設(shè)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(shè)備安全可靠工作，發(fā)現(xiàn)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(shè)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(shè)備中都采用了那種方形外殼環(huán)氧灌封的硅整流橋堆。根據(jù)我們的經(jīng)驗，這種橋堆在使用中出故障的概率非常高，所以如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備中有這種橋堆還是趁早換掉為好。事實證明根據(jù)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(shè)備過去經(jīng)常發(fā)現(xiàn)

17、輸出束流緩慢變化波動的現(xiàn)象，通過觀察和電路分析，發(fā)現(xiàn)高壓脈沖和微波脈沖的同步有問題。分析電路后發(fā)現(xiàn)兩者都是由同步脈沖各自延時幾十s后觸發(fā)的，由于RC延時電路的不穩(wěn)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(fā)，同步關(guān)系得到了穩(wěn)定的保持，改裝后設(shè)備輸出束流一直來非常穩(wěn)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(chǎn)生電化學(xué)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(jié)束語 電子加速器系統(tǒng)組成復(fù)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(yīng)用單位的