工业辐照装置安全与防护

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（一）双层结构
典型的电子加速器辐照车间立面图
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双层结构辐照室应用范围
双层结构主要用在电线、电缆、热缩 管线等连续生产的大型加速器（主要 指个体较大、功率较大）中。
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电子束设施（第Ⅱ类）
高压系统 振荡器室 扫描喇叭窗 水泥屏蔽墙
迷道进出 口
产品传送 带
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电子束辐射源
能量 低 中 能量范围 0.150.3MeV 0.3-3 MeV 束功率 几kW -100kW 几十kW -400kW 主要机型 电子帘加速器 高频高压加速器 （地那米）；高 压变压器型加速 器 电子直线加速 器；梅花瓣型加 速器 束流形式 连续束 连续束 主要用途 涂层固化，细线、薄膜、片状物 的辐照，烟气脱硫和污水处理等 电线电缆的聚乙烯绝缘材料和聚 乙烯发泡塑料的辐射交联，橡胶 硫化；辐照生产高强度耐温聚乙 烯热缩管等 医疗用品的辐射消毒，食品保 藏，电子元器件改性，材料改性 等方面等
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电子加速器的屏蔽防护续
5.电子加速器防护时，还应考虑其本身的结 构材料以及可能受到辐照的产品的成分。 6.必须针对其所能提供的最高能量和最大电 流进行屏蔽计算。 还应对"杂散"X射线给予注意，而当加速器 以高电压水平运行并且其加速管位于辐照室 外时尤其值得注意。
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二.辐照室的屏蔽设计
辐照加速器电子出射范围小，易屏蔽 ，但在电子打到相应靶后，产生很强 的韧致辐射。韧致辐射的最大能量为 最大可能的电子能量，一般的辐照用 加速器，只要能量不高于10MeV，不 会产生光核反应和感生放射性。因此 。韧致辐射（X射线）成为加速器的主 要辐射防护对象。
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工业辐照所用的辐射源
辐射源是指可以通过发射电离辐射或释放 放射性物质而引起辐射的一切物质或实体。 常见的辐射源有：放射性核素，加速器辐射 源，核反应堆等。工业辐照的辐射源可以分 为两大类： （1）γ辐射源，包括钴－60和铯－137等。 （2）加速器辐射源，包括电子束和X射线。
a 2
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• 该图给出了电子能量在 0.1~100MeV时，沿0°和 90°方向出射的X射线的 发射率常数δa。
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（二）辐照室的屏蔽设计计算
结构设计，使得人的身体不可能进入加速器和正在进行辐照 的空间。 第 II 类：辐照在屏蔽室内进行，屏蔽室通过入口控制系统保 证人员不能进入正在辐照的辐照室。
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电子束设施（第Ⅰ类）
产品传送带 铅屏蔽
高压发射器
单极电子束源 控制柜
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（二）平面布置
卧式安装的加速器、加工液体的加速器、或者加速器作为一 个大的生产流水线的组成部分，还有一些小功率的加速器， 多采用单层辐照室，其建筑结构简单，价格低廉。
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缺点： - 电子束的穿透能力低，限制了其一定的应用。
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工业辐照电子加速器的组成
1.电子枪:是产生电子束的源头。 2.加速管：是使电子束在此被一系列的直流或脉冲 电场加速。 3.高压系统：是提供高压功率源，是加速器最复杂 、最贵重部件。 4.电子束流引出装置：功能是将电子束流引出加速 器，用于辐照。 5.真空系统:为避免电子与气体分子发生严重散射， 引起束流和能量大量流失，甚至导致加速器不能正 常工作，故加速器正常工作要保持一定真空度。
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工业辐照电子加速器的组成续
6.束下装置：加工的产品必须由一套自动化 的流水作业设备来完成，这套系统通称为束 下装置。 7.冷却系统：主要是使用水或气冷却。 8.绝缘气体介质：主要是将高压发生器置于 充满压缩气体的钢桶内。 9.控制系统 10.联锁系统
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（二）辐照室的屏蔽设计计算
1.加速器X射线的发射率常数 δa。 一般而言，当电子能量低于1MeV时，最大发 射率方向倾向于与电子束入射方向垂直； 随着电子能量的提高，最大发射率方向越偏 向于入射电子束的方向； 2.加速器X射线的剂量计算 加速器X射线在离靶r（m）处产生的吸收剂量 I D 率 r 式中，I表示电子束流强度，mA。 δa表示X射线发射率常数。
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（一）辐照室的屏蔽设计依据
1.了解加速器的最大能量、束流和功率 以及辐射加工对象。 2.束流下的各种材料，一般选用Z值高 为准，如铅，作为韧致靶考虑。 3.辐照室屏蔽墙外表面的剂量限值需要 满足《γ辐照装置设计建造和使用规范 》《γ辐照装置的辐射防护与安全标准 》。
高
3-10 MeV
几kW -几百 kW
脉冲
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电子加速器的屏蔽防护
1.在使用高能电子时，电子本身在物质中有其限定的射程，这 个射程是电子初始能量和吸收物质密度二者的函数。电子与 其轰击物质相互作用结果产生X射线，与X射线相比，电子的 最大射程较小。因此，在计算电子加速器的屏蔽要求时，只 考虑产生的X射线。 2.当电子加速器的能量达到300keV以上，并且用铅或者贫铀 等重元素自屏蔽时，特征X射线也应该考虑其防护。 3.在大多数情况下，韧致辐射在电子加速器的防护中更为重要 。 4.在屏蔽计算中应假定其全部电子被可能受电子束轰击的重元 素所吸收。
目前，工业辐照加速器装置主要有高压型辐照 电子加速器和谐振型辐照电子加速器两种。
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工业电子加速器与γ辐射源区别
优点： 与60Co相比，功率大，一般为几kW到几百kW； 产生的剂量率要比60Co高出3到4个数量级； 方向集中，能量利用率高； 生产效率高，适合大规模的辐照工业加工； 辐射防护比较容易，开机有辐射，关机无； 电子能量低于10MeV，不产生感生放射性。
• 3.X射线的天空反散射计算 天空反散射原理与钴源辐照站类似，单位注量光子 在距源X米远处的有效剂量率按下式估算： 式中，
2.5 102 D0 1.3 Dx x2
Dx表示注量光子在距源X米处的P点的天空反散射的有效剂量率，Sv· h-1； D0表示距源1米处单位注量光子有效剂量率，Sv· h-1； Ω表示源与屋顶之间所张的立体角； x表示评价点P距源的水平距离，m。
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工业辐照电子加速器的 安全与防护
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工业辐照的定义
工业辐照，又称辐射加工，是指利用电 离辐射与物质相互作用产生的物理效应 、化学效应和生物效应，对物质和材料 进行加工处理的一种核技术。 辐射加工通常包括γ辐射加工和电子加速 器辐射加工。
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工业辐照电子加速器的分类 —按加速电场的形式分类
依据《辐射加工用电子加速器通用规范》分为： 1.直流高压型加速器：是利用直流高压电场加速带 电粒子。 此类加速器特点是可以任意加速一种带电粒子且 能量易于平滑调节；缺点是加速器的加速电压直接 受介质击穿的限制，对工业应用加速器，其电压 ≤10MV;对于从事核反应静电加速器一般不超过 30~50MV，故此类加速器的能量不高。 2.（高频）脉冲型加速器：常用的有高频谐振腔型 加速器、电子直线加速器等。
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工业辐照电子加速器概述
加速器装置是产生、加速、引出和应用带电粒 子束的机器。
应用加速器装置种类繁多，但我们在这里仅讲 述工业辐照电子加速器，不包括医用、工业无 损检测及其他应用的加速器，也不包括加速器 其他带电粒子束流的加速器。
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工业辐照电子加速器的分类
—按加速器的屏蔽和出入口控制分类
依据国际原子能机构安全丛书No.107 中，根据电子束辐照装 置的屏蔽和出入口控制，将辐照装置分为两类：
第 I 类：具有一种联动装置的整体屏蔽单元，由于屏蔽体的
（注：产生杂散射线的来源：①反散射电子具有足够高的能 量返回到加速管中；②在对电子加速器进行调试或在真空度 相对较差条件下运行时，加速管中出现产生X射线的暗电流。 ）
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电子加速器的屏蔽室的防护
一.加速器辐照室的结构
除了一些低能加速器采用子屏蔽装置 以外（一般能量小于1MeV），大部分 工业辐照用加速器都需要建设专门用 的辐照室。
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（三）自屏蔽加速器
小功率低能加速器，也可采用自屏蔽设计。 屏蔽壳采用铅或复合材料。自屏蔽加速器的 屏蔽，应该包括束下系统，因为自屏蔽加速 器要求可以安装在普通的车间厂房内，周边 有人员活动，所以自屏蔽的效果是：在不增 加附加防护的情况下，周围人群剂量限值符 合国家标准。 自屏蔽加速器大多用在辐射硫化、邮件杀毒 、液体灭菌等。
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（三）辐照室的屏蔽中某些特殊问 题
• 2.迷宫：迷宫的设计与建筑物的布局有关， 但迷宫口位置应尽可能避开来自靶上的直接 辐射，或应避开辐射发射率峰值的方向，并 且在满足使用的条件下，迷宫的截面应尽可 能小一些，有时为了节省建筑费用或空间， 或为了补偿由于通道造成的屏蔽墙总体减弱 效果的降低，在迷宫口设置附加屏蔽。
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（三）辐照室的屏蔽中某些特殊问 题
• 1.孔道：为了防止辐射泄露，加速器的通风 管道、水管、电缆管道、辐照材料的传输管 道等应取“S”形或“U”形，在地沟的入口 或出口应有一定厚度的屏蔽盖板。 • 为了搬运大型设备，有时需要在屏蔽墙上留 出足够大的孔洞，这些孔洞的位置也要尽可 能避开束流方向或辐射发射率峰值方向。填 塞孔洞时，混凝土块之间的垂直缝隙最好都 用灰浆填充。
（一）双层结构
• 辐照室外墙为屏蔽墙，内部分上下两层，上 层安装加速器主体部分，下层安装束流引出 装置和束下系统。 • 双层结构的优点： —维护和操作方便 —可以按上下层不同的辐射剂量分别设计防 护墙 —辐照室中产生的臭氧、氮氧化物和其他有 害气体，被限制在较小的空间里，便于集中 的排放和监控。
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