3-3-电子加速器

• X射线安全检测
– 利用X射线以及荧光能谱分析等技术，研究建立快速分辨、检测各种汽油，炸 药，液体爆炸物以及毒品等的方法；
– 无损检测广泛应用于大型高压容器，高压锅炉，大型主轴，锻件，航空，航天， 火箭，导弹，核电站压力壳等；
• 工业CT检查
• 在检查复杂的构件方面显示了特有的优势，
• 可广泛应用于导弹火药柱体的密度分布，
确保绘制深度曲线有足够的精度。 • 叠层的横向尺寸不小于3Rp × 3Rp以避
免边缘效应对剂量计的影响。 • 叠层的总厚度不小于1.5 Rp，且应包括
插入的薄膜剂量计的厚度。 • 10MeV的电子在铝块中的射程Rp=2cm，
由此 • 选取铝堆的尺寸为60mm×60mm×30mm，
模体，30片。 • 这里的铝堆应是纯铝
75
70
65
60
55
2005-12-9 pm 4:00
50
45
40 35 30
Rp=2.02 cm Ep=10.5 MeV
25
20
15
10
5
0
-5
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
铝 堆 模体的 深度，mm
3.3.2.3. 电子束流强的检测
a). 电子束的脉冲流强
是致为重要的。关键是在部署之前准确评估由辐射效应引起的退化。EBIS Iotron能够提供评估组件和系统抵抗临界能量 1 到 10 MeV 电子和质子辐照 服务。样品在人工或真空中接受均匀的高度受控的剂量照射。也可以同时测 量电子学参数。 • 此外，我们能够提供专家对与核、空间、和军事作业有关的辐射环境中电元 件和电子学组件的使用提出建议
– 导向：为了束流不要打偏，按预定轨道运动，需要导向； – 扫描：输出的电子束截面呈圆形点状，需用扫描磁铁将其扫描扩展成
为均匀的有一定宽度的电子束才能引出和利用。 – 这些功能要用磁场系统来完成。
第三章，第三节—电子加速器
• 真空系统：钛窗：
– 因电子在真空的加速管中加速， – 但束流要引出到空气中才能辐照产品。 – 用钛窗以隔离大气和真空。钛窗需要不断的冷却，钛窗的破裂是严
气环境中，打到被辐照物上，窗下面是一个包有铅皮的处理箱。 • 电子帘加速器的能量范围为150到300keV， • 最大功率150--200kW，电子束宽度可达2m。
第三章，第三节—电子加速器
电子帘加速器的主要技术指标是
• 电压（例如，300kV）， • 线功率密度（例如，1.8kW/cm） • 窗宽（例如，1.4m）
• 电子学加固和辐射剂量校准
• 电子直线加速器产生的束流打靶产生的γ 射线，可模拟核爆的辐射 • 用以研究电子学器件的辐射加固或 • 剂量仪器的校准。 • 在航空航天技术中，各种关键部件，集成芯片，半导体器件等都会受到高能宇宙射线
的辐照。 • 加速器的电子束，X射线可用以研究电子学器件的耐辐照性能， • 辐射加固或剂量仪器的校准等。
重事故。
• 水冷系统：加速器的线圈，速调管，电源等大功率部件，需要水 冷避免温升太高。
• 控制系统：控制整套加速器安全运行，并有连锁保护功能。
3.3.1．电子加速器的分类：
辐照电子加速器种类繁多，性能用途各异，就按其能量范围，典型 机型以及它们的主要应用，可分为3类：
3.3.1.1． 低能端（0.1 MeV—0.3 MeV）电子帘加速器 3.3.1.2 .中能端（0.3 MeV—5 MeV）地那米加速器 3.3.1.3. 高能端（3Mev—10Mev）电子直线加速器电子帘加速器
性能与特点：
电子直线加速器的最高电子能量已 超过几万MeV，
工业辐照电子直线加速器的最高能 量定为10MeV。
束流强度取决于注入器的入射强度 和高频电源的荷载能力。
脉冲电流可达几百mA， 平均流强为1mA至十几mA， 束流功率为1kW到十几kW。
第三章，第三节—电子加速器
第三章，第三节—电子加速器
第三章，第三节—电子加速器
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3.3.1.3. 高能端（3Mev—10Mev）电子直线加速器
• 电子直线加速器是指用微波电磁场加速电子的直线型加速器。 • 电子成束团状，脉冲输出
• 根据微波的类型可分为
– 行波 – 驻波型
• 其电子能量一般都较高（>5 MeV）， • 输出功率在几kW到几十kW，
高能所10MeV/15kW加速器的主要性能列于下表
束流能量E（MeV）
10
平均束流功率P（kW）
15
束流脉冲宽度dp（s） 束流脉冲重复频率F1（可调）（Hz） 电子束扫描最大宽度W（m）
14 10-500
1
扫描频率（可调）F2（Hz） 5cm100cm照射野内剂量均匀性
5,10,15 ±5%
剂量稳定性
– 为反控斗争的需要。2001年美国邮政部购买了8台电子束加速器，用 于对通向重要政府机关的文件进行消毒，以确保安全。
– 中南海
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中能端（0.3 MeV—5 MeV）地那米加速器
• 高频高压加速器（地那米） • 在世界上应用最广，性能也比较稳定。
• 技术上的主要特点是 • 以负载性能良好的并激耦合倍压线路作为高频高压发生器，产生
第三章，第三节—电子加速器
电子帘加速器
• 是一种高压型加速器 • 主体是一个带铅屏蔽的不锈钢圆柱型筒（真空室）， • 中间有一根长灯丝（即电子枪阴极）， • 灯丝外是束流控制部件，它们都处于负高压。 • 电子被高压加速，形成电子帘。 • 圆筒下侧有一个长条形窗口，上面蒙有钛膜，电子束（帘）通过它进入大
• 以及机器的总功率（例如，250kW），
• 其中80%的能量产生加工效果， • 整个机器从电网上支取的能效约50%， • 其中约有60%以上的束流可以穿过钛窗（25μ）打到被辐照的产品
上， • 这种效率是普通工艺所无法比拟的。
第三章，第三节—电子加速器
电子帘加速器的主要用途:
• 谷物等农产品的辐射灭菌， • 表面涂层辐射固化，特别是用于工程塑料， • 板材和玻璃等建筑装饰材料及 • 录音磁带等高端产品涂层固化， • 海水淡化膜， • 锂离子电池微孔复合隔膜等其他功能膜的制备， • 废气处理， • 橡胶硫化等。 • 当前反恐形势严峻，电子帘还可用于邮件或包裹表面的消毒灭菌。
第三章，第三节—电子加速器
第三章，第三节—电子加速器
b). 平均流强Ī的检测。
从客户的使用来讲，更关心的是束流平均流强Ī，它与吸收剂量成正 比。
根据行业标准的规定：采用在束流输出窗外的参考面上，用覆盖住 输出窗宽度与束流扫描角引长线相交所形成面积的铝收集靶上，
用精密直流电流表，直接测量收集靶对地的电流，此即为平均束流 强度Ī。
• 当电子能量为MeV，射程单位为cm时，有：
• Ep =0.20+5.09 Rp （5.0MeV≤Ep≤25MeV）
• 因此，只要测定电子束在铝块中的吸收剂量 分布曲线，找出Rp，就可得到电子能量Ep。
b) 模体
• 深度剂量分布曲线用吸收模体测定， 选用叠层法（图3）。
• 铝片与薄膜剂量计交替构成参考叠层。 • 薄片的标称厚度应是Rp/12或更薄，以
第三章 第三节 电子加速器
.3.3.1.电子加速器的工作原理：
3.3.1.1． 低能端（0.1 MeV—0.3 MeV）电子帘加速器 3.3.1.2 .中能端（0.3 MeV—5 MeV）地那米加速器 3.3.1.3. 高能端（3Mev—10Mev）电子直线加速器
3.3.2．电子辐照加速器的主要性能及其检测
• 在束流测量时，束流通过磁环的是一个 单圈的初级绕组，即N初 = 1 。
• 在实测前用标准信号对BCT进行了校准 和标定，以保证次极输出的监测电压与
初极电子束流的强度，准确对应。
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10MeV/15kW加速器上，BCT测 量到的脉冲电子束流的波形。
BCT幅值的变化，反映了束流的 稳定性。我们在1h内测得它 的变化≤2%。
3.3.2.1. 10MeV电子直线加速器的组成及主要性能 3.3.2.2. 电子能量的测定 3.3.2.3. 电子束流强的检测 3.3.2.4. 扫描均匀性 3.3.2.5. 扫描宽度 3.3.2.6. 电子束斑形状的分析
第三章，第三节—电子加速器
电子加速器由以下一些部件组成：
• 加速器主体（加速管，束流扫描器等）：电子束在此被一系列的 电极或微波电场加速；
• 高频功率通过耦合电容分别 输送到各个整流器上，经过 整流后就有直流电流流过，
• 由于各个整流器是串联起来 的，这样就能产生很大的电 压降，从而获得高压。
• 因此产生高频电压的高频振 荡器就是此种加速器的最主 要部件之一。
第三章，第三节—电子加速器
实际应用:
电线电缆的聚乙烯绝缘材料 聚乙烯发泡塑料的辐射交联， 橡胶硫化， 高强度耐温聚乙烯热塑管等。
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3) 剂量片
• 对大剂量测量，辐射显色燃料薄膜 （50μ mm）剂量计是最合适的剂量测 量方法。
• 选用美国FarWest公司的变色膜，它对 入射能量基本上不灵敏，相对精度可 控制在±5%。
• 变色后的透光率，用Vis/UV分光光度 计读出，通过标准剂量计刻度曲线， 转换成吸收剂量。
• 在辐射加工安全许可范围内，高能（>5 MeV）电子对被照射物 具有最深的有效穿透，
• 因而得到广泛利用于：。
• 电子直线加速器的主要应用
• 医疗器械的灭菌消毒 • 食品的辐射保鲜，储存工艺的研究
– 由于杀茵效果好，辐照食品特别适用于航天员、长期远航的舰艇海员，边防军 人，野外基地人员，以及特护病人；
微波加速原理
圆筒电极间的距离