高频高压电子加速器技术改造及辐射防护评价_张玉宝

表 1 改进前后扫描不均匀度对照 Tab． 1 Control of scanning unevenness before and after improvement
改进 状态
探测点位置 / μA（ 扫描电流 1． 7A）
扫描不均
1 2 3 4 5 6 7 8 9 匀度 /（ % ）
改进前 17． 4 16． 2 17． 4 19 21． 4 20 17． 4 22 20． 4 11． 6
改进后 20． 4 19 20 20． 4 19． 9 20． 9 18． 4 18． 4 18 7． 4
地面不必考虑防护问题。90° 方向发射率为 80 rads． m2 ． mA － 1 ． min － 1 ，修正因子取 0． 5，所以 90° 方向剂量率 P0 为 24Gy / h［3 － 4］是考虑防护问题的主要影响因素，反向剂量率 P'0 大约为正向剂量率的 1 /8，取为 3Gy / h。由于产生的 X 射线的 能 量 谱 为 连 续 谱，根 据 有 关 文 献 其 等 效 能 量 为 0． 5MeV［5］。
Abstract： The article described the basic composition and structure and introduced the technological innovation of the accelerator． Accelerator Laboratory protective ability was checked，and the actual shielding effect was verified，and also the security measures were strengthened to ensure the accelerator to safely and steadily operate．
3． 2． 2 加速器大厅
1） 楼板的防护能力（ 如图 3 所示） 把靶处产生的 X 射线在射向天棚方向，距靶 1m 处反 向剂量率为 3Gy / h，无楼板时 F 点剂量率为： P'F = P'0 / rF 2 = 3Gy / h × 1 /92 = 0． 037Gy / h 式中 P'F 为无楼板时 F 点剂量率，P'0 为距靶 1m 处反 向剂量率，rF 为靶到 F 点距离，有混凝土楼板时 F 点剂量率 （ 不考虑角度的因素） 。 PF = P'0 / （ rF 2 ·K3 ） = 3Gy / h / （ 92 × 1． 2 × 104 ）
3． 2 防护能力校核
3． 2． 1 辐照大源自文库（ 如图 2 所示）
1） 防护墙 PA = P0 / rA 2 = 24 / （ 3． 75） 2 = 1． 71Gy / h （ 注释： 由于对于电子辐照的辐射权重因子为 1，所以 发射剂量率 1Gy / h 可直接转化为当量剂量率 1Sv / h，以下 的计算不再重复说明。） 式中 PA 为 A 点剂量率，P0 为距靶 1m 处 90° 方向剂量 率，rA 为 A 点距靶距离 PA 当 = 1． 71Sv / h K1 = PA 当 / P导 = 1． 71Sv /14μSv / h = 1． 22 × 105 式中 K1 为减弱倍数，PA 当 为 A 点当量剂量率，P导 为导 出当量限值，按 X 射线有效能量 0． 5MeV 查万能表［6］： d = 83． 7cm 即防护墙混凝土厚度应为 83． 7cm，现有混凝土厚度 100cm，所以防护墙厚度可以保证安全。
1 加速器基本组成及结构
加速器的主体结构如图 l 所示，主要有高压系统、束流 系统、真空系统、电子束输运系统、冷却系统、排风系统、控 制系统及安全防护设施等组成。具体器件如图 1 所示： 1． 加速器钢桶； 2． 电子枪供电调压器； 3． 分压电阻； 4． 射频电 极； 5． 加速管； 6． 高频空心变压器； 7． 高频机； 8． 自整角机；
第 4 卷第 2 期 2013 年 2 月
黑龙江科学 HEILONGJIANG SCIENCE
Vol. 4 No. 2 Feb． 2013
高频高压电子加速器技术改造及辐射防护评价
张玉宝，斯琴图雅，梁宏斌，王 强，田汝超
（ 黑龙江省科学院技术物理研究所，哈尔滨 150086）
摘要：文章叙述了加速器的基本组成及结构并介绍了加速器技术改造的情况。对加速器实验室防护能力进行校核， 并对实际屏蔽效果进行验证，同时也强化了安全措施，保证加速器安全平稳运行。
图 3 加速器大厅结构图 Fig． 3 Accelerator hall structure
由计算可知，F 点的当量剂量率为 3． 1μSv / h，因此楼 板的存在使天棚处剂量率减弱到导出当量限值以下，考虑 从楼板孔中射出的 X 射线经天棚反射后对防护的要求，因 此洞孔应加强 屏 蔽，以 尽 量 减 少 射 线 的 泄 漏，并 在 安 装 后 实测之。
2． 3 真空系统技术改造
更换分子泵和机械泵等附属设备，并将原橡胶连接管 更换为不锈钢 波 纹 管，在 高 低 真 空 之 间 增 加 隔 离 板 阀，更 换放气针阀，增 加 热 偶 规 测 试 口，增 强 了 真 空 系 统 的 气 密 性和可靠性。
2． 4 束流系统技术改造
重新设计制作扫描仪，并按照中国核工业总公司辐射 加工用电子加速器通用规范［1］进行调试，具体改造效果如 下表 1 所示，改进后的不均匀度达到行业标准。
= 3． 1 × 10 － 6 Gy / h PF 当 = 3． 1μSv / h 式中 PF 为有楼板时 F 点剂量率，PF 当 为有楼板时 F 点 的当量剂量率，P'0 为距靶 1m 处的反向剂量率，rF 为靶到 F 点距离，K3 为 70cm 混凝土减弱倍数，70cm 混凝土减弱倍 数为 1． 2 × 104 。
Key words： High － frequency high － voltage ，electron accelerator，technological innovation，Radiation Protection Evaluation
黑龙江省科学院技术物理研究所原有一台 JJ － 1． 5 型 静电加速器，是 基 于 绝 缘 传 输 带 传 送 电 荷 的，又 被 称 为 凡 德格拉夫静电加速器，其最高电子能量为 1． 5 MeV，最大束 流强度为 100μA。为了适应日益增长的科研和辐照加工 要求，将 JJ － 1． 5 型静电加速器换代成电子束流 强 度 为 1mA 的 DD － 1． 5 型高频高压电子加速器。这台高频高压 电子加速器是 1999 年从天津市技术物理研究所买入的，在 此之前，该加速器已经在天津市技术物理研究所运行了 9 年。由于其控制设备及一些辅助设备等可靠性较差，经常 会出现各种各 样 的 毛 病，常 常 因 故 障 而 修 理，运 行 人 员 因 此被培养成了维修技师。所以有必要对该设备进行必要 的技术改造以适应不断扩张的辐照加工要求。笔者将就 这台高频高压电子加速器的基本组成，技术改造情况及改 造效果和改造后加速器的放射防护评价及其防护效果等 分别进行阐述。
关键词：高频高压； 电子加速器； 技术改造； 辐射防护评价
中图分类号： TL51 文献标志码： B 文章编号： 1674 － 8646（ 2013） 02 － 0059 － 04
High － frequency High － voltage Electron Accelerator Technological Innovation and Radiation Protection Evaluation
3． 1 加速器实验室防护设计原则是：
3． 1． 1 按国家 GB18871 － 2002 “电离辐射防护与辐射源 安全基本标准”［2］，按每年工作 50 周，每周工作 6d，每天工 作 6h，安全系数为 2 计算，工作人员导出当量限值 P导 为 14μSv / h。 3． 1． 2 按 1． 5MeV，1． 0mA 电子束打到铜靶上产生 X 射线 点源计算，正向发射率为 100rads． m2 ． mA － 1 ． min － 1 ，修正因 子取 0． 7，所以距靶 1m 处的剂量率为 42Gy / h，由于正向为
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图 2 辐照大厅结构图 Fig． 2 Irradiation hall structure
2） 迷宫出口处剂量率计算 经二道铅门减弱，再经 一 次 散 射 至 迷 宫 出 口 处 剂 量 率为： Pc = P0 × 1 / rB 2 × 1 / K2 × 1 / η1 × 1 / rC 2
= 24Gy / h × 1 /62 × 1 /76 × 1 /10 × 1 /62 = 24． 37 × 10 － 6 Gy / min PC 当 = 23． 37μSv / h 式中 Pc 为 C 点剂量率，Pc 当 为 C 点当量剂量率，P0 为距 靶 1m 处 90° 方向剂量率，K2 为二道铅门减弱倍数，η1 为一
ZHANG Yu － bao，SIQIN Tu － ya，LIANG Hong － bin，WANG Qiang，TIAN Ru － chao
（ Technical Physics Institute of Heilongjiang Academy of Sciences，Harbin 150086，China）
加速器的技术改造，改善和提高加速器工作的稳定性 及 可 靠 性，保 障 了 现 有 加 速 器 能 够 继 续 稳 定 运 行 更 长 的 时间。
3 加速器实验室防护能力校核
由于更改了加速器的 部 件，提 高 了 加 速 器 的 使 用 性 能，因此有必要对加速器的防护能力做一下重新校核。高 频高压电子加速器主要产生电子束以供辐射加工使用，由 于电子束与物质相互作用还可产生 X 射线，因此必须得到 有效的防护屏蔽，以免对工作人员产生伤害。
2 加速器技术改造
2． 1 控制系统技术改造
对原有控制台进行了重新设计制作，物理所负责原理 设计，由哈尔滨理工大学电站控制设备研发中心负责具体 制作安装，使用至今未出现故障。
2． 2 高压系统技术改造
将原有 10kW 的高频机更换为 15kW 的高频机，由于 该设备不是加速器专用设备，需要必要的改进： 撤掉了输 出线圈，安装改造内外控制线路，拆下旧高频机阳极、栅极 绝缘子，安装在新机器上，调节水压继电器域值，完成新旧 高频发生器的更换，增加了高频电源的可靠性和容量。
图 1 加速器结构图 Fig． 1 The accelerator structure
收稿日期：2012 － 11 － 22 基金项目：黑龙江省科学院创新平台建设项目 作者简介：张玉宝（ 1976 － ） ，男，黑龙江安达人，在读硕士研究生，副研究员，主要从事辐射技术与辐射工艺研究工作。
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责任编辑： 刘夏 mumian214@ 163． com
次散射射线强度减弱倍数，rB 为靶到 B 点距离，rC 为 B 点到 C 点距离。
由计算结果可知，迷宫出口处当量剂量为 24． 37μSv / h，超出导出当量限值大约 1 倍，对于照射原子序数与铜相 近的物质，应加 一 道 防 护 门，但 对 于 照 射 原 子 序 数 较 小 的 物质则可不必加一道防护门，为此应检测迷宫出口处的实 际情况，如需要 可 再 加 一 道 防 护 门，如 实 测 剂 量 在 导 出 当 量限值以下，则 不 加 此 防 护 门，本 所 加 速 器 在 出 口 处 加 了 一道防盗门以确保安全。
9． 聚焦线圈； 10． 聚焦电源； 11． 扫描线圈； 12． 扫描电源； 13． 扫描盒； 14． 分子泵； 15． 上整流发电机拖动电机； 16． 旋片机 械泵； 17． 多节聚砜连杆； 18． 有机玻璃杆； 19． 整流倍加器 （ 俗称整流盒共计 68 组每组有 256 个硅二极管和分压电容 组成） ； 20． 发电机； 21． 高压电极； 22． 电子枪。此外还有高 频机振荡管冷却装置及分子泵冷却装置未在图中示出。