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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,*,第三章 第三節(jié) 電子加速器,.3.3.1.電子加速器的工作原理：,3.3.1.1 低能端（0.1,MeV,0.3,MeV,）,電子簾加速器,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（3,Mev,10Mev）,電子直線加速器,3.3.2電子輻照加速器的主要性能,及其檢測(cè),3.3.2.1.10,MeV,電子直線加速器的組成及主要性能,3.3.2.2.電子能量的測(cè)定,3.3.2.3.電子束流強(qiáng)的檢測(cè),3.3.2.4.掃描均勻性,3.3.2.5.掃描寬度,

2、3.3.2.6.,電子束斑形狀的分析,第三章，第三節(jié)電子加速器,電子加速器由以下一些部件組成：,加速器主體,（加速管，束流掃描器等）：電子束在此被一系列的電極或微波電場(chǎng)加速；,高壓功率源,：,對(duì)低中能加速器，通常是直流高壓，加速的是連續(xù)的電子束。,對(duì)高能加速器，也可能是高頻高壓微波功率源，此時(shí)，加速的是脈沖電子束；,電子槍,：是電子束的源頭，由燈絲和陽(yáng)極組成，燈絲用來(lái)發(fā)射電子，陽(yáng)極用來(lái)引出電子，使其進(jìn)入加速管被加速。,磁場(chǎng)系統(tǒng),：,聚焦,：加速管中受加速的電子，由于受同性電荷相互排斥的影響會(huì)散開(kāi)，要有聚焦線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)將它們聚焦；,導(dǎo)向,：為了束流不要打偏，按預(yù)定軌道運(yùn)動(dòng)，需要導(dǎo)向；,掃描：,

3、輸出的電子束截面呈圓形點(diǎn)狀，需用掃描磁鐵將其掃描擴(kuò)展成為均勻的有一定寬度的電子束才能引出和利用。,這些功能要用,磁場(chǎng)系統(tǒng)來(lái)完成,。,第三章，第三節(jié)電子加速器,真空系統(tǒng)：鈦窗,：,因電子在真空的加速管中加速，,但束流要引出到空氣中才能輻照產(chǎn)品。,用鈦窗以隔離大氣和真空。鈦窗需要不斷的冷卻，鈦窗的破裂是嚴(yán)重事故。,水冷系統(tǒng),：,加速器的線圈，速調(diào)管，電源等大功率部件，需要水冷避免溫升太高。,控制系統(tǒng),：,控制整套加速器安全運(yùn)行，并有連鎖保護(hù)功能。,3.3.1電子加速器的分類：,輻照電子加速器種類繁多，性能用途各異，就按其能量范圍，典型機(jī)型以及它們的主要應(yīng)用，可分為3類：,3.3.1.1 低能端（0

4、.1,MeV,0.3,MeV,）,電子簾加速器,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（3,Mev,10Mev）,電子直線加速器,電子簾加速器,第三章，第三節(jié)電子加速器,電子簾加速器,是一種高壓型加速器,主體是一個(gè)帶鉛屏蔽的不銹鋼圓柱型筒（真空室），,中間有一根長(zhǎng)燈絲（即電子槍陰極），,燈絲外是束流控制部件，它們都處于負(fù)高壓。,電子被高壓加速，形成電子簾。,圓筒下側(cè)有一個(gè)長(zhǎng)條形窗口，上面蒙有鈦膜，電子束（簾）通過(guò)它進(jìn)入大氣環(huán)境中，打到被輻照物上，窗下面是一個(gè)包有鉛皮的處理箱。,電子簾加速器的,能量范圍為150到300,keV,，,最大,功率

5、,150-200,kW,，,電子束,寬度可達(dá),2,m,。,第三章，第三節(jié)電子加速器,電子簾加速器的主要技術(shù)指標(biāo)是,電壓（例如，300,kV），,線功率密度（例如，1.8,kW/cm）,窗寬（例如，1.,4,m）,以及機(jī)器的總功率（例如，250,kW）,，,其中80%的能量產(chǎn)生加工效果，,整個(gè)機(jī)器從電網(wǎng)上支取的能效約50%，,其中約有60%以上的束流可以穿過(guò)鈦窗（25,）,打到被輻照的產(chǎn)品上，,這種效率是普通工藝所無(wú)法比擬的。,第三章，第三節(jié)電子加速器,電子簾加速器的主要用途,:,谷物等農(nóng)產(chǎn)品的輻射滅菌，,表面涂層輻射固化,，特別是用于工程塑料，,板材和玻璃等建筑裝飾材料及,錄音磁帶等高端產(chǎn)品涂

6、層固化,，,海水淡化膜,，,鋰離子電池微孔復(fù)合隔膜等其他,功能膜的制備,，,廢氣處理，,橡膠硫化,等。,當(dāng)前反恐形勢(shì)嚴(yán)峻，電子簾還可用于,郵件或包裹表面的消毒滅菌,。,為反控斗爭(zhēng)的需要。2001年美國(guó)郵政部購(gòu)買了8臺(tái)電子束加速器，用于對(duì)通向重要政府機(jī)關(guān)的文件進(jìn)行消毒，以確保安全。,中南海,第三章，第三節(jié)電子加速器,中能端（0.3,MeV,5,MeV,）,地那米加速器,高頻高壓加速器（地那米）,在世界上應(yīng)用最廣，性能也比較穩(wěn)定。,技術(shù)上的主要特點(diǎn)是,以負(fù)載性能良好的并激耦合倍壓線路作為高頻高壓發(fā)生器，產(chǎn)生直流高壓。,其束流能量一般在,2-5,MeV,，,功率為,幾十到上百,kW,。,第三章，第三

7、節(jié)電子加速器,加速器的升壓原理,高頻振蕩器5起振后，,在空心變壓器4上得到高頻電壓,頻率為120,kHz,左右，電壓約150,kV，,弧型高頻電極3、8與空心變壓器相連，,高頻耦合環(huán)2、7與高頻電極構(gòu)成耦合電容，同時(shí)還起到分壓環(huán)的作用。,高頻功率通過(guò)耦合電容分別輸送到各個(gè)整流器上，經(jīng)過(guò)整流后就有直流電流流過(guò)，,由于各個(gè)整流器是串聯(lián)起來(lái)的，這樣就能產(chǎn)生很大的電壓降，從而獲得高壓。,因此產(chǎn)生高頻電壓的高頻振蕩器就是此種加速器的最主要部件之一。,第三章，第三節(jié)電子加速器,實(shí)際應(yīng)用:,電線電纜的聚乙烯絕緣材料,聚乙烯發(fā)泡塑料的輻射交聯(lián)，,橡膠硫化，,高強(qiáng)度耐溫聚乙烯熱塑管等。,第三章，第三節(jié)電子加速器

8、,3.3.1.3.高能端（3,Mev,10Mev）,電子直線加速器,電子直線加速器是指用,微波電磁場(chǎng)加速電子,的直線型加速器。,電子成束團(tuán)狀，,脈沖輸出,根據(jù)微波的類型可分為,行波,駐波型,其電子能量一般都較高（5,MeV,），,輸出功率在幾,kW,到幾十,kW，,在輻射加工安全許可范圍內(nèi)，高能（5,MeV,）,電子對(duì)被照射物具有最深的有效穿透，,因而得到廣泛利用于：。,電子直線加速器的主要應(yīng)用,醫(yī)療器械的滅菌消毒,食品的輻射保鮮，儲(chǔ)存工藝的研究,由于殺茵效果好，輻照食品特別適用于航天員、,長(zhǎng)期遠(yuǎn)航的,艦艇海員，邊防軍人，野外基地人員，以及特護(hù)病人；,X,射線安全檢測(cè),利用,X,射線以及熒光能

9、譜分析等技術(shù)，研究建立快速分辨、檢測(cè)各種汽油，炸藥，液體爆炸物以及毒品等的方法；,無(wú)損檢測(cè)廣泛應(yīng)用于大型高壓容器，高壓鍋爐，大型主軸，鍛件，航空，航天，火箭，導(dǎo)彈，核電站壓力殼等；,工業(yè),CT,檢查,在檢查復(fù)雜的構(gòu)件方面顯示了特有的優(yōu)勢(shì)，,可廣泛,應(yīng)用于,導(dǎo)彈火藥柱體的密度分布，,大型,燃?xì)廨啓C(jī)空心葉片尺寸及缺陷,，,反應(yīng)堆燃料元件缺陷等方面的,檢測(cè),。,為檢查導(dǎo)彈內(nèi)部，特別是使用固體燃料時(shí)燃料位置的縫隙，已經(jīng)研制成裝在汽車上的,電子直線加速器，可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)。,海關(guān)，口岸的輻射檢疫,空間環(huán)境測(cè)試,電子學(xué)組件或材料在空間不友好輻射環(huán)境中辛存的能力對(duì)于人造衛(wèi)星的應(yīng)用是致為重要的。關(guān)鍵是在部署

10、之前準(zhǔn)確評(píng)估由輻射效應(yīng)引起的退化。,EBIS,Iotron,能夠提供評(píng)估組件和系統(tǒng)抵抗臨界能量 1 到 10,MeV,電子和質(zhì)子輻照服務(wù)。樣品在人工或真空中接受均勻的高度受控的劑量照射。也可以同時(shí)測(cè)量電子學(xué)參數(shù)。,此外，我們能夠提供專家對(duì)與核、空間、和軍事作業(yè)有關(guān)的輻射環(huán)境中電元件和電子學(xué)組件的使用提出建議,電子學(xué)加固和輻射劑量校準(zhǔn),電子直線加速器產(chǎn)生的束流打靶產(chǎn)生的,射線，可模擬核爆的輻射,用以研究電子學(xué)器件的輻射加固或,劑量?jī)x器的校準(zhǔn)。,在航空航天技術(shù)中，各種關(guān)鍵部件，集成芯片，半導(dǎo)體器件等都會(huì)受到高能宇宙射線的輻照。,加速器的電子束，,X,射線可用以研究電子學(xué)器件的耐輻照性能，,輻射加固

11、或劑量?jī)x器的校準(zhǔn)等。,第三章，第三節(jié)電子加速器,微波加速原理,圓筒電極間的距離,D=v/2fa,V,電子速度,Fa,頻率，,D=5cm,V=3E10cm/s,Fa,=3000 MHz,電子就能連續(xù)加速,微波系統(tǒng)的主要部件有,速調(diào)管,調(diào)制器,激勵(lì)源，,等,第三章，第三節(jié)電子加速器,1-電子槍，2-輸入導(dǎo)向線圈，3-漂移管，4-聚焦線圈，5-加速管，,6-輸出導(dǎo)向線圈，7-掃描盒，8離子真空泵，9-吸收負(fù)載，,10-,波導(dǎo)窗，11-微波功率源，,第三章，第三節(jié)電子加速器,性能與特點(diǎn)：,電子直線加速器的最高電子能量已超過(guò)幾萬(wàn),MeV,，,工業(yè)輻照電子直線加速器的最高能量定為10,MeV,。,束流強(qiáng)度

12、取決于注入器的入射強(qiáng)度和高頻電源的荷載能力。,脈沖電流可達(dá)幾百,mA,，,平均流強(qiáng)為1,mA,至十幾,mA,，,束流功率為1,kW,到十幾,kW。,第三章，第三節(jié)電子加速器,高能所10,MeV,/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,束流脈沖寬度,d,p,（,s）,14,束流脈沖重復(fù)頻率,F,1,（,可調(diào)）（,Hz,）,10-500,電子束掃描最大寬度,W,（,m,）,1,掃描頻率（可調(diào)）,F,2,（,Hz,）,5,10,15,5,cm,100cm,照射野內(nèi)劑量均勻性,5%,劑量穩(wěn)定性,5%,第三章，第三節(jié)電子加速器,3.3.2電

13、子輻照加速器的主要性能及其檢測(cè),3.3.2.2.電子能量的測(cè)定,a),通過(guò),深度劑量分布曲線確定電子束能量,從加速器輸出的電子能量并不是完全單能的，而是有一定的能量分布，,ICRU 35,號(hào)報(bào)告給出，,電子束在鋁中的最可幾能量,E,p,和實(shí)際射程,R,p,之間，有一個(gè)簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式：,當(dāng)電子能量為,MeV,，,射程單位為,cm,時(shí)，有：,E,p,=0.20+5.09,R,p,（,5.0MeV,E,p,25MeV,）,因此，只要測(cè)定電子束在鋁塊中的吸收劑量分布曲線，找出,R,p,，,就可得到電子能量,E,p,。,第三章，第三節(jié)電子加速器,b),模體,深度劑量分布曲線用吸收模體測(cè)定，,選用疊層法,

14、（圖,3,）。,鋁片與薄膜劑量計(jì)交替構(gòu)成參考疊層。,薄片的標(biāo)稱厚度應(yīng)是,R,p,/12,或更薄，以確保繪制深度曲線有足夠的精度。,疊層的橫向尺寸不小于,3,R,p,3R,p,以避免邊緣效應(yīng)對(duì)劑量計(jì)的影響。,疊層的總厚度不小于,1.5,R,p,，,且應(yīng)包括插入的薄膜劑量計(jì)的厚度。,10,MeV,的電子在鋁塊中的射程,R,p,=2cm,，,由此,選取鋁堆的尺寸為,60,mm60mm30mm，,模體，30片,。,這里的鋁堆應(yīng)是純鋁,第三章，第三節(jié)電子加速器,3)劑量片,對(duì)大劑量測(cè)量，輻射顯色燃料薄膜（50,m,m）,劑量計(jì)是最合適的劑量測(cè)量方法。,選用美國(guó),FarWest,公司的變色膜，它對(duì)入射能量

15、基本上不靈敏，相對(duì)精度可控制在5%。,變色后的透光率，用,Vis,/UV,分光光度計(jì)讀出，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)劑量計(jì)刻度曲線，轉(zhuǎn)換成吸收劑量。,4).測(cè)量結(jié)果,把模體放在移動(dòng)掃描平臺(tái)裝置的中心，模體遠(yuǎn)離容器邊緣。,傳輸裝置以恒定速度通過(guò)輻射區(qū)。,圖,4,示出,10,MeV,/15kW,加速器測(cè)量到的吸收曲線。,由此給出的實(shí)際射程,R,p,為,2.02,cm,，,對(duì)應(yīng)的電子束最可幾能量,E,p,為,10.5,MeV,。,第三章，第三節(jié)電子加速器,3.3.2.3.電子束流強(qiáng)的檢測(cè),a).,電子束的脈沖流強(qiáng),電子束的脈沖流強(qiáng),及其穩(wěn)定性是采用,BCT,來(lái)監(jiān)測(cè)的。,原理是：電子束的脈沖流強(qiáng)，穿過(guò)閉合磁環(huán)時(shí)，在另一

16、端的線圈上，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，它與脈沖流強(qiáng)成正比（圖,5,）。,U,輸出,=,(N,初,/,N,次,),R,L,為電子束的脈沖流強(qiáng),N,初,為,磁環(huán)的初級(jí)繞組,N,次,為,磁環(huán)的次級(jí)繞組,R,L,為次極電流的負(fù)載電阻。,在束流測(cè)量時(shí)，束流通過(guò)磁環(huán)的是一個(gè)單圈的初級(jí)繞組，即,N,初,=1。,在,實(shí)測(cè)前用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)對(duì),BCT,進(jìn)行了校準(zhǔn)和標(biāo)定，,以保證次極輸出的監(jiān)測(cè)電壓與初極電子束流的強(qiáng)度，準(zhǔn)確對(duì)應(yīng),。,第三章，第三節(jié)電子加速器,10,MeV,/15kW,加速器上，,BCT,測(cè)量到的脈沖電子束流的波形,。,BCT,幅值的變化，反映了束流的穩(wěn)定性。我們?cè)?1,h,內(nèi)測(cè)得它的變化,2%,。,第三章，第三節(jié)電子加速器,b).,平均流強(qiáng),的檢測(cè)。,從客戶的使用來(lái)講，更關(guān)心的是束流平均流強(qiáng),，,它與吸收劑量成正比。,根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：采用在束流輸出窗外的參考面上，用覆蓋住輸出窗寬度與束流掃描角引長(zhǎng)線相交所形成面積的鋁收集靶上，,用精密直流電流表，直接測(cè)量收集靶對(duì)地的電流，此即為平均束流強(qiáng)度,。,對(duì)本工作中的加速器，,測(cè)量到的平均束流強(qiáng)度,=1.6mA,。,它比用脈沖流強(qiáng)換算的結(jié)果約低5%左右。,這是因