1、1/,工業(yè)輻照電子加速器的 安全與防護(hù),2/,工業(yè)輻照的定義,工業(yè)輻照，又稱輻射加工，是指利用電離輻射與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)，對物質(zhì)和材料進(jìn)行加工處理的一種核技術(shù)。 輻射加工通常包括輻射加工和電子加速器輻射加工。,3/,工業(yè)輻照所用的輻射源,輻射源是指可以通過發(fā)射電離輻射或釋放放射性物質(zhì)而引起輻射的一切物質(zhì)或?qū)嶓w。常見的輻射源有：放射性核素，加速器輻射源，核反應(yīng)堆等。工業(yè)輻照的輻射源可以分為兩大類： （1）輻射源，包括鈷60和銫137等。 （2）加速器輻射源，包括電子束和X射線。,4/,工業(yè)輻照電子加速器概述,加速器裝置是產(chǎn)生、加速、引出和應(yīng)用帶電粒子束的機(jī)器。 應(yīng)用

2、加速器裝置種類繁多，但我們在這里僅講述工業(yè)輻照電子加速器，不包括醫(yī)用、工業(yè)無損檢測及其他應(yīng)用的加速器，也不包括加速器其他帶電粒子束流的加速器。 目前，工業(yè)輻照加速器裝置主要有高壓型輻照電子加速器和諧振型輻照電子加速器兩種。,5/,工業(yè)電子加速器與輻射源區(qū)別,優(yōu)點： 與60Co相比，功率大，一般為幾kW到幾百kW； 產(chǎn)生的劑量率要比60Co高出3到4個數(shù)量級； 方向集中，能量利用率高； 生產(chǎn)效率高，適合大規(guī)模的輻照工業(yè)加工； 輻射防護(hù)比較容易，開機(jī)有輻射，關(guān)機(jī)無； 電子能量低于10MeV，不產(chǎn)生感生放射性。 缺點： - 電子束的穿透能力低，限制了其一定的應(yīng)用。,6/,工業(yè)輻照電子加速器的組成,1

3、.電子槍:是產(chǎn)生電子束的源頭。 2.加速管：是使電子束在此被一系列的直流或脈沖電場加速。 3.高壓系統(tǒng)：是提供高壓功率源，是加速器最復(fù)雜、最貴重部件。 4.電子束流引出裝置：功能是將電子束流引出加速器，用于輻照。 5.真空系統(tǒng):為避免電子與氣體分子發(fā)生嚴(yán)重散射，引起束流和能量大量流失，甚至導(dǎo)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。,7/,工業(yè)輻照電子加速器的組成續(xù),6.束下裝置：加工的產(chǎn)品必須由一套自動化的流水作業(yè)設(shè)備來完成，這套系統(tǒng)通稱為束下裝置。 7.冷卻系統(tǒng)：主要是使用水或氣冷卻。 8.絕緣氣體介質(zhì)：主要是將高壓發(fā)生器置于充滿壓縮氣體的鋼桶內(nèi)。 9.控制系統(tǒng) 10.聯(lián)鎖系

4、統(tǒng),8/,工業(yè)輻照電子加速器的分類 按加速電場的形式分類,依據(jù)輻射加工用電子加速器通用規(guī)范分為： 1.直流高壓型加速器：是利用直流高壓電場加速帶電粒子。 此類加速器特點是可以任意加速一種帶電粒子且能量易于平滑調(diào)節(jié)；缺點是加速器的加速電壓直接受介質(zhì)擊穿的限制，對工業(yè)應(yīng)用加速器，其電壓10MV;對于從事核反應(yīng)靜電加速器一般不超過3050MV，故此類加速器的能量不高。 2.（高頻）脈沖型加速器：常用的有高頻諧振腔型加速器、電子直線加速器等。,9/,工業(yè)輻照電子加速器的分類 按加速器的屏蔽和出入口控制分類,依據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)安全叢書No.107 中，根據(jù)電子束輻照裝置的屏蔽和出入口控制，將輻照裝置分為

5、兩類： 第 I 類：具有一種聯(lián)動裝置的整體屏蔽單元，由于屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得人的身體不可能進(jìn)入加速器和正在進(jìn)行輻照的空間。 第 II 類：輻照在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行，屏蔽室通過入口控制系統(tǒng)保證人員不能進(jìn)入正在輻照的輻照室。,10/,電子束設(shè)施（第類）,11/,電子束設(shè)施（第類）,12/,電子束輻射源,13/,電子加速器的屏蔽防護(hù),1.在使用高能電子時，電子本身在物質(zhì)中有其限定的射程，這個射程是電子初始能量和吸收物質(zhì)密度二者的函數(shù)。電子與其轟擊物質(zhì)相互作用結(jié)果產(chǎn)生X射線，與X射線相比，電子的最大射程較小。因此，在計算電子加速器的屏蔽要求時，只考慮產(chǎn)生的X射線。 2.當(dāng)電子加速器的能量達(dá)到300keV以

6、上，并且用鉛或者貧鈾等重元素自屏蔽時，特征X射線也應(yīng)該考慮其防護(hù)。 3.在大多數(shù)情況下，韌致輻射在電子加速器的防護(hù)中更為重要。 4.在屏蔽計算中應(yīng)假定其全部電子被可能受電子束轟擊的重元素所吸收。,14/,電子加速器的屏蔽防護(hù)續(xù),5.電子加速器防護(hù)時，還應(yīng)考慮其本身的結(jié)構(gòu)材料以及可能受到輻照的產(chǎn)品的成分。 6.必須針對其所能提供的最高能量和最大電流進(jìn)行屏蔽計算。 還應(yīng)對雜散X射線給予注意，而當(dāng)加速器以高電壓水平運(yùn)行并且其加速管位于輻照室外時尤其值得注意。 （注：產(chǎn)生雜散射線的來源：反散射電子具有足夠高的能量返回到加速管中；在對電子加速器進(jìn)行調(diào)試或在真空度相對較差條件下運(yùn)行時，加速管中出現(xiàn)產(chǎn)生X射

7、線的暗電流。）,15/,電子加速器的屏蔽室的防護(hù),一.加速器輻照室的結(jié)構(gòu) 除了一些低能加速器采用子屏蔽裝置以外（一般能量小于1MeV），大部分工業(yè)輻照用加速器都需要建設(shè)專門用的輻照室。,16/,17/,（一）雙層結(jié)構(gòu),輻照室外墻為屏蔽墻，內(nèi)部分上下兩層，上層安裝加速器主體部分，下層安裝束流引出裝置和束下系統(tǒng)。 雙層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點： 維護(hù)和操作方便 可以按上下層不同的輻射劑量分別設(shè)計防護(hù)墻 輻照室中產(chǎn)生的臭氧、氮氧化物和其他有害氣體，被限制在較小的空間里，便于集中的排放和監(jiān)控。,18/,（一）雙層結(jié)構(gòu),典型的電子加速器輻照車間立面圖,19/,雙層結(jié)構(gòu)輻照室應(yīng)用范圍,雙層結(jié)構(gòu)主要用在電線、電纜、熱縮管

8、線等連續(xù)生產(chǎn)的大型加速器（主要指個體較大、功率較大）中。,20/,（二）平面布置,臥式安裝的加速器、加工液體的加速器、或者加速器作為一個大的生產(chǎn)流水線的組成部分，還有一些小功率的加速器，多采用單層輻照室，其建筑結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。,21/,（三）自屏蔽加速器,小功率低能加速器，也可采用自屏蔽設(shè)計。屏蔽殼采用鉛或復(fù)合材料。自屏蔽加速器的屏蔽，應(yīng)該包括束下系統(tǒng)，因為自屏蔽加速器要求可以安裝在普通的車間廠房內(nèi)，周邊有人員活動，所以自屏蔽的效果是：在不增加附加防護(hù)的情況下，周圍人群劑量限值符合國家標(biāo)準(zhǔn)。 自屏蔽加速器大多用在輻射硫化、郵件殺毒、液體滅菌等。,22/,二.輻照室的屏蔽設(shè)計,輻照加速器電子

9、出射范圍小，易屏蔽，但在電子打到相應(yīng)靶后，產(chǎn)生很強(qiáng)的韌致輻射。韌致輻射的最大能量為最大可能的電子能量，一般的輻照用加速器，只要能量不高于10MeV，不會產(chǎn)生光核反應(yīng)和感生放射性。因此。韌致輻射（X射線）成為加速器的主要輻射防護(hù)對象。,23/,（一）輻照室的屏蔽設(shè)計依據(jù),1.了解加速器的最大能量、束流和功率以及輻射加工對象。 2.束流下的各種材料，一般選用Z值高為準(zhǔn)，如鉛，作為韌致靶考慮。 3.輻照室屏蔽墻外表面的劑量限值需要滿足輻照裝置設(shè)計建造和使用規(guī)范輻照裝置的輻射防護(hù)與安全標(biāo)準(zhǔn)。,24/,（二）輻照室的屏蔽設(shè)計計算,1.加速器X射線的發(fā)射率常數(shù) a。 一般而言，當(dāng)電子能量低于1MeV時，最

10、大發(fā)射率方向傾向于與電子束入射方向垂直； 隨著電子能量的提高，最大發(fā)射率方向越偏向于入射電子束的方向； 2.加速器X射線的劑量計算 加速器X射線在離靶r（m）處產(chǎn)生的吸收劑量率 式中，I表示電子束流強(qiáng)度，mA。 a表示X射線發(fā)射率常數(shù)。,25/,該圖給出了電子能量在 0.1100MeV時，沿0和 90方向出射的X射線的 發(fā)射率常數(shù)a。,26/,（二）輻照室的屏蔽設(shè)計計算,3.X射線的天空反散射計算 天空反散射原理與鈷源輻照站類似，單位注量光子在距源X米遠(yuǎn)處的有效劑量率按下式估算： 式中， Dx表示注量光子在距源X米處的P點的天空反散射的有效劑量率，Svh-1； D0表示距源1米處單位注量光子有

11、效劑量率，Svh-1； 表示源與屋頂之間所張的立體角； x表示評價點P距源的水平距離，m。,27/,（三）輻照室的屏蔽中某些特殊問題,1.孔道：為了防止輻射泄露，加速器的通風(fēng)管道、水管、電纜管道、輻照材料的傳輸管道等應(yīng)取“S”形或“U”形，在地溝的入口或出口應(yīng)有一定厚度的屏蔽蓋板。 為了搬運(yùn)大型設(shè)備，有時需要在屏蔽墻上留出足夠大的孔洞，這些孔洞的位置也要盡可能避開束流方向或輻射發(fā)射率峰值方向。填塞孔洞時，混凝土塊之間的垂直縫隙最好都用灰漿填充。,28/,（三）輻照室的屏蔽中某些特殊問題,2.迷宮：迷宮的設(shè)計與建筑物的布局有關(guān)，但迷宮口位置應(yīng)盡可能避開來自靶上的直接輻射，或應(yīng)避開輻射發(fā)射率峰值的

12、方向，并且在滿足使用的條件下，迷宮的截面應(yīng)盡可能小一些，有時為了節(jié)省建筑費(fèi)用或空間，或為了補(bǔ)償由于通道造成的屏蔽墻總體減弱效果的降低，在迷宮口設(shè)置附加屏蔽。,29/,（三）輻照室的屏蔽中某些特殊問題,3.防護(hù)門：防護(hù)門的厚度應(yīng)和相鄰的屏蔽墻具有同等的屏蔽效果。門和墻之間應(yīng)有足夠的搭接，以減小散射輻射的泄漏，通常門的兩側(cè)和頂部，門和墻的搭接至少為縫隙的10倍。為了減小通過門底部的輻射反射，應(yīng)采用其他密閉縫隙的方法，常用的防護(hù)門有水門、混凝土門、鐵門，或鐵板與鉛板組合門。,30/,（三）輻照室的屏蔽中某些特殊問題,4.加速器內(nèi)臭氧的產(chǎn)生和排放，60Co 輻照裝置相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)詳細(xì)介紹。,31/,工業(yè)

13、輻照用電子加速器的安全運(yùn)行,1.輻射安全機(jī)構(gòu)的職責(zé)： 制定安全輻射實施細(xì)則并監(jiān)督執(zhí)行； 對運(yùn)行人員和實驗人員進(jìn)行有關(guān)輻射安全方面的教育和訓(xùn)練； 向本單位主管部門定期報告監(jiān)測結(jié)果，并提出輻射安全評價和改進(jìn)意見； 參與輻射安全事故的調(diào)查與處理； 由于輻射安全方面的原因，輻射安全人員有權(quán)提出停止加速器運(yùn)行。,32/,2.環(huán)境保護(hù)和三廢治理（有靶加速器） 凡有加速器的單位，應(yīng)做好環(huán)境保護(hù)工作，力求減小放射性“三廢”的產(chǎn)生量，并盡可能少的向環(huán)境排放其他有害物質(zhì)； 凡有加速器的單位，要根據(jù)放射性“三廢”的產(chǎn)生情況，建立相應(yīng)的放射性廢水、廢物的貯存場所和處理設(shè)施； 反射性廢物要按照其半衰期長短及可否焚燒進(jìn)行

14、分類處理。焚燒放射性廢物時要有專門焚燒爐；,33/,必須嚴(yán)格控制加速器設(shè)施內(nèi)放射性廢水（主要指活化的冷卻水）的排放。排放前，必須采取放置衰變措施和凈化過濾措施，并須進(jìn)行輻射監(jiān)測； 使用含氟量高的氟靶或產(chǎn)生氣載放射水平較高的加速器，前級泵的排出口或通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)采取凈化過濾措施； 加速器設(shè)施對環(huán)境的危害情況，每年應(yīng)做一次調(diào)查或評價，特殊情況下要及時開展環(huán)境監(jiān)測和評價。,34/,加速器必須安裝的裝置或設(shè)施,1.輻照室入口門上電離輻射標(biāo)志和輻照室工作狀態(tài)指示燈； 2.控制臺上的鑰匙與便攜式輻射監(jiān)測儀串在一起； 3.輻射監(jiān)測儀與防護(hù)門聯(lián)鎖； 4.防護(hù)門與控制臺總電源或裝置高壓聯(lián)鎖； 5.輻照室入口門與控制

15、臺總電源或裝置高壓聯(lián)鎖； 6.迷道內(nèi)光電顯示與控制臺總電源或裝置高壓聯(lián)鎖。,35/,工業(yè)用電子加速器安全控制系統(tǒng),1).加速器自動操作控制。操作加速器必須按先后次序操作，若發(fā)生誤操作，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)就立即起作用。 2).在加速器運(yùn)行中連續(xù)診斷、測試和隨時調(diào)整加速管內(nèi)的真空度、加速器高壓、引出窗膜溫度等加速器運(yùn)行參數(shù)，自動控制在設(shè)定值。 3).穩(wěn)定地自動控制和調(diào)節(jié)電子束流、電子能量、束流斑點尺寸、掃描在窗膜上的位置等加速器性能參數(shù)。 4).加速器的運(yùn)行狀態(tài)與束下裝置的運(yùn)行狀態(tài)自動同步。 5).對加速器運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程診斷和巡檢。,36/,工業(yè)用電子加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng),電子加速器的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)基本類似輻照裝置： 加速器和靶廳的門必須裝安全聯(lián)鎖裝置，只有門關(guān)閉后才能產(chǎn)生輻射。 產(chǎn)生輻射的控制系統(tǒng)應(yīng)該用開關(guān)鑰匙控制。 在加速器廳、靶廳內(nèi)工作人員易達(dá)到的地點，應(yīng)設(shè)置緊急停機(jī)或斷束開關(guān)。這種開關(guān)應(yīng)有醒目的標(biāo)志。 在通經(jīng)輻射區(qū)的通路上，出入口和控制臺上須安裝工作狀態(tài)指示燈，而在加