小型化自屏蔽电子束辐照装置研制

介绍了一种小型化自屏蔽电子束辐照装置的结构方案设计和工作原理.该辐照装置已经完成了研制工作,以加速器技术为核心,突出了小型化和自屏蔽的设计理念,实现了电子束能量2.5MeV,束流功率1.2kW,扫描宽度300mm,环境剂量2uSv/h的技术指标,可用于普通工厂的产品在线辐照或者车载式安装应用.实际运行表明该辐照装置工作稳定、安全可靠、小型方便.     

HIAF BRing及高能外靶实验终端的辐射屏蔽设计

强流重离子加速器（HIAF）是中国科学院近代物理研究所自主研制的一台高能强流重离子加速器,它可以实现p到U的全离子加速。为了保证HIAF运行时的辐射安全,针对该装置的增强器（BRing）及高能外靶实验终端,利用蒙特卡洛程序FLUKA及外推法计算得到了加速p,C及U三种离子时所需的辐射屏蔽。结果表明,加速质子时所需屏蔽厚度最大,并以此为依据给出了全地下结构的屏蔽设计。在此基础上,提出了一种估算高能质子/重离子加速器束流均匀损失时横向屏蔽厚度的方法。结果显示,估算结果与FLUKA计算结果符合较好,验证了该方法的有效性和准确性。High Intensity heavy-ion Accelerator Facility (HIAF) is designed by the Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, which can accelerate particles from proton up to uranium. To guarantee the radiation safety of HIAF during operation, the FLUKA code and extrapolation method were adopted to calculate the shielding thickness. The calculations were based on proton, carbon and uranium particles when losing on the Booster Ring (BRing) and the high-energy experimental terminal. The results indicate that the shielding thickness required for accelerating protons was the largest. Basing on the results, a method for estimating the lateral shielding of a high-energy proton/heavy-ion accelerator was proposed. A good agreement shows between the estimated results and the FLUKA calculated results, the validity and accuracy of the method were verified.     

小型化自屏蔽电子束辐照装置研制

介绍了一种小型化自屏蔽电子束辐照装置的结构方案设计和工作原理. 该辐照装置已经完成了研制工作, 以加速器技术为核心, 突出了小型化和自屏蔽的设计理念, 实现了电子束能量2.5MeV, 束流功率1.2kW, 扫描宽度300mm, 环境剂量2uSv/h的技术指标, 可用于普通工厂的产品在线辐照或者车载式安装应用. 实际运行表明该辐照装置工作稳定、安全可靠、小型方便.     

95 MeV射频电子直线加速器辐射防护分析

应相关建设安评、环评、稳评以及职业健康评估的要求,电子加速器设计过程中即应对其辐射情况进行分析。针对电子能量为40～95 MeV可调的光阴极微波电子枪直线加速器,对其辐射源项进行分析,并讨论了可能的辐射防护措施的效果。采用蒙特卡罗软件FLUKA对电子束流和加速器进行建模,通过模拟计算发现,加速器产生的等效剂量分布主要位于废束桶中,废束桶以外辐射剂量迅速下降,在电子加速器实验大厅四周设置混凝土墙体的情况下辐射等效剂量率将随墙体厚度迅速下降。若混凝土墙体厚度设置为1 m,则墙体外工作人员所在区域辐射等效剂量率不高于1 μSv/h量级,能够有效屏蔽加速器产生的电离辐射,给工作人员提供有效防护。研究方法及结果对同能区同类型加速器建设中的辐射分析及辐射防护评估具有一定的参考价值。     

位移辐射效应对量子阱激光器性能的影响

使用加速器对量子阱半导体激光器进行了总通量1×10¹⁶cm^-2的电子辐照实验.辐射实验结果表明,在辐射环境下激光器的输出功率下降、阈值电流增加.从理论上分析了位移效应对量子阱激光器的影响,并推导了电子通量与相对阈值电流变化、相对输出功率变化的函数关系式.该公式的计算结果与实验测试结果符合很好,有效地反映了电子辐照环境下激光器的性能变化趋势.该公式可用于预测激光器在辐射环境下的性能变化,有着较大实际应用价值.     

束流在270°偏转磁铁系统输运过程中的损失计算

为计算医用加速器中束流经过270°偏转磁铁系统电子损失所造成的辐射剂量问题,将束流传输相应的计算公式和蒙特卡罗抽样方法相结合,在一阶近似条件下计算了电子在偏转系统中的输运过程,分析了不同初始条件对电子输运和电子损失的影响;模拟结果表明能散是产生电子损失的主要因素之一.计算得到了损失电子所处位置、能量和飞行方向等信息,把计算得到的信息作为蒙特卡罗程序的输入源,进一步计算出束流损失所产生的辐射剂量分布,从而能更完善地设计医用加速器照射头的屏蔽.文中给出在电子束初始半径为1mm、散角为5mrad、能散为10%条件下电子损失率为13.5%,损失电子主要是向加速器照射头部上方辐射出去.     

束流在270°偏转磁铁系统输运过程中的损失计算

为计算医用加速器中束流经过270°偏转磁铁系统电子损失所造成的辐射剂量问题, 将束流传输相应的计算公式和蒙特卡罗抽样方法相结合, 在一阶近似条件下计算了电子在偏转系统中的输运过程, 分析了不同初始条件对电子输运和电子损失的影响；模拟结果表明能散是产生电子损失的主要因素之一. 计算得到了损失电子所处位置、能量和飞行方向等信息, 把计算得到的信息作为蒙特卡罗程序的输入源, 进一步计算出束流损失所产生的辐射剂量分布, 从而能更完善地设计医用加速器照射头的屏蔽. 文中给出在电子束初始半径为1mm、散角为5mrad、能散为10%条件下电子损失率为13.5%, 损失电子主要是向加速器照射头部上方辐射出去.     

激光聚变实验装置屏蔽性能模拟计算北大核心CSCD

主要采用了蒙特卡罗方法对激光聚变实验装置外表面的中子和光子能谱及剂量进行模拟与分析,引入了MCAM软件绘制激光聚变实验装置的三维模型图,并自动转化为MCNP的输入文件,进行了靶室屏蔽性能的蒙卡模拟,从辐射防护的角度为屏蔽系统的建立、人员的辐射防护以及靶室材料的选择提供理论依据。通过模拟结果得出,CLAM钢作为靶室材料时,其屏蔽中子产生的瞬发光子剂量,在非孔道处是铝合金的1/2左右,40cm厚的混凝土屏蔽层对中子和光子起到了很好的屏蔽作用,均降低了一个数量级,另外在孔道处的中子和光子剂量,加了混凝土的情况反而比裸靶室时高10%左右,建议对靶室孔道外部考虑额外的防护。     

600百万电子伏同步加速器

苏联科学院列別捷夫物理研究所加速器实驗室中,最大能量为680百万电子伏的电子加速器开始运轉了。这台电子加速器是根据杜布納10亿电子伏同步加递器模型制成的。加速器的强度达到了每脉冲电子数为(5—6)·10~3。最近将对设备进行改进,这样     

冷链食品包装箱表面消毒灭菌小型电子帘加速器的研制

研制了冷链食品包装箱表面辐照消毒灭菌成套装置,重点针对装置的核心部件小型电子帘加速器进行设计和调试,应用E-gun电子束轨迹跟踪程序对加速器的束流光学进行了计算,合理设计了栅极和聚焦极形状,获得了对束流包络的理想控制,应用多物理场仿真软件CST进行高压结构优化,使电子帘阴极表面高压区电场分布均匀,降低了打火几率。对电子帘加速器进行了整机调试,针对调试中出现的高压打火现象进行了分析,并给出了结构优化设计方案,使得最终调试主要技术参数达到了140 keV/20 mA,束流不均匀度小于10%。通过了连续8 h稳定性运行测试,达到了工业加速器辐照应用标准。     

冷链食品包装箱表面消毒灭菌小型电子帘加速器的研制

研制了冷链食品包装箱表面辐照消毒灭菌成套装置,重点针对装置的核心部件小型电子帘加速器进行设计和调试,应用E-gun电子束轨迹跟踪程序对加速器的束流光学进行了计算,合理设计了栅极和聚焦极形状,获得了对束流包络的理想控制,应用多物理场仿真软件CST进行高压结构优化,使电子帘阴极表面高压区电场分布均匀,降低了打火几率。对电子帘加速器进行了整机调试,针对调试中出现的高压打火现象进行了分析,并给出了结构优化设计方案,使得最终调试主要技术参数达到了140 keV/20 mA,束流不均匀度小于10%。通过了连续8 h稳定性运行测试,达到了工业加速器辐照应用标准。     

铁氧体填充不调谐加速腔模型研究

在医用质子同步加速器方案中,采用铁氧体加载的不调谐高频加速腔,为进行原理验证和实验研究,制作了一台不调谐腔模型,模型腔为圆柱形同轴腔,腔内用铁氧体环填充,在同步加速器工作频率范围内,模型腔可基本实现与功率源的阻抗匹配.     

100 MeV强流质子回旋加速器束流调试靶系统

中国原子能科学研究院正在建造一台100 MeV,200 A的强流质子回旋加速器,需要使用束流调试靶来调试加速器,为此设计了一套束流功率为20 kW的质子束调试系统。对该系统的束流输运线、靶材料的选取、靶结构、水冷计算、屏蔽结构等作了介绍。给出了整条束流输运线的匹配计算结果;通过对质子打靶后的中子产额、角通量、靶的活化等方面的比较,最终选用铝作为靶材料;根据加速器引出束流能量和功率,设计了分层式靶结构,同时对靶进行了水冷计算;打靶产生的出射粒子平均能量较高,导致产生的辐射剂量很大,考虑到对环境与工作人员的影响及费用,需要对其进行局部屏蔽,给出了屏蔽计算结果及屏蔽结构的设计。     

基于4MV静电加速器的高温辐照装置研制及离子辐照初步实验北大核心CSCD

为了模拟钍基熔盐堆(TMSR)材料的中子辐照损伤,基于中国科学院上海应用物理研究所(SINAP)的4 MV静电加速器,研制了一台专用的离子束辐照装置。装置主要由束流传输线和高温、高真空靶室组成。束流传输线装有用于束流磁场扫描和束流监测的设备。装置可提供H^+,He^+,Ar^+等束流用于离子束辐照,束流最高能量4 Me V,最大流强2μA。辐照温度范围为液氮温度至950℃。辐照面积最大为30 mm×30mm。装在靶室的由旋转铝片构成的变能器对束流能量进行调制,可以在样品中得到均匀的辐照损伤。初步的实验结果表明,装置适用于高温合金及其他熔盐堆材料的辐照损伤研究。     

SSRF前端区锯齿墙束流孔洞中子屏蔽的蒙特卡罗估算

主要关于上海同步辐射装置(SSRF)储存环电子引发产生的韧致辐射和中子辐射的研究. 中子和光子经多种组合材 料(厚度在5cm～115cm之间)屏蔽后的剂量特征由蒙特卡罗代码MCNP和EGSnrc估算得到; 蒙特卡罗计算表明, 单一的材料如铅, 铁和聚乙烯对高能中子是无效的生物屏蔽材料, 而组合材料如铅或者铁加聚乙烯和铅或者铁加混凝土被认为是屏蔽高能中子很好的组合材料. 铅铁等高Z材料加点包含有氢的低Z材料如聚乙烯是同时屏蔽高能中子和韧致辐射的一种比较好的组合材料选择.     

基于4MV静电加速器的高温辐照装置研制及离子辐照初步实验

为了模拟钍基熔盐堆(TMSR)材料的中子辐照损伤,基于中国科学院上海应用物理研究所(SINAP)的4 MV静电加速器,研制了一台专用的离子束辐照装置。装置主要由束流传输线和高温、高真空靶室组成。束流传输线装有用于束流磁场扫描和束流监测的设备。装置可提供H~+,He~+,Ar~+等束流用于离子束辐照,束流最高能量4 Me V,最大流强2μA。辐照温度范围为液氮温度至950℃。辐照面积最大为30 mm×30mm。装在靶室的由旋转铝片构成的变能器对束流能量进行调制,可以在样品中得到均匀的辐照损伤。初步的实验结果表明,装置适用于高温合金及其他熔盐堆材料的辐照损伤研究。     

中能电子成像仪探头的设计

利用小孔成像原理对中能电子成像仪探头的机械结构进行了设计,为保证探头单元暴露于外辐射带辐射环境12年的总剂量小于5krad,确定其壳体厚度为约3mm的铜,探头的角分辨率为20°;根据带电粒子在硅中的能量损失规律对探测器进行了防质子污染设计,确定了探测器厚度为1000μm,其屏蔽层厚度为10μm等效硅。最后对设计探头的质子污染率进行了计算,结果表明该中能电子成像仪探头的设计满足外辐射带空间中能电子探测的需求,为中能电子成像仪的研制奠定了基础。     

磁场下夹层结构的高能电子屏蔽性能

针对空间高能电子环境可能造成的航天设备故障、宇航员辐照损伤等情况,基于电子束返回效应,提出了一种磁场下金属/真空夹层式高能电子屏蔽结构。采用Geant4软件,模拟空间高能电子连续能谱,研究磁场下夹层式结构的高能电子屏蔽性能。此外,建立体素模型,计算射线在人体中的累积剂量,从而评估磁感应强度、屏蔽体材料对屏蔽性能的影响。结果表明:与传统被动屏蔽方式相比,夹层式结构具有电子屏蔽性能高、生成透射次级X射线少的特点;随着磁感应强度增加,体模中累积剂量下降,证明夹层结构的电子屏蔽性能不断提升;Ti/Ti材料组合的屏蔽方式具有更优越的高能电子屏蔽性能。该结构具备较好的高能电子屏蔽性能,将来有望对空间高能电子辐射环境进行有效防护。     

直线加速器Kanthal合金高功率同轴负载设计及功率分布

 为满足辐照直线加速器的小型化需求,提出利用同轴负载代替波导式负载结构的方案,其关键技术是利用涂敷在加速腔内壁的微波吸收材料直接吸收剩余微波功率。针对面吸收型负载材料Kanthal(Fe-Cr-Al)合金,采用2π/3模式6腔2周期谐振腔结构,运用CST仿真进行S波段同轴负载设计。对涂层涂敷位置及面积对负载腔工作频率和品质因子的影响进行了详细的仿真分析,并得到了满足2 856 MHz工作频率的腔体尺寸补偿值;设计了一种6腔2周期同轴负载,单路衰减可达-18.63 dB。吸波涂层及腔体铜壁表面功率损耗密度的计算结果表明,腔体周向功率损耗呈均匀分布,阑片表面呈抛物线型分布。     

高感度辐射变色薄膜电子剂量计

 以聚乙烯醇缩聚物为基质,以类丁二炔化合物为有机染色材料,研制了一种高灵敏度新型辐射变色膜。采用JJ-2型范格拉夫静电加速器对变色薄膜进行剂量范围为15～90 Gy的电子束辐照,结果显示:变色薄膜颜色由粉红渐变为蓝色,并随着辐照剂量的增加而逐渐加深;分光光度计测试其吸收光谱,发现主吸收峰值出现在675 nm附近,且吸收峰处的响应吸光度与电子注量具有较好的线性关系;对变色层厚度为20～80 μm的变色膜,吸收峰处的响应吸光度与其变色层厚度也成线性关系;添加不同比例的协同剂,能提高变色薄膜的响应灵敏度;变色膜辐照后续效应微弱,辐照后可以立即测量,且对测量环境变化不敏感。