12MeV無損檢測(cè)用駐波電子直線加速器指標(biāo)測(cè)試方法

郭彥斌，劉建輝

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

12MeV無損檢測(cè)用駐波電子直線加速器指標(biāo)測(cè)試方法

郭彥斌，劉建輝

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

我國(guó)還沒有12MeV無損檢測(cè)用駐波電子直線加速器的測(cè)試方法。我們?cè)谘兄频?2MeV無損檢測(cè)用駐波電子直線加速器產(chǎn)品的同時(shí)，也考慮到要建立相應(yīng)的技術(shù)測(cè)試方法。本工作根據(jù)多年來研制加速器的生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)合12MeV電子直線加速器的特點(diǎn)，探討制定相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法，供測(cè)試及用戶驗(yàn)收時(shí)參考。

1 能量

加速器的能量系指被加速電子束的最終能量或指具有連續(xù)能譜的X射線束的最大能量。由于12MeV無損檢測(cè)用駐波電子直線加速器使用的是全密封直線加速管，靶封在加速管內(nèi)，無法直接測(cè)量電子束能量，通常用測(cè)量寬束X射線在鋼鐵中的半值層的辦法來確定加速器的能量。測(cè)量時(shí)將劑量?jī)x探頭放置在0°方向X射線束中心軸上距靶1米處，在探頭與靶之間先后放置不同厚度的鋼板，測(cè)量在相同的曝光劑量下，X射線穿過不同鋼板厚度d的衰減情況，即測(cè)出不同鋼板厚度d（單位為mm）。

記錄劑量?jī)x的讀數(shù)I，然后根據(jù)logI=f(d)曲線即可求出半值層值d1/2。

X射線穿過鋼板時(shí)，其衰減規(guī)律可用下式表示：

其中：d：鋼厚 mm

I0：d為0時(shí)測(cè)得的劑量值 cGy

I： 各個(gè)d值下測(cè)得的對(duì)應(yīng)的劑量值 cGy

μ：為衰減系數(shù) mm-1

若引入半值層厚度d1/2，可導(dǎo)出：

在測(cè)得一系列d值及I值后，利用最小二乘法作線性擬合或利用坐標(biāo)紙作圖即可求出d1/2。

根據(jù)d1/2值判定加速器的能量。

d1/2≈32mm時(shí)，認(rèn)為能量為12MeV[1,2]。

用密度為1.7g/cm3材料代替鋼板，使用本方法，其半值層厚度在177.8mm左右時(shí)可認(rèn)為能量為12MeV。

2 X射線劑量率[3]

測(cè)量?jī)x器，IONEX 2500/3劑量?jī)x，將劑量?jī)x探頭放置在0°方向X射線束中心軸上距靶1米處。測(cè)量1分鐘的積分劑量三次，取三個(gè)數(shù)據(jù)的平均值，然后乘以劑量?jī)x的校準(zhǔn)因子，以及倫琴/拉德轉(zhuǎn)換系數(shù)，即得出該能量下加速器輸出 X射線束的劑量率。

3 焦點(diǎn)尺寸

采用疊片塊成像的方法測(cè)量。疊片塊是由厚度為h1(0.2mm)，長(zhǎng)250mm，寬 50mm 的銅箔和厚度為h2(0.2mm)，長(zhǎng)250mm，寬50mm的塑膠片相間疊成。疊塊示意和測(cè)量布置如圖1所示。

測(cè)量時(shí)將疊片塊置于加速器的X射線輸出口，盡量靠近靶。X射線穿過疊片塊時(shí)，銅箔將射線阻擋，射線從塑膠片對(duì)應(yīng)的窄縫通過，使放置在疊塊另一端的膠片感光，曝光后的膠片，將出現(xiàn)數(shù)根黑條，靠中央的部分比較黑，兩邊的黑度較小，取黑度大于中央的黑度50%的黑條數(shù)n，按下式計(jì)算焦點(diǎn)寸d：d=( h1 + h2 )×n (mm)

圖1 疊塊示意和測(cè)量布置圖

4 X射線束的均勻度

用距X射線中心軸線6.0°(A°)處的劑量率與0°方向中心軸線上劑量率的百分比表示。測(cè)量?jī)x器：IONEX 2500/3劑量?jī)x。將劑量?jī)x探頭放置在距靶l(wèi) 米處，在相同條件下測(cè)量中心軸線上的劑量率值D0和偏離中心軸線A°的圓周上對(duì)稱于O點(diǎn)各點(diǎn)的劑量率值Di（如圖2所示），取圓周上劑量率最小值Dmin按公式進(jìn)行計(jì)算得ηh值為均勻度測(cè)量結(jié)果。

圖2 X射線束均勻度測(cè)量示意圖

5 X射線束的不對(duì)稱性

利用均勻度測(cè)量方法，在距靶1米處且偏離中心軸線±6.0°圓周上劑量率Di的測(cè)試結(jié)果，取其中最大值Dmax和最小值Dmin按照公式計(jì)算X射線不對(duì)稱度η。

式中：

ΔD——Dmax與Dmin的差值；

D—— Dmax與Dmin的均值。

6 照相檢測(cè)靈敏度

在機(jī)頭正前方距靶點(diǎn)2.0米處，分別放置100mm、200mm和420mm厚度的鋼鐵試樣，采用線型像質(zhì)計(jì)(或孔型像質(zhì)計(jì)（美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)）)，通過射線膠片照相來確定檢測(cè)靈敏度。

在最大能量和劑量條件下，所用膠片類型、焦距、膠片黑度、增感屏、散射消除等均滿足射線照相工藝條件時(shí)，其靈敏度應(yīng)符合1%的要求。

7 漏線量

用鉛塊遮擋住X射線機(jī)頭前向準(zhǔn)直器口。

由于加速器的X射線輸出是軸對(duì)稱的，而加速器的X射線屏蔽和準(zhǔn)直系統(tǒng)也是軸對(duì)稱的，因此，漏線量在任一個(gè)平面上都是對(duì)稱的。為了測(cè)量方便，一般選取水平面。在加速器控制臺(tái)劑量?jī)x積分劑量相同的情況下，采用IONEX 2500/3劑量?jī)x，測(cè)取在距靶點(diǎn)1米的水平圓周上各點(diǎn)的積分劑量值，通過和0°方向的積分劑量值相比來計(jì)算漏線量。

8 中子劑量測(cè)量[4]

在X射線束前向準(zhǔn)直器±1/2準(zhǔn)直器錐角o到±90o的范圍內(nèi)（如圖3所示），距靶1m處中子輻射劑量不大于0.01mSv/Gy（X射線束劑量率）；其它任何方向不大于0.001mSv/Gy（X射線束劑量率）。

圖3 中子劑量測(cè)量示意圖

[1]VARIAN,LINATRON High-Energy X-Ray Applications for Nondestructive Testing.

[2]ASTM E94-2004,Standard Guide for Radiographic Examination.

[3]GB/T 20129-2006,無損檢測(cè)用電子直線加速器.

[4]http://www.varian.com.

Technical performance test method of 12MeV standing wave electron linear accelerator for non-destructive testing

GUO Yan-bin, LIU Jian-hui

研制12MeV無損檢測(cè)用駐波電子直線加速器產(chǎn)品時(shí)，需要同時(shí)制定相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法，供測(cè)試時(shí)參考。

能量；X射線劑量率；焦點(diǎn)尺寸；均勻度；不對(duì)稱性；檢測(cè)靈敏度；漏線量

郭彥斌（1955 -），男，河北武安人，研究員，主要從事電子直線加速器及圖像處理技術(shù)的研究。

TP391

B

1009-0134(2011)4(上)-0026-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).08

2010-11-08

國(guó)家數(shù)控機(jī)床重大專項(xiàng)資助（2009ZX04014-091）