郭彦斌,刘建辉
(北京机械工业自动化研究所,北京 100120)
12MeV无损检测用驻波电子直线加速器指标测试方法
郭彦斌,刘建辉
(北京机械工业自动化研究所,北京 100120)
我国还没有12MeV无损检测用驻波电子直线加速器的测试方法。我们在研制的12MeV无损检测用驻波电子直线加速器产品的同时,也考虑到要建立相应的技术测试方法。本工作根据多年来研制加速器的生产实际,结合12MeV电子直线加速器的特点,探讨制定相关技术指标的测试方法,供测试及用户验收时参考。
加速器的能量系指被加速电子束的最终能量或指具有连续能谱的X射线束的最大能量。由于12MeV无损检测用驻波电子直线加速器使用的是全密封直线加速管,靶封在加速管内,无法直接测量电子束能量,通常用测量宽束X射线在钢铁中的半值层的办法来确定加速器的能量。测量时将剂量仪探头放置在0°方向X射线束中心轴上距靶1米处,在探头与靶之间先后放置不同厚度的钢板,测量在相同的曝光剂量下,X射线穿过不同钢板厚度d的衰减情况,即测出不同钢板厚度d(单位为mm)。
记录剂量仪的读数I,然后根据logI=f(d)曲线即可求出半值层值d1/2。
X射线穿过钢板时,其衰减规律可用下式表示:
其中:d:钢厚 mm
I0:d为0时测得的剂量值 cGy
I: 各个d值下测得的对应的剂量值 cGy
µ:为衰减系数 mm-1
若引入半值层厚度d1/2,可导出:
在测得一系列d值及I值后,利用最小二乘法作线性拟合或利用坐标纸作图即可求出d1/2。
根据d1/2值判定加速器的能量。
d1/2≈32mm时,认为能量为12MeV[1,2]。
用密度为1.7g/cm3材料代替钢板,使用本方法,其半值层厚度在177.8mm左右时可认为能量为12MeV。
测量仪器,IONEX 2500/3剂量仪,将剂量仪探头放置在0°方向X射线束中心轴上距靶1米处。测量1分钟的积分剂量三次,取三个数据的平均值,然后乘以剂量仪的校准因子,以及伦琴/拉德转换系数,即得出该能量下加速器输出 X射线束的剂量率。
采用叠片块成像的方法测量。叠片块是由厚度为h1(0.2mm),长250mm,宽 50mm 的铜箔和厚度为h2(0.2mm),长250mm,宽50mm的塑胶片相间叠成。叠块示意和测量布置如图1所示。
测量时将叠片块置于加速器的X射线输出口,尽量靠近靶。X射线穿过叠片块时,铜箔将射线阻挡,射线从塑胶片对应的窄缝通过,使放置在叠块另一端的胶片感光,曝光后的胶片,将出现数根黑条,靠中央的部分比较黑,两边的黑度较小,取黑度大于中央的黑度50%的黑条数n,按下式计算焦点寸d:d=( h1 + h2 )×n (mm)
图1 叠块示意和测量布置图
用距X射线中心轴线6.0°(A°)处的剂量率与0°方向中心轴线上剂量率的百分比表示。测量仪器:IONEX 2500/3剂量仪。将剂量仪探头放置在距靶l 米处,在相同条件下测量中心轴线上的剂量率值D0和偏离中心轴线A°的圆周上对称于O点各点的剂量率值Di(如图2所示),取圆周上剂量率最小值Dmin按公式进行计算得ηh值为均匀度测量结果。
图2 X射线束均匀度测量示意图
利用均匀度测量方法,在距靶1米处且偏离中心轴线±6.0°圆周上剂量率Di的测试结果,取其中最大值Dmax和最小值Dmin按照公式计算X射线不对称度η。
式中:
ΔD——Dmax与Dmin的差值;
D—— Dmax与Dmin的均值。
在机头正前方距靶点2.0米处,分别放置100mm、200mm和420mm厚度的钢铁试样,采用线型像质计(或孔型像质计(美国ASTM标准)),通过射线胶片照相来确定检测灵敏度。
在最大能量和剂量条件下,所用胶片类型、焦距、胶片黑度、增感屏、散射消除等均满足射线照相工艺条件时,其灵敏度应符合1%的要求。
用铅块遮挡住X射线机头前向准直器口。
由于加速器的X射线输出是轴对称的,而加速器的X射线屏蔽和准直系统也是轴对称的,因此,漏线量在任一个平面上都是对称的。为了测量方便,一般选取水平面。在加速器控制台剂量仪积分剂量相同的情况下,采用IONEX 2500/3剂量仪,测取在距靶点1米的水平圆周上各点的积分剂量值,通过和0°方向的积分剂量值相比来计算漏线量。
在X射线束前向准直器±1/2准直器锥角º到±90º的范围内(如图3所示),距靶1m处中子辐射剂量不大于0.01mSv/Gy(X射线束剂量率);其它任何方向不大于0.001mSv/Gy(X射线束剂量率)。
图3 中子剂量测量示意图
[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,无损检测用电子直线加速器.
[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无损检测用驻波电子直线加速器产品时,需要同时制定相关技术指标的测试方法,供测试时参考。
能量;X射线剂量率;焦点尺寸;均匀度;不对称性;检测灵敏度;漏线量
郭彦斌(1955 -),男,河北武安人,研究员,主要从事电子直线加速器及图像处理技术的研究。
TP391
B
1009-0134(2011)4(上)-0026-02
10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).08
2010-11-08
国家数控机床重大专项资助(2009ZX04014-091)