CN103077762B - 电子射线源产生装置及产生低剂量率电子射线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子射线源产生装置及产生低剂量率电子射线的方法。该电子射线源产生装置用于辐照一照射面，包括一用于输出一电子射线的电子射线发生器，该电子射线从该电子射线发生器的一出射面发出，在该电子射线的传输路径上依次设有：一吸收板，用于遮挡该电子射线，该吸收板上开有一用于漏射部分电子射线的漏孔；一扫描机构，该扫描机构用于对从该漏孔漏射的电子射线于空气中进行扫描，使经过扫描后的电子射线能够均匀辐照至该照射面上，该电子射线源产生还包括一用于对该吸收板及该扫描机构进行降温的风机。本发明的电子射线源产生装置及产生低剂量率电子射线的方法能够输出低剂量率的电子射线，同时结构简单、成本低廉。

Description

电子射线源产生装置及产生低剂量率电子射线的方法

技术领域

本发明涉及电子射线领域，特别是涉及一种低剂量率的电子射线源产生装置及产生低剂量率电子射线的方法。

背景技术

电子射线可以广泛用于工业辐照加工和科研实验。一般通用的电子射线发生器为提高工业生产效率而设计，电子射线的输出设计偏向大功率，高剂量率。因此很难利用这些电子射线发生器获得低剂量率的电子射线。当需要使用通用的电子射线发生器进行低剂量率电子射线相关应用包括产品某些辐照考验试验时，需要的剂量率远远低于通用电子射线发生器所能产生的剂量率下限。通用的电子射线发生器很难满足要求，或需要大幅度的改装。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的电子射线源产生装置输出的电子射线功率大、剂量率高，在某些辐照试验或是有特殊要求的产品加工中，所需要的剂量率远远低于输出的电子射线的剂量率下限，只有大幅度改装设备才能满足要求的缺陷，提供一种无需增加额外控制设备且成本低廉，同时又能够连续工作产生低剂量率的电子射线的电子射线源产生装置及方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种电子射线源产生装置，用于辐照一照射面，该电子射线源产生装置包括一用于输出一电子射线的电子射线发生器，该电子射线从该电子射线发生器的一出射面发出，其特点在于，在该电子射线的传输路径上依次设有：一吸收板，用于遮挡该电子射线，该吸收板上开有一用于漏射部分该电子射线的漏孔；一扫描机构，该扫描机构用于对从该漏孔漏射的该电子射线于空气中进行扫描，使经过扫描后的该电子射线能够均匀辐照至该照射面上；该电子射线源产生装置还包括一用于对该吸收板及该扫描机构进行降温的风机。其中，该电子射线发生器采用现有技术中通用的电子射线发生器即可。

较佳地，该电子射线源产生装置还包括一调节机构，用于调节该吸收板和该扫描机构的位置。

较佳地，该漏孔的面积S_c满足公式：

$S_c=\frac{e\stackrel{\·}{D}{S}_a{S}_e}{\mathrm{\η}{I}_{b}S\left(E\right)}$

其中S(E)为能量为E的电子在空气中的碰撞质量阻止本领，为该照射面所需的空气吸收剂量率，I_b为该电子射线发生器的输出流强，S_e为该出射面的面积，S_a为该照射面的面积，e为单个电子的电量，η为该电子射线的利用率。

本领域技术人员应当理解上述公式中的S(E)、e均为数值可以确定的物理量。是本发明最终需要达到的在该照射面上的对应空气吸收剂量率,e是常量。S(E)是电子能量的函数，对于不同能量的电子，其在空气中的碰撞质量阻止本领可以通过查表得到。总质量阻止本领定义为：带电粒子在密度为ρ的介质中，穿过路程dl时，所损失的一切能量dE除以ρdl而得的商。总质量阻止本领等于碰撞质量阻止本领与辐射质量阻止本领之和，即其中下标为col的项表示碰撞质量阻止本领，而下标为rad的项表示辐射质量阻止本领。上述碰撞质量阻止本领电子射线的利用率η为排除掉电子射线通过该漏孔漏射使得部分电子射线被该吸收板遮挡吸收的影响后，该电子射线源产生装置输出电子射线的效率值。

较佳地，该漏孔与该出射面的距离不大于5cm。

较佳地，该漏孔对该照射面的张角不大于60°。因为过大的张角设置可能会使从该漏孔到该照射面各处的距离之差过大，导致该电子射线辐照至该照射面上各处的辐照强度不均。即该电子射线最大的扫描角度为30°。

较佳地，该风机保持该扫描机构及该吸收板的温度在100摄氏度以下。这样该电子射线源产生装置就能够长时间连续工作，而不会因为该吸收板及该扫描机构的温度过高而必须停止工作等待其温度降低。

较佳地，该吸收板所用材料的元素的原子序数小于等于18，以保证吸收板材料受该电子射线轰击时其X射线发射率处于很低的水平。原子序数小于等于18的材料即一般意义上的低原子序数材料，高能电子在低原子序数材料中的辐射损失非常小，不会使该吸收板形成一个不可忽略的X射线源，以致干扰到该电子射线的辐照。

较佳地，该吸收板的厚度大于该电子射线发生器输出的电子射线在该吸收板所用材料中的极限穿透深度。

较佳地，该扫描机构为至少一扫描磁铁线圈。

本发明的另一技术方案为：一种利用上述电子射线源产生装置实现的产生低剂量率电子射线的方法，该方法包括以下步骤：

S₁、该出射面发出该电子射线；

S₂、该吸收板遮挡吸收该电子射线，该漏孔漏射部分的该电子射线，该风机对该吸收板及该扫描机构进行降温；

S₃、该扫描机构对从该漏孔漏射的该电子射线于空气中进行扫描，使得经过扫描后的该电子射线能够均匀辐照至该照射面上。

较佳地，该漏孔与该出射面的距离不大于5cm。

较佳地，该漏孔对该照射面的张角不大于60°。

较佳地，该电子射线发生器的输出流强I_b根据公式

$I_b=\frac{e\stackrel{\·}{D}{S}_a{S}_e}{\mathrm{\η}{S}_{c}S\left(E\right)}$

确定，其中S(E)为能量为E的电子在空气中的碰撞质量阻止本领，为该照射面的对应空气吸收剂量率，S_c为该漏孔的面积，S_e为该出射面的面积，S_a为该照射面的面积，e为单个电子的电量，η为该电子射线的利用率。根据需要在该照射面上达到的对应空气吸收剂量率来选择合适的输出流强I_b。

本发明的积极进步效果在于：通过本发明的该电子射线源产生装置及方法，能够打破现有的电子射线源产生装置无法输出较低剂量率的电子射线的瓶颈，能够较为便捷的输出低剂量率的电子射线，同时结构简单、成本低廉、便于根据照射面尺寸进行调整，并且能够根据需要精确地控制电子射线的剂量率。

附图说明

图1为本发明的一较佳实施例的电子射线源产生装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

参考图1所示，本实施例的电子射线源产生装置包括一用于输出一电子射线的电子射线发生器1，该电子射线从该电子射线发生器1的一出射面2发出，在该电子射线的传输路径上依次设有一吸收板3和一扫描机构5，该吸收板3遮挡该电子射线并开有一用于漏射部分该电子射线的漏孔4，该扫描机构在空气中对从该漏孔4漏射的该电子射线进行扫描，使经过扫描后的该电子射线能够均匀辐照至一照射面上。该电子射线源产生装置还包括一风机，用于对该吸收板及该扫描机构进行降温，以保持该吸收板3及该扫描机构5的温度在100摄氏度以下。由于该扫描机构5受靠近的该吸收板3的辐射传热影响，再考虑其工作的升温，其本身最大的工作温度应不大于120℃，较佳地应当保持在100℃以下，而该吸收板3本身可由多种材料制作，需要保证该吸收板3的温度在所用材料在空气中的燃点以下，100℃以下可以满足各种材料的要求，避免因为升温导致该吸收板3的力学性质发生变化。

图1中未示出该风机，该风机可以设置在多个位置，只需能够达到对该吸收板3及该扫描机构5降温的目的即可。

本发明对该电子射线发生器1的性能参数无特殊要求，采用通用的电子射线发生器即可。即使该电子射线发生器1输出的电子射线剂量率较高，利用本发明设置的开有该漏孔4的该吸收板3以及其他组件的辅助作用，能够实现使得最终辐照在该照射面6上的该电子射线的剂量率较低的效果。该出射面2是指该电子射线发生器1中发生电子射线出射的一个面，该出射面2垂直于该出射面2中心发出的该电子射线的传输方向。图1中仅仅是示意性的给出该电子射线从该出射面2传输至该吸收板3的路径，吸收板3上的虚线示意性的给出电子射线到达该吸收板3时的中心线。

图1中该照射面6为矩形仅仅是一种举例说明，同时图1中还示意性的用该照射面6上方的四根虚线示出从该漏孔4漏射出的该电子射线经过扫描机构5扫描后该电子射线传输至该照射面6的路径范围。本领域技术人员应当理解，照射面6的形状实际上首先由需要辐照的区域确定，然后根据照射面6的形状、大小来设置合适的扫描机构5，该扫描机构5的设置最终确定扫描后该电子射线传输至该照射面6的路径范围。基于现有的电磁学原理，利用扫描机构对电子射线进行扫描，使得扫描后的电子射线能够均匀辐照在一照射面上是现有技术中的常规技术手段，本发明不具体限制该扫描机构的种类。较为方便的设置可采用至少一扫描磁铁线圈作为该扫描机构5。

在本发明中，该吸收板3必须具备的功能是遮挡该电子射线，使得除了漏孔4漏射部分的该电子射线均无法穿过该吸收板3，这一点只需要该吸收板3的厚度较厚即可实现。因为基于粒子物理学原理，当该吸收板3的厚度大于该电子射线发生器1输出的电子射线在该吸收板3所用的材料中的极限穿透深度时，该电子射线将无法穿透该吸收板3。

但该电子射线撞击该吸收板3后将产生一定量的X射线，如果X射线的量较大，即通过该漏孔4漏射的该电子射线将和该吸收板3发出的X射线一起出射，将对辐照的应用产生干扰，因为有些情况下必须排除X射线辐照。为了避免这样的情况，该吸收板3的材料可采用原子序数小于等于18的元素的材料，即采用低原子序数材料以避免该吸收板3遮挡吸收该电子射线的同时产生不可忽略的X射线。

优选地，该电子射线源产生装置还包括一调节机构，用于调节该吸收板和该扫描机构的位置。用于方便地根据实际需要将该吸收板和该扫描机构调节到合适的位置。图1中未示出该调节机构，但本领域技术人员应当理解，该调节机构可以是可调节高度的支架或吊架。

为了使最终辐照至该照射面6的该电子射线的剂量率符合需要，应当设计合适的漏孔面积。该漏孔4的面积S_C可以通过以下公式确定：

$S_c=\frac{e\stackrel{\·}{D}{S}_a{S}_e}{\mathrm{\η}{I}_{b}S\left(E\right)}$

其中S(E)为能量为E的电子在空气中的碰撞质量阻止本领，为该照射面6的对应空气吸收剂量率，I_b为该电子射线发生器1的输出流强，S_e为该出射面2的面积，S_a为该照射面6的面积，e为单个电子的电量，η为电子射线的利用率。本领域技术人员应当理解上述公式中的S(E)、e均为数值可以确定的物理量。其中S(E)为电子在空气中的碰撞质量阻止本领。电子射线的利用率η为排除掉电子射线通过该漏孔4漏射使得部分电子射线被该吸收板3遮挡吸收的影响后，该电子射线源产生装置输出该电子射线的效率值。这也就是说即是该电子射线源产生装置输出该电子射线的效率值。

在一优选实施例中，该漏孔4与该出射面2的距离可设置在不大于5cm的范围内，避免过多的空气散射造成该电子射线超出吸收板3的遮挡范围。一般情况下该漏孔4对该照射面6的张角不大于60°。因为过大的张角设置可能会使从该漏孔4到该照射面6各处的距离之差过大，导致该电子射线辐照至该照射面6上各处的辐照强度不均。

以下将在图1所示的该电子射线源产生装置的基础上，对本发明的该产生低剂量率电子射线的方法进行详细的举例描述。本实施例的该产生低剂量率电子射线的方法步骤如下：

首先该出射面2发出该电子射线；

然后当该电子射线到达该吸收板3时，该吸收板3遮挡吸收该电子射线，该漏射孔漏射部分的该电子射线，同时该风机对该吸收板及该扫描机构进行降温；

该扫描机构5对从该漏孔4漏射的该电子射线于空气中进行扫描，最终使得经过扫描后的该电子射线能够均匀辐照至该照射面6上。

在应用该产生低剂量率电子射线的方法之前，需要先设置好该电子射线源产生装置，确定该漏孔4与该出射面2的距离以及该漏孔4对该照射面6的张角。为了避免散射，该漏孔4与该出射面2的距离不大于5cm。为了尽可能使照射在该照射面6上各处的剂量率比较平均，该漏孔4对该照射面6的张角不大于60°。

在开始电子射线辐照前，该电子射线发生器1的输出流强I_b可根据下述公式来确定：

$I_b=\frac{e\stackrel{\·}{D}{S}_a{S}_e}{\mathrm{\η}{S}_{c}S\left(E\right)}$

其中S(E)为能量为E的电子在空气中的碰撞质量阻止本领，为该照射面6的对应空气吸收剂量率，S_c为该漏孔4的面积，S_e为该出射面2的面积，S_a为该照射面6的面积，e为单个电子的电量，η为电子射线的利用率。该公式中S(E)、e均为常量，该漏孔4的面积S_c、该出射面2的面积S_e、该照射面6的面积S_a、电子射线的利用率η均为由该电子射线源产生装置决定的数值，根据需要在该照射面6上达到的对应空气吸收剂量率可以计算出相应的输出流强I_b，设置该电子射线发生器1的输出流强为I_b，就能获得需要的对应空气吸收剂量率

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种电子射线源产生装置，用于辐照一照射面，该电子射线源产生装置包括一用于输出一电子射线的电子射线发生器，该电子射线从该电子射线发生器的一出射面发出，其特征在于，在该电子射线的传输路径上依次设有：

一吸收板，用于遮挡该电子射线，该吸收板上开有一用于漏射部分该电子射线的漏孔；

一扫描机构，该扫描机构用于对从该漏孔漏射的该电子射线于空气中进行扫描，使经过扫描后的该电子射线能够均匀辐照至该照射面上；

该电子射线源产生装置还包括一用于对该吸收板及该扫描机构进行降温的风机；

该漏孔的面积S_c满足公式：

$S_c=\frac{e\stackrel{\·}{D}{S}_a{S}_e}{{\mathrm{\ηI}}_{b}S\left(E\right)}$

其中S(E)为能量为E的电子在空气中的碰撞质量阻止本领，为该照射面所需的空气吸收剂量率，I_b为该电子射线发生器的输出流强，S_e为该出射面的面积，S_a为该照射面的面积，e为单个电子的电量，η为该电子射线的利用率。

2.如权利要求1所述的电子射线源产生装置，其特征在于，该电子射线源产生装置还包括一调节机构，用于调节该吸收板和该扫描机构的位置。

3.如权利要求1所述的电子射线源产生装置，其特征在于，该漏孔与该出射面的距离不大于5cm。

4.如权利要求1所述的电子射线源产生装置，其特征在于，该漏孔对该照射面的张角不大于60°。

5.如权利要求1所述的电子射线源产生装置，其特征在于，该风机保持该扫描机构及该吸收板的温度在100摄氏度以下。

6.如权利要求1所述的电子射线源产生装置，其特征在于，该吸收板所用材料的元素的原子序数小于等于18。

7.如权利要求6所述的电子射线源产生装置，其特征在于，该吸收板的厚度大于该电子射线发生器输出的电子射线在该吸收板所用材料中的极限穿透深度。

8.如权利要求1所述的电子射线源产生装置，其特征在于，该扫描机构为至少一扫描磁铁线圈。

9.一种利用如权利要求1所述的电子射线源产生装置的产生低剂量率电子射线的方法，该方法包括以下步骤：

S₁、该出射面发出该电子射线；

S₂、该吸收板遮挡吸收该电子射线，该漏孔漏射部分的该电子射线，该风机对该吸收板及该扫描机构进行降温；

S₃、该扫描机构对从该漏孔漏射的该电子射线于空气中进行扫描，使得经过扫描后的该电子射线能够均匀辐照至该照射面上；

该电子射线发生器的输出流强I_b根据公式

$I_b=\frac{e\stackrel{\·}{D}{S}_a{S}_e}{{\mathrm{\ηS}}_{c}S\left(E\right)}$

确定，其中S(E)为能量为E的电子在空气中的碰撞质量阻止本领，为该照射面的对应空气吸收剂量率，S_c为该漏孔的面积，S_e为该出射面的面积，S_a为该照射面的面积，e为单个电子的电量，η为该电子射线的利用率。

10.如权利要求9所述的产生低剂量率电子射线的方法，其特征在于，该漏孔与该出射面的距离不大于5cm。

11.如权利要求9所述的产生低剂量率电子射线的方法，其特征在于，该漏孔对该照射面的张角不大于60°。