CN112485821B - 一种快速测定电子加速器束流能量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子加速器的电子束能量检测技术领域，具体提供了一种快速测定电子加速器束流能量的方法，包括按顺序进行的如下步骤：1)选择指示物质和载体物质；2)配制混合溶液；3)制备能量指示管；4)分析辐照后能量指示管变色深度与电子束能量关系，确定计算模型；5)测量能量指示管变色深度，计算出被测量的电子加速器的束流能量，本发明充分依据电子束辐照的效应和机理，将束流能量测量从常规方法的间接推算到直接表征，进而达到快速测定能量的目的，该方法极为快捷、操作简单，能实现电子加速器束流能量的快速检测。
Description
技术领域
本发明涉及电子束能量快速检测技术，具体涉及一种快速测定电子加速器束流能量的方法。
背景技术
电子束辐照加工由于其高效、绿色、无污染的优点，近年来在国内外发展迅速。其中的关键设备电子加速器，对束流能量等关键运行参数有着严格要求，在GB/T25306《辐射加工用电子加速器工程通用规范》中要求束流能量测量值与标称值偏差≤5％，且不稳定度≤5％。因此束流能量监测是电子加速器日常运行中质量控制的重要项目，也成为设备维修维护结束后的首测项目。
现有的电子束能量检测主要采用薄膜剂量计叠层法，因剂量计本身的检测流程和检测范围限制，能量检测流程复杂、成本高、历时长。生产上束流能量检测频率要求新设备验收至少一次，设备日常质量控制每月至少一次，设备维修维护后至少一次，常规每次检测用时2-3小时，导致加速器在能量检测期间空转等候，产能浪费严重，而现有涉及能量快速检测的其他技术也鲜有报导，其中，马文峰(2107)等研究基于载玻片的电子直线加速器能量测量方法，其主要测量方法是利用电子束辐照对载玻片色泽变化，通过检测吸光度变化，制作出深度与吸光度的变化曲线，依据国标GB/T25306中的经验公式计算电子束能量，该方法实质上对现有国家标准操作方法进行一种改变，主要是省略了剂量计使用，直接检测电子束辐照后不同玻璃片吸光度变化，因此方法与现有标准方法并无实质性改变，操作方法与原来基本一致，同样需要检测载玻片辐照前后的吸光度变化，且载玻片数量较多，在实现操作中无法实现快速检测的目的，唯一的变化是省略薄膜剂量计的使用；荆晓兵(2016)等研究了一种在线式电子束能量测量方法，其主要研究内容是针对直线感应电子加速器中的束流特点，设计了一种在线式电子束能量测量方法，通过分析磁铁和束位置探测器对电子束团切片平均能量进行测量，在其实验中存在的主要问题是测量误差来源较多，如磁场测量误差、入口处束偏角未测量、器件安装定位误差等等，这些误差存在导致该在线式电子束能量检测仍处于研究阶段，只是为在线检测提供一种可能，该方法主要是一种装备的研究，与本发明的指示物快速检测方法完全不同；廖树清(2009)等研究螺线管磁场旋转束流法测量Mini-LIA电子束能量，通过测量束流在螺线管磁场中的旋转角度，得到Mini-LIA出口处电子束能量，从其研究报导分析方法在实际应用局限性大，如束流在狭缝处束斑不能太小，且电子束能量范围在100keV-1.5MeV，该方法仍属于装备技术研究，且适用范围狭窄。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种快速测定电子加速器束流能量的方法，主要过程为：通过选择能量快速检测的指示物质，按一定比例及操作要求配制指示物质和载体物质的溶液，将该溶液密封于柱状的塑料容器中，即为电子加速器束流能量快速检测提前制备出辐照能量指示管，指示管按要求进行电子束辐照，通过测量指示管变色长度即可快速计算出电子加速器束流能量。具体方案内容如下：
一种快速测定电子加速器束流能量的方法，包括如下步骤：
1)选择指示物质和载体物质；
2)配制混合溶液；
3)制备能量指示管；
4)分析辐照后能量指示管变色深度与电子束能量关系，确定计算模型；
5)测量能量指示管变色深度，计算出被测量的电子加速器的束流能量。
较为具体的，所述指示物质为叶绿素铜钠、磺酸苯基-磺酸苯基偶氮基-吡唑啉酮-羧酸三钠、磺基-萘偶氮基-萘酚-二磺酸三钠、双[4-(N-乙基-N-3-磺酸苯甲基)氨基苯基]-2-磺酸甲苯基二钠、羧基苯基-羟基--四碘-呫吨-酮二钠盐水合物中的一种或几种。
较为具体的，所述载体物质为改性壳聚糖、聚丙烯酸水凝胶、明胶、改性海藻酸钠、琼脂中的一种或几种。
较为具体的，所述步骤2)中分别用溶剂溶解选择的指示物质和载体物质制备成相同浓度的溶液，并按照一定的混合比例配制混合液，将混合后的溶液充分加热混合，加热温度80-100℃。
较为具体的，所述步骤2)中指示物质与载体物质的混合比例为0.05-0.2％。
较为具体的，所述步骤3)具体为将混合后的溶液趁热分装入透明管中，电磁感应封口。
较为具体的，所述透明管采用聚丙烯材质，其直径2-3cm、高度为10-15cm。
较为具体的，所述步骤4)中指示管与电子束能量关系的模型确定具体内容如下：
a)能量指示管垂直包埋细砂中，管子上端与细砂保持同一水平；
b)上述指示管置于不同能量的电子加速器的下辐照，辐照剂量控制在4-10kGy范围之内，分别测量出不同电子束能量下指示管的变色深度；
c)不同电子加速器的能量检测按照GB/T25306进行检测，通过数据拟合，获得指示管变色深度与能量关系的模型，显著性P必须小于0.05。
较为具体的，所述溶剂为水或浓度0.5-2％醋酸，该溶剂分别溶解指示物质和载体物质制备成浓度0.1-10％的溶液。
较为具体的，所述电子加速器束流方向保持与能量指示管平行。
本发明具有以下有益效果：
与现有技术比较，本发明建立了一种快速测定电子加速器束流能量的方法，通过预制辐照能量指示管，依据指示管变色深度与对应能量关系式，计算出相应的电子束能量，该方法极为快捷、操作简单，能实现电子加速器束流能量的快速检测，其突出优点是充分依据电子束辐照的效应和机理，将束流能量测量从常规方法的间接推算到直接表征，进而达到快速测定能量的目的。具体优点表现在以下方面：
1、实现电子加速器能量的快速检测目的，通过检测辐照后的电子束能量指示管变色深度，结合已知的模型关系，即可以计算出电子束能量，该方法与传统国标相比，大大简化了检测步骤，在实际操作中，经比较应用本发明方法进行束流能量快速检测，检测用时约10分钟，检测结果与常规铝片叠层法相比，检测用时减少100分钟以上，减少检测时间90％以上，极大地缩短检测时间。
2、本发明方法在实际应用中操作极为简便，本发明方法在操作仅需控制辐照剂量在4-10kGy范围内，通过测量变色深度即可完成检测，而传统检测方法，需要检测辐照前后薄膜剂量计的吸光度变化，初步计算出其吸收剂量，进一步分析吸光度与吸收剂量变化，获得束流实际射程，最后通过该射程计算出电子束能量，相比而言，本发明的快速检测方法是极其方便快捷。
3、检测值结果稳定，与传统常规方法相关，其误差≤3％，由于该快速检测方法操作极为简单、快捷，因此检测结果稳定。
附图说明
图1为能量指示管垂直包埋细砂中位置示意图。
图2为实施例1指示管变色深度与电子束能量关系；
图3为实施例2指示管变色深度与电子束能量关系；
图4为实施例3指示管变色深度与电子束能量关系。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-4所示，一种快速测定电子加速器束流能量的方法，该发明的主要过程为：快速检定电子束能量指示管的预制，指示管与电子束能量关系的模型确定，基于能量指示管的电子束能量的快速检测方法，本发明的步骤如下：
指示物质和载体物质选择：指示物质为叶绿素铜钠、磺酸苯基-磺酸苯基偶氮基-吡唑啉酮-羧酸三钠、磺基-萘偶氮基-萘酚-二磺酸三钠、双[4-(N-乙基-N-3-磺酸苯甲基)氨基苯基]-2-磺酸甲苯基二钠、羧基苯基-羟基--四碘-呫吨-酮二钠盐水合物中的一种或几种，载体物质为改性壳聚糖、聚丙烯酸水凝胶、明胶、改性海藻酸钠、琼脂中的一种或几种。溶剂为水或0.5-2％醋酸；
指示物质和载体物质配制：分别用适当溶剂溶解，制备成0.1-10％的溶液，两种溶液混合，指示物质：载体物质的混合比例为0.05-0.2％。将混合后的溶液充分加热混合，加热温度80-100℃，备用；
指示管1的制备：将上述混合的溶液趁热分装，容器为直径2-3cm、高度为10-15cm的塑料容器中，电磁感应封口，该指示管可在常温保存，保质期9-18个月。
指示管1与电子束能量关系的模型确定：电子束能量指示管垂直包埋细砂2中，包埋细砂还可以通过其他模具进行替代，其主要作用在于，排除测试中干扰射线，使管子上端不要暴露在空气中，管子上端与细砂2保持同一水平(如图1所示)；上述指示管置于不同能量的电子加速器的下辐照，保持与电子加速器束流方向平行，辐照剂量控制在4-10kGy范围之内，分别测量出不同电子束能量下指示管的变色深度；不同电子加速器的能量检测按照GB GB/T25306进行检测，电子束能量指示管变色深度与对应能量关系通过数据拟合，变色深度与电子束能量关系模型，显著性P必须小于0.05。
基于能量指示管的电子束能量的快速检测：按照上述方法，用刻度尺测量出辐照后电子束指示管的变色深度，通过上述指示管与电子束能量关系的模型计算被测量的电子加速器的束流能量。
实施例1：
选择叶绿素铜钠、磺酸苯基-磺酸苯基偶氮基-吡唑啉酮-羧酸三钠、磺基-萘偶氮基-萘酚-二磺酸三钠这三种指示剂，浓度分别控制在1％水溶液，载体物质为改性壳聚糖、明胶的浓度为0.1％，混合加热至90-100℃，注入直径2.2cm,高度为12cm的高密度聚丙烯试管中，采用电磁感应封口，该指示管可在常温保存，保质期9个月；将电子束能量指示管1垂直包埋细砂2中(如图1所示)，管子上端与细砂保持同一水平，保持与电子加速器束流方向平行，辐照剂量控8-9kGy范围之内，测量出不同电子束能量下指示管的变色深度，电子束能量指示管变色深度与对应能量关系为：E＝0.62781+0.19775X+7.19015×10-4X2(如图2所示)，用刻度尺测量出辐照后电子束指示管的变色深度，通过上述指示管与电子束能量关系的模型计算被测量的电子加速器的束流能量。
实施例2：
选择磺基-萘偶氮基-萘酚-二磺酸三钠、双[4-(N-乙基-N-3-磺酸苯甲基)氨基苯基]-2-磺酸甲苯基二钠这两种指示剂，浓度分别控制在0.8％的0.5％醋酸溶液，载体物质为明胶、改性海藻酸钠的浓度均为0.05％，混合加热至90-100℃，注入直径2.2cm,高度为15cm的高密度聚丙烯试管中，待指示剂凝固后，采用电磁感应封口，该指示管可在常温保存，保质期12个月；将电子束能量指示管1垂直包埋细砂2中(如图1所示)，管子上端与细砂保持同一水平，保持与电子加速器束流方向平行，辐照剂量控制在8-9kGy范围之内，测量出不同电子束能量下指示管的变色深度，电子束能量指示管变色深度与对应能量关系为：E＝0.59164+0.20399X+7.06917×10-4X2(如图3所示)，用刻度尺测量出辐照后电子束指示管的变色深度，通过上述指示管与电子束能量关系的模型计算被测量的电子加速器的束流能量。
实施例3：
选择羧基苯基-羟基--四碘-呫吨-酮二钠盐为指示剂，浓度控制在2％的2％醋酸溶液，载体物质为琼脂，浓度为0.2％，混合加热至90-100℃，注入直径2.2cm,高度为10cm的高密度聚丙烯试管中，待指示剂凝固后，采用电磁感应封口，该指示管可在常温保存，保质期18个月；将电子束能量指示管1垂直包埋细砂2中(如图1所示)，管子上端与细砂保持同一水平，保持与电子加速器束流方向平行，辐照剂量控制在8-9kGy范围之内，测量出不同电子束能量下指示管的变色深度，电子束能量指示管变色深度与对应能量关系为：E＝0.75607+0.19232X+7.14738×10-4X2(如图4所示)，用刻度尺测量出辐照后电子束指示管的变色深度，通过上述指示管与电子束能量关系的模型计算被测量的电子加速器的束流能量。
与现有技术比较，本发明建立了一种快速测定电子加速器束流能量的方法，通过预制辐照能量指示管，充分利用电子束辐照对指示物的变色效果，测量出变色深度，依据指示管变色深度与对应能量关系式，计算出相应的电子束能量，该方法极为快捷、操作简单，能实现电子加速器束流能量的快速检测，其突出优点是充分依据电子束辐照的效应和机理，将束流能量测量从常规方法的间接推算到直接表征，进而达到快速测定能量的目的。具体优点表现在以下方面：实现电子加速器能量的快速检测目的，由于采用电子束辐照的对指示物变色效应，通过检测辐照后的电子束能量指示管变色深度，结合已知的模型关系，即可以计算出电子束能量，该方法与传统国标相比，大大简化了检测步骤，在实际操作中，经比较应用本发明方法进行束流能量快速检测，检测用时约10分钟，检测结果与常规铝片叠层法相比，检测用时减少100分钟以上，减少检测时间90％以上，极大地缩短检测时间。本发明方法在实际应用中操作极为简便，本发明方法在操作仅需控制辐照剂量在8-9kGy范围内，通过测量变色深度即可完成检测，而传统检测方法，需要检测辐照前后薄膜剂量计的吸光度变化，初步计算出其吸收剂量，进一步分析吸光度与吸收剂量变化，获得束流实际射程，最后通过该射程计算出电子束能量，相比而言，本发明的快速检测方法是极其方便快捷。检测值结果稳定，与传统常规方法相关，其误差≤3％，由于该快速检测方法操作极为简单、快捷，因此检测结果稳定。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种快速测定电子加速器束流能量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)选择指示物质和载体物质；
2)配制混合溶液；
3)制备能量指示管；
4)分析辐照后能量指示管变色深度与电子束能量关系，确定计算模型；
5)测量能量指示管变色深度，计算出被测量的电子加速器的束流能量；
所述指示物质为叶绿素铜钠、磺酸苯基-磺酸苯基偶氮基-吡唑啉酮-羧酸三钠、磺基-萘偶氮基-萘酚-二磺酸三钠、双[4-(N-乙基-N-3-磺酸苯甲基)氨基苯基]-2-磺酸甲苯基二钠、羧基苯基-羟基--四碘-呫吨-酮二钠盐水合物中的一种。
2.根据权利要求1所述的快速测定电子加速器束流能量的方法，其特征在于，所述载体物质为改性壳聚糖、聚丙烯酸水凝胶、明胶、改性海藻酸钠、琼脂中的一种。
3.根据权利要求1所述的快速测定电子加速器束流能量的方法，其特征在于，所述步骤2)中分别用溶剂溶解选择的指示物质和载体物质制备成相同浓度的溶液，并按照一定的混合比例配制混合液，将混合后的溶液充分加热混合，加热温度80-100℃。
4.根据权利要求3所述的快速测定电子加速器束流能量的方法，其特征在于，所述步骤2)中指示物质与载体物质的混合比例为0.05-0.2％。
5.根据权利要求1所述的快速测定电子加速器束流能量的方法，其特征在于，所述步骤3)具体为将混合后的溶液趁热分装入透明管中，电磁感应封口。
6.根据权利要求5所述的快速测定电子加速器束流能量的方法，其特征在于，所述透明管采用聚丙烯材质，其直径2-3cm、高度为10-15cm。
7.根据权利要求5所述的快速测定电子加速器束流能量的方法，其特征在于，所述步骤4)中指示管与电子束能量关系的模型确定具体内容如下：
a)能量指示管垂直包埋细砂中，管子上端与细砂保持同一水平；
b)上述指示管置于不同能量的电子加速器辐照，辐照剂量控制在4-10kGy范围之内，分别测量出不同电子束能量下指示管的变色深度；
c)不同电子加速器的能量检测按照GB/T25306进行检测，通过数据拟合，获得指示管变色深度与能量关系的模型，显著性P必须小于0.05。
8.根据权利要求3所述的快速测定电子加速器束流能量的方法，其特征在于，所述溶剂为水或浓度0.5-2％醋酸，该溶剂分别溶解指示物质和载体物质制备成浓度0.1-10％的溶液。
9.根据权利要求1所述的快速测定电子加速器束流能量的方法，其特征在于，所述电子加速器束流方向保持与能量指示管平行。
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