CN112965099B - 一种电子加速器的能量测量方法 - Google Patents

Abstract

一种电子加速器能量测量方法，将所述的辐射变色计放置在电子加速器束流输出口，且所述的辐射变色计的长度方向沿束流方向；设置所述的电子加速器输出能量值，开启束流,在束流输出时间t后关闭束流；利用所述的变色长度测量单元测量所述的辐射变色计经加速器束流辐照后发生变色的变色区域长度L；计算束流能量E元。本发明可以在极短的时间内对辐射变色计能量进行测量，无需繁杂的计算过程，提高了电子加速器能量的测量精度，节省了测量时间，能够适用于需要方便携带且实现现场实时测量的工况。

Description

一种电子加速器的能量测量方法

技术领域

本发明涉及加速器能量测量技术领域，尤其涉及一种电子加速器的能量测量方法。

背景技术

目前，利用电子，大功率的电子束照射物品，一般是通过辐射效应达到材料的改性、杀菌消毒的作用。辐射所需要的装置，一种是钴60，一种是电子加速器。其中，电子加速器具有可控、能量高、辐照时间短、无核废物、不危害环境的优点。目前电子加速器能量的测量的做法有两种，一种是间接测量方法，首先对辐射变色计进行辐照，然后对辐射变色计进行能量测量得到电子加速器输出能量，但是采用该方法进行测量，测量时间较长，另外一种方法是直接测量方法，首先电子加速器输出电子束的同时，通过辐照盒得到电子加速器输出能量，但是采用该方法对实验人员技术要求较高。

在先技术1(李金海，一种电子加速器能量的在线测量装置，中国实用新型专利CN203133286U)提出了电子加速器在线能量检测装置，通过多丝靶来进行电子加速器能量测量，但是该装置对实验人员技术要求较高，测量误差不可控，测量精度无法保证，测量和校准时间过长，另外该装置中需要的测量器材的成本比较高。

在先技术2(徐华，肖林，一种电子加速器能量测量装置，中国实用新型专利CN211826541U)提出了电子加速器能量装置，通过若干个电极片来进行电子加速器能量测量，但是该装置需要若干个电极片进行测量，但是若干个电极片不可能每一片都一样，必然存在制造误差，导致测量结果存在误差。

在先技术3(陈义珍，李明等，高剂量水平吸收剂量测量用辐射变色薄膜剂量计研究，同位素，VOL.29，NO.1(2016),37-41)通过分光光度计测量辐射变色薄膜剂量计的吸光度，然后将测得辐射变色薄膜剂量计的单位厚度的吸光度变化量作为吸收剂量的函数来确定被照物质的吸收剂量，但是该方法对标准剂量计的单位厚度的均匀性要求较高，且操作步骤复杂，分光光度计及剂量计单位厚度测量设备成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子加速器能量测量方法，来满足对电子加速器能量快速且高精度测量需求，并且该测量方法无需繁杂的计算过程，能够适用于需要方便携带且实现现场实时测量的工况。

本发明的测量原理是：电子加速器输出的电子束直接照射辐射变色计，辐射变色计长度方向沿电子加速器束流方向放置，辐射变色计辐照前后物质颜色会呈明显梯度变化，并随着电子束能量的增加及电子束输出时间增加，靠近电子束输出方向的辐射变色计一侧的颜色深度逐渐加深并逐渐蔓延至辐射变色计另外一侧并形成颜色渐变区，通过变色长度测量单元测量辐射变色计变色长度。

本发明的技术解决方案如下：

一种电子加速器能量测量方法，该方法包括电子加速器，辐射变色计，变色长度测量单元，其特点在于，该方法的步骤如下：

步骤1、将所述的辐射变色计放置在电子加速器束流输出口，且所述的辐射变色计的长度方向沿束流方向；

步骤2、设置所述的电子加速器输出能量值，开启束流,在束流输出时间t后关闭束流；

步骤3、利用所述的变色长度测量单元测量所述的辐射变色计经加速器束流辐照后发生变色的变色区域长度L；

步骤4、计算束流能量E，公式如下：

E＝c₁L+c₂L²+c₃L³+c₄L⁴+…,

式中，c₁,c₂,c₃,c₄,…为辐射变色计的敏感度系数。

进一步，辐射变色计的敏感度系数通过实验拟合得到，具体拟合方法如下：

1、设置电子加速器输出能量值，开启束流,对所述的辐射变色计进行输出时间t辐照后关闭束流；

2、利用所述的变色长度测量单元测量所述的辐射变色计经加速器束流辐照后发生变色的变色区域长度L；

3、通过束流能量E的计算公式得到一个c₁,c₂,c₃,c₄,…的方程式；

4、重复步骤1，2，3，得到一组包含c₁,c₂,c₃,c₄,…的方程式，其中，需要得到的c₁,c₂,c₃,c₄,…的敏感系数的数量与c₁,c₂,c₃,c₄,…的方程式要一致；

5、通过求解方程式得到辐射变色计2的敏感度系数c₁,c₂,c₃,c₄,…。

所述的辐射变色计为辐照前后颜色呈梯度变化，且随着辐照剂量或辐照时间的增加，颜色深度逐渐加深的物体。

所述的辐射变色计是辐射变色薄膜剂量计、辐照变色标签。

所述的辐射变色计为受辐射变色固态物及承载受辐射变色固态物的容器。

所述的辐射变色计由聚乙烯醇缩丁醛、类丁二炔化合物、光引发剂、无水乙醇，凝胶组成的固态物，所述的容器为玻璃试管。

优选的，所述的变色长度测量单元是游标卡尺或直尺。

优选的，所述的变色长度测量单元由照明单元，成像镜组，面阵图像探测器，处理器组成；辐射变色计经照明单元照明，通过成像镜组成像至面阵图像探测器，由处理器采集面阵图像探测器的图像，经分析处理得到变色长度。

优选的，所述的变色长度测量单元由光源模块，光纤准直器，带编码器的运动平台，运动平台，光电探测器，信号调理单元，运动控制系统，处理器组成；光纤准直器将光源输出的光进行准直；带编码器的运动平台带动光电探测器与光纤准直器同步运动，并保证光纤准直器输出的光能够被光电探测器完全接收到，并持续快速读取信号调理单元的数值，直到信号调理单元输出的电压值等于设定阈值电压时，带编码器的运动平台及运动平台停止运动，经分析处理得到变色长度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明具有在极短的时间内得到辐射变色计能量，测量方法无需繁杂的计算过程，提高了电子加速器能量的测量精度，节省了测量时间，能够适用于需要方便携带且实现现场实时测量的工况。

附图说明

附图用来提高对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明实施例的电子加速器能量测量方法流程图；

图2是本发明实施例的电子加速器能量测量方法结构图；

图3是本发明实施例的变色长度测量单元第一实施例的结构示意图；

图4是本发明实施例的变色长度测量单元第二实施例的结构示意图；

图5是本发明实施例的变色长度测量单元第三实施例的结构示意图；

图6是本发明实施例的变色长度测量单元第二实施例的流程图；

图7是本发明实施例的变色长度测量单元第三实施例的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述.显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“向上”、“向下”“正前方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种电子加速器能量测量方法，采用的工具包括电子加速器1，辐射变色计2，变色长度测量单元3；

所述的辐射变色计2为辐照前后物体颜色是呈明显梯度变化，并随着辐照剂量或测量时间的增加，颜色深度逐渐加深的物体。市售的产品有美国的FWT-60系列辐射变色薄膜剂量计，P8100系列的辐照灭菌指示标签。

本实施例为自制的所述的辐射变色计2，由聚乙烯醇缩丁醛、类丁二炔化合物、光引发剂、无水乙醇，凝胶混合而成，该混合物颜色由辐照前的淡粉色变为辐照后的蓝色，且随着电子束能量的增加或电子加速器照射时间加长，混合物颜色深度逐渐加深。承载受辐射变色物质的容器为玻璃试管。通过实验拟合方法得到混合物的敏感系数c₁,c₂,c₃,c₄,c₅,c₆,c₇…，由于c₁,c₂,c₃,c₄的敏感系数可以满足能量测量需求，所以令c₅,c₆,c₇,c₈…＝0，该实验拟合方法如下：

1、设置所述的电子加速器1分别输出能量值0.4588Mev，0.8793Mev,1.2743Mev,1.6552Mev，并开启束流,对所述的辐射变色计2分别进行输出时间为2秒辐照后关闭束流的操作；

2、利用所述的变色长度测量单元3分别测量所述的辐射变色计2经电子加速器1的束流辐照后发生变色的变色区域长度，四次辐照后，辐射变色计2的长度分别是1mm,2mm,3mm,4mm；

3、通过束流能量E的计算公式得到含有c₁,c₂,c₃,c₄的方程组；

4、通过求解方程组得到辐射变色计2的敏感度系数c₁,c₂,c₃,c₄，c₁,c₂,c₃,c₄值分别是

c₁＝0.48251Mev/mm,

c₂＝-0.02607Mev/mm,

c₃＝0.00244Mev/mm,

c₄＝-0.0000542Mev/mm

电子加速器能量测量方法，包括如下步骤：

S1、将所述的辐射变色计2放置在所述的电子加速器1束流输出口，且所述的辐射变色计2长度方向沿束流方向；

S2、设置所述的电子加速器1输出能量值为2Mev，开启束流，在束流输出时间为5s后关闭束流；

S3、采集所述的变色长度测量单元3测量所述辐射变色计2经所述加速器1束流辐照后发生变色的变色长度区域长度10mm,基于变色区域长度10mm、束流输出时间为5s及受辐射变色物质的敏感系数

计算得到束流能量为4.1161Mev。

所述的变色长度测量单元3是能够测量所述辐射变色计2经所述电子加速器1束流辐照后变色长度的工具；

所述的变色长度测量单元3是游标卡尺或直尺；

图3是本发明变色长度测量单元第一实施例的结构示意图；如图3所示，能量检测单元由具有量程为500mm的直尺301构成；使用直尺3平行于所述的辐射变色计2，从辐射变色计2底端到指定所述的辐射变色计2颜色渐变区域的位置进行变色长度的测量。指定所述的辐射变色计2的颜色的渐变区域位置可以通过人的肉眼来进行指定，从而满足不同指定颜色渐变区域的所述的辐射变色计2的变色长度的测量。

图4是本发明变色长度测量单元第二实施例的结构示意图；如图4所示，所述的变色长度测量单元3由照明单元301，成像镜组302，面阵图像探测器303，处理器组成304；照明单元301向所述的辐射变色计2发射光信号，照明单元301的直径要大于成像镜组302的直径，并将光信号传输至成像镜组302，面阵图像探测器303位于成像镜组302的2倍焦距处；面阵图像探测器303将接受到的光信号转换成电信号并将该电信号传输至处理器304，该处理器304计算面阵图像探测器303采集到图像并计算出从所述的辐射变色计2底部到所述的辐射变色计2指定颜色渐变区区域位置的变色长度；可以通过处理器304调节面阵图像探测器303的曝光时间来指定需要识别所述的辐射变色计2颜色的渐变区域位置，从而满足测量不同指定颜色渐变区域的长度。

图5是本发明变色长度测量单元第三实施例的结构示意图；如图5所示，所述的变色长度测量单元3由光源模块301，光纤准直器302，带编码器的运动平台303，运动平台304，光电探测器305，信号调理单元306，运动控制系统307，处理器308组成；光源模块301与光纤准直器302相连；带编码器的运动平台303及运动平台304是垂直位移台，光纤准直器302垂直固定在带编码器的运动平台303上；光电探测器305垂直固定在运动平台304台面上，并保证光纤准直器302输出的光能够被光电探测器305完全接收到；光电探测器305与信号调理单元306相连；带编码器的运动平台303与运动平台304与运动控制系统307相连；运动控制系统307及信号调理单元306与处理器308相连。

设定信号调理单元306输出的输出阈值电压值为3.5V，此时带编码器运动平台303的光栅尺的分辨率为5nm,通过处理器308将带编码器的运动平台303,运动平台304竖直向下连续运动，直到遇到带编码器的运动平台303的限位开关为止，并同时将带编码器的运动平台303的编码器值清零。

通过处理器308将带编码器的运动平台303及运动平台304竖直向上进行连续运动，并持续快速读取信号调理单元306的数值，直到信号调理单元306输出的电压值等于阈值电压3.5V时，带编码器的运动平台303及运动平台304停止运动，运动控制系统307读取带编码器的运动平台的编码器数值，将该编码器的数值通过与带编码器的运动平台303的编码器的分辨率进行换算得到带编码器运动平台303精确的位移值，该位移值就是从所述的辐射变色计2底部到所述的辐射变色计2指定颜色渐变区区域的变色长度。并可以通过设置信号调理单元306输出的阈值电压值来指定的所述的辐射变色计2颜色的渐变区域，从而满足测量不同指定颜色渐变区域的长度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种电子加速器的能量测量方法，包括电子加速器，辐射变色计和变色长度测量单元，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、将所述辐射变色计放置在所述的电子加速器束流输出口，且所述的辐射变色计的长度方向沿束流方向；

S2、设置所述的电子加速器输出能量值，开启束流,在束流输出时间t后关闭束流；

S3、利用所述的变色长度测量单元测量辐射变色计经加速器1束流辐照后发生变色的变色区域长度L；

S4、计算束流能量E，公式如下：

E＝c₁L+c₂L²+c₃L³+c₄L⁴+…,

式中，c₁,c₂,c₃,c₄，…,为辐射变色计的敏感度系数；

所述的辐射变色计为辐照前后颜色呈梯度变化，且随着辐照剂量或辐照时间的增加，颜色深度逐渐加深的物体；

所述的辐射变色计为受辐射变色固态混合物及承载受辐射变色固态物的容器；

所述的受辐射变色固态混合物由聚乙烯醇缩丁醛、类丁二炔化合物、光引发剂、无水乙醇，凝胶混合而成，所述的容器为玻璃试管。

2.根据权利要求1所述的电子加速器的能量测量方法，其特征在于，所述的变色长度测量单元是游标卡尺或直尺。

3.根据权利要求1所述的电子加速器的能量测量方法，其特征在于，所述的变色长度测量单元由照明单元，成像镜组，面阵图像探测器，处理器组成；辐射变色计经照明单元照明，通过成像镜组成像至面阵图像探测器，由处理器采集面阵图像探测器的图像，经分析处理得到变色长度。

4.根据权利要求1所述的电子加速器的能量测量方法，其特征在于，所述的变色长度测量单元由光源模块，光纤准直器，带编码器的运动平台，运动平台，光电探测器，信号调理单元，运动控制系统，处理器组成；光纤准直器将光源输出的光进行准直；带编码器的运动平台带动光电探测器与光纤准直器同步运动，并保证光纤准直器输出的光能够被光电探测器完全接收到，并持续快速读取信号调理单元的数值，直到信号调理单元输出的电压值等于设定阈值电压时，带编码器的运动平台及运动平台停止运动，经分析处理得到变色长度。

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