CN215581839U - 一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置 - Google Patents

Abstract

一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置，包括产生磁场的磁性部件和对质子加速的粒子加速部件。所述粒子加速部件上设有束流引出管，所述束流引出管用于引出粒子加速部件内的束流。为了有效的屏蔽辐射源，所述靶部件伸入局部屏蔽组件，所述局部屏蔽组件用于慢化粒子。所述局部屏蔽组件贴合分层屏蔽装置，所述分层屏蔽装置包括N个液体层和N+1个固体层，固体层和液体层交错配置。所述分层屏蔽装置15的结构最优选的是铁水混合式分层屏蔽结构。本实用新型的一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置具有以下优点：有效的屏蔽辐射源，并通过结构减小占地面积、减少用铁量、降低屏蔽装置总重量。

Description

一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置

技术领域

本实用新型属于回旋加速器屏蔽设备领域，尤其涉及一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置。

背景技术

在现实生活中，放射性同位素在医学治疗、成像和研究中具有多种应用。可利用回旋加速器生产此类放射性核素，但回旋加速器工作时，放射性核素在旋转加速过程中，高能粒子与腔室内壁的碰撞和在靶区发生的核反应会产生大量辐射源。若不经屏蔽，则会对人体和周围环境造成巨大伤害。

CN206849510U提供了实用新型公开了一种辐射源屏蔽装置。辐射源屏蔽装置包括屏蔽壳，屏蔽壳上开设有第一开口和束流缝；第一滑轨固定在一安装面上，第一滑轨的第一端位于屏蔽壳的外侧，第一滑轨的第二端从第一开口处穿设进屏蔽壳内；第一屏蔽体，第一屏蔽体可滑移地设置在第一滑轨上，第一屏蔽体位于屏蔽壳外；导轨固定在安装面上，导轨的第一端位于第一屏蔽体背向屏蔽壳的一侧，导轨的第二端经由第一开口穿设过屏蔽壳；安装架可滑移地设置在导轨上，安装架上设置有辐射源。本实用新型提供的辐射源屏蔽装置，降低了拆卸和安装辐射源的难度，便于电子感应加速器的维护，射线源在辐射源屏蔽装置内的位置可以有效地调整，提高了成像的效果。

此专利中，降低了拆卸和安装辐射源的难度，提高了成像的效果。但设备笨重、占地面积大，没有充分考虑射线的分布特点，并不能有效的屏蔽辐射源。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置,以解决设备笨重、占地面积大、没有充分考虑射线的分布特点和不能有效的屏蔽辐射源的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型的具体技术方案如下：

一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置，包括磁性部件4和粒子加速部件1，所述粒子加速部件1上设有束流引出管2，束流引出管2上设有靶部件，靶部件20的对位设置具有空腔的局部屏蔽组件3，局部屏蔽组件3贴合分层屏蔽装置15，分层屏蔽装置15包括N个液体层和N+1 个固体层，固体层和液体层交错配置。

更进一步，所述磁性部件4是磁铁，磁铁贴合在分层屏蔽装置15。

更进一步，所述分层屏蔽装置15是铁水混合式分层屏蔽结构，铁水混合式分层屏蔽结构包括N个纯水层和N+1 个铁层。

更进一步，所述分层屏蔽装置15具有侧面和顶面，所述侧面和所述顶面都是铁水混合式分层屏蔽结构。

更进一步，所述分层屏蔽装置15侧面和顶面结构的纯水层数N=4，所述分层屏蔽装置15侧面的第一屏蔽层5厚度3cm，第二屏蔽层6厚度18.5cm，第三屏蔽层7厚度10cm，第四屏蔽层8厚度3．9cm，第五屏蔽层9厚度2cm，第六屏蔽层10厚度15cm，第七屏蔽层11是厚度3cm，第八屏蔽层12厚度10cm，第九屏蔽层13厚度2.5cm。

更进一步，所述分层屏蔽装置15顶面的第一屏蔽层5厚度3cm，第二屏蔽层6厚度8.5cm，第三屏蔽层7厚度10cm，第四屏蔽层8厚度3.9cm，第五屏蔽层9厚度2.5cm，第六屏蔽层10厚度15cm，第七屏蔽层11是厚度3cm。第八屏蔽层12厚度8cm，第九屏蔽层13厚度2.5cm。

更进一步，所述靶部件20伸入局部屏蔽组件3的空腔内。

更进一步，所述局部屏蔽组件3是具有腔室的五棱柱，局部屏蔽组件3两侧贴合有磁性部件4。

本实用新型还提供了另一种方案，所述靶部件20上设有靶屏蔽部件18，所述靶屏蔽部件18通过材料的特性对靶部件20进行屏蔽。所述靶屏蔽部件配合局部屏蔽组件3，提高屏蔽效果。

本实用新型的一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置具有以下优点：有效的屏蔽辐射源，并通过结构减小占地面积、减少用铁量、降低屏蔽装置总重量。

附图说明

图1为本实用新型的第一实施例的具体结构示意图；

图2为本实用新型的分层屏蔽装置的具体结构示意图；

图3为本实用新型的回旋加速装置的具体结构示意图；

图4为本实用新型的粒子加速部件的具体结构示意图；

图5为本实用新型的靶屏蔽部件的具体结构示意图；

图中标记说明：1、粒子加速部件；2、束流引出管；3、局部屏蔽组件；4、磁性部件；5、第一屏蔽层；6、第二屏蔽层；7、第三屏蔽层；8、第四屏蔽层；9、第五屏蔽层；10、第六屏蔽层；11、第七屏蔽层；12、第八屏蔽层；13、第九屏蔽层、14、底座；15、分层屏蔽装置；18、靶屏蔽部件；20、靶部件。

具体实施方式

为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置做进一步详细的描述。其中附图的填充仅用于区分部件。

一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置，包括产生磁场的磁性部件4和对质子加速的粒子加速部件1。所述磁性部件4数量最优选是四个，所述磁性部件4最优选的是磁铁。所述粒子加速部件1上设有束流引出管2，所述束流引出管2用于引出粒子加速部件1内的束流。束流引出管2上设有靶部件20，所述靶部件20和粒子加速部件1加速的质子进行核反应产生粒子。

为了有效的屏蔽辐射源，所述靶部件20的对位设置局部屏蔽组件3，所述靶部件20伸入局部屏蔽组件3的空腔内，所述局部屏蔽组件3用于慢化粒子。所述局部屏蔽组件3贴合分层屏蔽装置15，所述分层屏蔽装置15，包括N个液体层和N+1 个固体层，固体层和液体层交错配置，其中所述固体层为奇数层，所述液体层为偶数层。

由于固体中铁对粒子的减速好，液体中纯水的中子吸收截面大，对中子的慢化效果好，所以所述分层屏蔽装置15的结构最优选的是铁水混合式分层屏蔽结构。铁水混合式分层屏蔽结构包括N个纯水层和N+1 个铁层。当N=1时，铁水混合式分层屏蔽结构的第一屏蔽层是铁层、第二屏蔽层是纯水层、第三层是铁层，所述三个屏蔽层交错配置。所述交错配置的结构占地面积更小、铁量更少、屏蔽装置总重量更轻，屏蔽整体效果更好。

所述第一屏蔽层利用铁与粒子的非弹性碰撞，对速度快的粒子进行减速。所述第二屏蔽层利用纯水和粒子的弹性碰撞来慢化粒子。纯水的中子吸收截面大，对中子的慢化效果好

所述第三屏蔽层利用铁对粒子慢化过程中产生的高能γ射线和放射性废物进行屏蔽。所述第三屏蔽层通过与所述第一屏蔽层形成容腔来盛装第二屏蔽层。

其中分层屏蔽装置15的结构不能全是纯水层，首先没有铁层就无法固定纯水层，其次铁层具有对高速粒子减速和屏蔽放射性废物的作用。

如图1所述，为本实用新型的第一实施例。一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置包括粒子加速部件1。如图4所示，粒子加速部件1上设有束流引出管2，束流引出管上2设有靶部件20，靶部件20伸入局部屏蔽组件3的空腔内。局部屏蔽组件3的形状由周围部件决定，是用于配合周围部件的任意形状。局部屏蔽组件3的形状最优选的是具有腔室的多棱柱，多棱柱最佳横截面是五边形。所述局部屏蔽组件3可以更好和分层屏蔽装置15的第一屏蔽层5贴合。

局部屏蔽组件3可以是铅、铁、钨、铋、聚乙烯、石墨、铜等对高能中子和中能中子具有减速效果的材料，最优先的材料是含硼聚乙烯。局部屏蔽组件3两侧贴合有磁性部件4，所述磁性部件4是磁铁。磁铁贴合在分层屏蔽装置15的第一屏蔽层5上。

在该实施例中，如图1所示，所述分层屏蔽装置15具有侧面和顶面，所述侧面和所述顶面都是铁水混合式分层屏蔽结构，铁水混合式分层屏蔽结构的纯水层数N为不包括零的偶数，如图2～3所示，其中最优选的是N=4。多层结构的第一屏蔽层5是铁层，第一屏蔽层5外的第二屏蔽层6是纯水层，第二屏蔽层6外的第三屏蔽层7是铁层。第三屏蔽层7外的第四屏蔽层8是纯水层，第四屏蔽层8外的第五屏蔽层9是铁层。第五屏蔽层9外的第六屏蔽层10是纯水层，第六屏蔽层10外的第七屏蔽层11是铁层。第七屏蔽层11外的第八屏蔽层12是纯水层，第八屏蔽层12外的第九屏蔽层13是铁层。

屏蔽装置15的各层可以是任意厚度，最优选的是如下表所示的厚度：

底面14是安装加速器房间的地面，材料是混凝土。加速器间墙体是30cm厚的红砖。开机运行时在加速器间外取点位进行辐射剂量率探测，其中子剂量率为2.19X10⁴微西弗/小时，光子剂量率为4.01 X10⁴微西弗/小时。当使用分层屏蔽装置后，辐射剂量率在加速器间外取同样点探测，其中最大中子剂量率为0.253微西弗/小时辐射，最大光子量剂量率为2.033微西弗/小时。总剂量最大2.058微西弗/小时，低于2.5微西弗/小时，符合设计要求。

经过多次试验上述最优选的分层屏蔽装置15，其总重46.7t。其中，铁38.81t，纯水7.89t。分层屏蔽装置15屏蔽辐射源的效果最好、结构的占地面积少、装置的重量轻。

在使用时，开启粒子加速器1将加速的质子导向到束流引出管2的靶部件20上。质子与靶部件20核反应产生粒子，粒子经过局部屏蔽装置慢化。慢化的粒子与分层屏蔽结构的第一屏蔽层5非弹性碰撞，对速度快的粒子进行减速。穿过第一屏蔽层5的粒子通过与第二屏蔽层弹性碰撞来慢化粒子。穿过第二屏蔽层的粒子通过第三屏蔽层屏蔽粒子慢化过程中产生的高能γ射线和放射性废物。穿过第三屏蔽层的粒子与第四屏蔽层非弹性碰撞再次减速，穿过第四屏蔽层的粒子通过与第五屏蔽层弹性碰撞来再次慢化粒子，穿过第五屏蔽层的粒子通过第六屏蔽层再次屏蔽粒子慢化过程中产生的高能γ射线和放射性废物。穿过第六屏蔽层的粒子与第七屏蔽层非弹性碰撞减速，穿过第七屏蔽层的粒子通过与第八屏蔽层弹性碰撞来慢化粒子，穿过第八屏蔽层的粒子通过第九屏蔽层屏蔽粒子慢化过程中产生的高能γ射线和放射性废物。

本实用新型的第二实施例，包括实施例一所述的屏蔽装置，还包括位于屏蔽空间内的靶部件20。靶部件20上设有靶屏蔽部件18。所述靶屏蔽部件18可以是任意形状，所述靶屏蔽部件18对靶部件20局部或全面覆盖，通过材料的特性对靶部件20进行屏蔽。所述靶屏蔽部件配合局部屏蔽组件3，提高屏蔽效果。靶屏蔽部件的材料最优选的是含硼聚乙烯。

在使用时，开启粒子加速器1将加速的质子导向到束流引出管2的靶部件20上。质子与靶部件20核反应产生粒子，粒子先通过靶屏蔽部件进行初步屏蔽。初步屏蔽后的粒子经过局部屏蔽装置慢化，局部屏蔽装置慢化后通过分层屏蔽装置15屏蔽。

综上所述，第一实施例和第二实施例用纯水作为弹性碰撞减速层的原因是纯水的屏蔽效果优于混凝土。且纯水层可以达到减小占地面积、降低屏蔽装置总重量的目的。

本实用新型充分考虑到射线的分布特点，通过一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置有效的屏蔽辐射源，并通过结构减小占地面积、减少用铁量、降低屏蔽装置总重量。

可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置，包括磁性部件（4）和粒子加速部件（1），所述粒子加速部件（1）上设有束流引出管（2），束流引出管（2）上设有靶部件（20），其特征在于，所述靶部件（20）的对位设置局部屏蔽组件（3），局部屏蔽组件（3）贴合分层屏蔽装置（15），所述分层屏蔽装置（15）包括N个液体层和N+1 个固体层，固体层和液体层交错配置。

2.根据权利要求1所述的一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置，其特征在于，所述磁性部件（4）是磁铁，磁铁贴合分层屏蔽装置（15）。

3.根据权利要求1所述的一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置，其特征在于，所述分层屏蔽装置（15）是铁水混合式分层屏蔽结构，铁水混合式分层屏蔽结构包括N个纯水层和N+1个铁层。

4.根据权利要求3所述的一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置，其特征在于，所述分层屏蔽装置（15）具有侧面和顶面，所述侧面和所述顶面都是铁水混合式分层屏蔽结构。

5.根据权利要求1所述的一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置，其特征在于，所述分层屏蔽装置（15）侧面和顶面结构的纯水层数N=4, 所述分层屏蔽装置（15）侧面的第一屏蔽层（5）厚度3cm，第二屏蔽层（6）厚度18.5cm，第三屏蔽层（7）厚度10cm，第四屏蔽层（8）厚度3.9cm，第五屏蔽层（9）厚度2cm，第六屏蔽层（10）厚度15cm，第七屏蔽层（11）是厚度3cm，第八屏蔽层（12）厚度10cm，第九屏蔽层（13）厚度2.5cm。

6.根据权利要求1所述的一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置，其特征在于，所述分层屏蔽装置（15）顶面的第一屏蔽层（5）厚度3cm，第二屏蔽层（6）厚度8.5cm，第三屏蔽层（7）厚度10cm，第四屏蔽层（8）厚度3.9cm，第五屏蔽层（9）厚度2.5cm，第六屏蔽层（10）厚度15cm，第七屏蔽层（11）是厚度3cm，第八屏蔽层（12）厚度8cm，第九屏蔽层（13）厚度2.5cm。

7.根据权利要求1所述的一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置，其特征在于，所述靶部件(20)伸入局部屏蔽组件（3）的空腔内。

8.根据权利要求1所述的一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置，其特征在于，所述局部屏蔽组件（3）是具有腔室的多棱柱，多棱柱最佳横截面是五边形。

9.根据权利要求1所述的一种分层结构的回旋加速器屏蔽装置，其特征在于，所述靶部件（20）上设有靶屏蔽部件（18）。

Images