电子感应加速器在工业中材料无损检验中的应用
工业电子加速器
3---7.高频单腔加速器
3---3.高频高压加速器(Dynamitron)
见图4 能量: 0.5---4.5Mev 功率: 50---250kw 高频频率为120kHZ. 电压约150kv 特点: 在这种加速器中,把均压半环和高频电极之间的结 构电容器作为高压电容器.这些电容器具有很高的可靠性,这 是其他种类高压电源难以办到的.因此,这种加速器工作可靠. 美国技术,中国也在制造,大约有200台.
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结束
2008.3.21
3---5.绝缘芯变压器型加速器
参见图7. 能量: 0.5---3.0Mev. 功率: 50---200kw 这是美国高压工程公司的技术,现在由法国人经 营,绝缘芯变压器技术有专利,加速器质量较高,全世 界到处都有该公司的产品,估计有200多台. 这种加速器能量转换效率高,比较可靠.
3---6.谐振变压器型电子加速器
见图示 能量: 0.5---5.0Mev 功率: 最大50kw 发生器的工作频率约100MHz,脉冲最大宽度为 700us,重复频率为2---75Hz.加速器的效率约0.2. 这是俄罗斯的技术,北京原子能院进口一台,功率20kw, 能量2.0Mev. 这种加速器效率低,但是,辐照电缆很合适.
3---8. 电子直线加速器
水性高分子体系 生物医用材料 纳米材料的辐射化学制备 复合材料 辐射固化 半导体材科及器件的辐射改性 辐射技术在治理三废的应用 食品辐照贮藏保鲜 医疗卫生用品的消毒灭菌 ---.---. ---.
电子加速器辐射加工原理、应用及检测研究
电子加速器辐射加工原理、应用及检测研究电子束辐射技术作为一种高新技术，现已被广泛应用于固体物理、材料科学、工农业生产、医疗卫生等领域。
文章对电子束辐射技术的原理及应用进行了简要的概述，并对辐射检测研究现状进行探讨。
标签：电子束；辐射；电子加速器电子束辐射加工技术，是利用电子加速器（0.2MeV～10MeV）产生的高能电子束，对被辐射物质进行加工处理。
这种技术自从被应用于农业领域以后发展迅速，创造了巨大的经济效益[1]。
它有别于传统的机械加工和热加工技术，因而被誉为人类加工技术的第三次革命[2]，其特点是电子加速器发生的电子束有很强的穿透能力，可深入到物质分子内进行“加工”，这种“加工”在常温下进行，对被辐射物质的作用在于抑制发芽、延缓呼吸、杀虫灭菌、检疫处理等。
由于加工者是高能射线以及由它引发的高度活性中间物，而不是分子热运动，能耗低、无残留物、无环保问题。
因此电子束辐射技术是清洁的加工技术，而且其反应易于控制，加工流程简单，适合产业化、规模化生产。
例如，使高分子材料分别实现接枝、聚合、裂变或交联，抑制或刺激生物生长，有效地杀灭害虫、虫卵、病菌等。
1 高能电子束产生及辐射加工原理高能电子束的电子由电子枪产生，电子枪的阴极发射出电子，不断产生的电子汇聚在一起在高压电场的作用下速度被提高至0.3～0.7倍的光速。
通常电子束的直径为1～1.5cm，根据需要的不同，或利用电磁透镜汇聚成更细的束流，或利用扫描装置扩展成扇面束流。
高能电子束与物质的相互作用，被处理的材料产生电离或者激发，形成自由基，自由基或者其他激活态基团能构成新的分子形式。
电子束辐射加工原理在于破坏化学键的同时伴随生成新的化学反应，有机物分解或者原子错位等。
作为一种加工过程，电子束处理的基本效应是引起物理效应，以及化学结构的变化。
2 电子束辐射加工技术的应用2.1 工业中的应用2.1.1 辐射加工辐射加工包括辐射交联、辐射固化、辐射硫化、辐射降解及辐射接枝改性。
电子感应加速器在工业中材料无损检验中的应用
电子感应加速器在工业中材料无损检验中的应用院系：核科学技术学院专业：辐射防护与环境工程指导老师：曹锦佳学生：黎国全学号：20114180130摘要无损检验在工业生产中是一个非常重要的环节。
而利用加速器产生x 射线、中子（以下我们简称辐射探伤）等又是工业中常常使用的且行之有效的方法之一。
由于传统的x光机、Co-60探伤机的能量低，远远满足不了工业无损检验的需要。
教材中主要介绍了电子直线、电子回旋和电子感应加速器。
根据我本学期所学《加速器物理基础》课程和结合多方面了解到关于加速器的知识。
本文只介绍电子感应加速器在无损检验中的应用。
主要调查研究加速器探伤与传统探伤法的优势。
资料显示，运用电子感应加速器探伤技术方法主要有三种，辐射照相、辐射测量、图相显现。
最后我将简要介绍辐射照相技术的原理和操作步骤。
关键词加速器、辐射探伤、一、电子感应加速器工作原理感应型加速器的基本原理是用随时间变化的磁通量产生涡旋电场来加速带电粒子。
由电磁感应定律可知：如果磁感应强度随时间变化，就会感生出涡旋电场。
涡旋电场的分布和大小分别由磁感应强度的空间分布及其随时间变化的速率决定【6】符合一定条件的电子，被涡旋电场连续地加速，经过多次的累积得到较高的能量。
如果在整个加速过程中，电子能绕涡旋电场运动达到百万圈，那么即使每圈获得数十eV,但最终叠加后能达到数十MeV 设计的加速器为保证电子能加速到预定能量，必须对加速器磁通提出相应的要求。
由<< 加速器物理基础>>教材中推论出加速磁通变化量与电子能量的增加量的关系式：2 rW = 2 r p【5】c二、传统探伤方法的一些主要缺点我这里主要论述的几种工业上常用的探伤方法，以此对比说明电磁感应加速器探伤的优势。
目前工业上使用的探伤方法有：磁力、超声波、X光机、Co-60 丫源。
其中磁力探伤【3】方法不能区别缺损性质，只局限于检查表层外伤，厚度超过20mm时无效。
而超声波探伤检查厚度虽然大，但是毫米以下的工件无法检查。
电子加速器及其应用领域_梁宏斌
2012年3月（上）科技创新科技创新与应用电子加速器及其应用领域梁宏斌张玉宝王强斯琴图雅（黑龙江省科学院技术物理研究所，黑龙江哈尔滨150086）1国外电子加速器发展英国科学家柯克罗夫特和爱尔兰科学家沃尔顿在1932年建成世界上第一台直流加速器———直流高压加速器。
1933年美国科学家范德格拉夫发明了静电加速器。
这两种加速器都属直流高压型，能量最高只能到10MeV。
1932年美国科学家劳伦斯建成了回旋加速器，通过它获得了人工放射性同位素。
1952年柯隆李温斯顿和史耐德发表了强聚焦原理的论文，使加速器能够获得更高的能量。
之后，强聚焦原理在环形或直线加速器中被普遍采用。
1940年世界上第一个电子感应加速器诞生，其能量可以达到100MeV。
1960年陶歇克首次提出了采取两束加速粒子对撞的方式，用于高能反应或新粒子的产生，并通过对掩机上的实验验证了这一原理。
至今全世界已建成1300多台电子辐照加速器。
美国、俄罗斯、日本、法国、比利时等多个国家能够生产电子辐照加速器。
国外辐射加工产业的电子辐照加速器发展呈现如下特点：（1）电子辐照加速器装置在数量上大幅度增加的同时，产品质量在不断提高，结构紧凑，易操作，维修方便，并且长期运行稳定性、可靠性及智能化水平等有明显提高；（2）电子辐照加速器向低能段和高能段延伸，地那米电子加速器从500kV 至5.5MeV、60-100mA；梅花瓣型电子加速器能量10MeV、功率500-700kW已进入市场；（3）新型电子辐照加速器研发成功。
法国帕莱索技术研究所研发成功桌面型电子加速器；美国RPC公司研制成功的"宽束机"全新型多灯丝电子帘加速器；俄罗斯成功地研发出EA10/10型环形电子加速器，其能量5-10MeV，电子束流5-10mA,束功率25-100kW可调。
2我国电子加速器的发展我国目前主要的电子加速器研制生产单位超过10家，电子加速器生产有了长足的进步。
加速试验法的及应用
加速试验法的及应用加速试验法是一种通过加速产品的使用环境和时间，以提前研究和分析产品在实际使用过程中可能出现的问题的方法。
在工程领域中，加速试验法可以用于产品的寿命预测、可靠性评估、故障分析等方面。
下面将详细介绍加速试验法的原理和应用。
一、加速试验法的原理加速试验法的基本原理是通过提高产品的工作负载、加大环境条件、应用特定的材料损伤机制等方式，加速产品的老化和失效过程，从而在较短时间内观察和获得产品失效的数据。
具体来说，加速试验法的原理包括以下几个方面：1. 保持加速试验条件与实际使用条件之间的相似性。
加速试验的结果只有在试验条件与实际使用条件有着相似性的前提下才能作为可靠性评估的依据。
因此，在进行加速试验时，需要尽可能模拟产品的使用环境和加载条件。
2. 应用加速因素。
加速因素是指在加速试验中所使用的一些能够加快产品老化和失效的物理或化学过程。
常见的加速因素包括温度、湿度、振动、电磁辐射等。
通过调节加速因素的数值，可以使产品在较短时间内经历相当于多年或多个月甚至更长时间的使用过程。
3. 基于加速因素的失效模型。
加速试验过程中，需要建立基于加速因素的产品失效模型，用于预测和分析产品的寿命和失效机制。
例如，温度是常用的加速因素之一，可以通过弗兰克方程等模型来预测产品在不同温度下的寿命。
根据失效模型的预测结果，可以进行产品设计和优化，以提高产品的可靠性和寿命。
二、加速试验法的应用加速试验法在工程领域中有着广泛的应用。
以下是其中几个典型的应用案例：1. 产品寿命预测。
通过加速试验，可以模拟产品在实际使用过程中可能遇到的各种环境和负载条件。
通过观察和记录产品在加速试验中的失效时间和失效模式，可以推断产品在实际使用中的寿命。
这对于产品的设计和维修计划制定具有重要意义，可以帮助企业降低成本，提高产品的可靠性。
2. 故障分析。
加速试验法可以帮助工程师们深入了解产品的失效机制和故障原因。
通过模拟产品在不同工作状态下的工作条件，可以清晰地观察到产品中的缺陷和故障。
电子加速器在辐照加工中的应用分析
发射功率15KW的加速器其价格在1000万人民币左右，大概相当于200～300万居里以上放射源的加工能力。钴源的国际价格是2美元/居里，200万居里的钴源价格是400万美元，合计人民币2800万元，这还不包括钴源退役后的处置费用。
二、电子加速器在辐照加工领域的应用
1、农产品加工领域
2、医疗卫生领域
医疗器械在使用中要求做到无菌。这就必须将微生物的含量控制在较低的水平。生产商使用环氧乙烷气体对产品进行消毒，能够抑制器械表面微生物的滋生。环氧乙烷在使用过程中会有残留，对人体造成伤害。电子辐照技术的出现恰好解决了这个问题。比如，医疗行业最常用的敷料、纱布和手套等，采用电子加速器进行消毒灭菌，能有效杀灭细菌，避免对患者开放性创口造成接触感染，更避免了环氧乙烷的二次伤害。除此外，在药品生产制造领域，也可以使用电子辐照，将成药、保健品中的有害病菌及时消除。
一、电子加速器的特点和优势
1、作用效率更高
以往传统辐照大多使用同位素钴-60（60CO）作为辐射源，但从作用效率来看尚不能满足生产的高要求。这主要是受到技术种类的局限，辐射源的能量等级较低，且能量作用方向呈放射状，无法聚集到单一方向，此类辐射源只适用于简单的消毒杀菌。与60CO源相比，电子加速器的功率大，一般为几十KW到几百KW，能量和束流强度可根据需要调整，作用方向上产生的剂量率要比60CO辐射源高出3到4个数量级，能量利用率高。使用传统60CO辐射源要数分钟才能完成的工作量，电子加速器辐照装置则能在数秒内实现。缩短了照射时间，提高了生产效率。此外，传统辐照的剂量吸收也不太稳定，而电子加速器可使剂量吸收不均匀率有效控制在5％以内。综上，电子辐照能够显著地提高加工的效率和质量，便于对大批量产品进行加工，可形成规模产业。
电子直线加速器的工作原理
通过加速管及波导系统，将能量有效地传输给电子， 同时保证系统的稳定性和效率。
能量损失与补偿
在加速过程中，电子会因辐射等原因损失能量，需通 过相应的技术进行补偿。
束流稳定性及聚焦技术
束流稳定性
束流品质优化
为确保电子束在传输过程中的稳定性 ，需采用束流稳定技术，如束流反馈 控制、束流诊断等。
通过优化加速器的设计参数和运行条 件，提高束流的品质因数（如亮度、 能散等）。
采用重物质（如铅、混凝土等）对加速器 周围进行屏蔽，减少辐射泄漏。
在关键部位设置辐射剂量监测装置，实时 监测辐射水平，确保人员安全。
安全标识
应急预案
在加速器周围设置明显的安全标识和警示 灯，提醒人员注意辐射安全。
制定完善的应急预案，包括人员疏散、紧 急停机、医疗救治等措施，确保在紧急情 况下能够迅速响应并妥善处理。
操作规范及注意事项
操作规范
在使用电子直线加速器进行放射治疗前，医 生需要制定详细的治疗计划，包括照射野、 剂量分布、照射时间等。治疗过程中需要严 格按照计划执行，确保治疗的准确性和安全 性。同时，医生还需要密切关注患者的反应 和病情变化，及时调整治疗方案。
注意事项
在接受放射治疗期间，患者需要注意保持良 好的营养和身体状况，避免过度劳累和精神 压力。同时，患者需要遵守医生的建议和治 疗计划，按时接受治疗和检查。此外，放射 治疗期间可能会出现一些副作用和并发症， 如恶心、呕吐、皮肤反应等，患者需要及时
真空技术
真空室设计
采用高真空度的真空室，降低电子与残余气体的 碰撞概率，提高电子束质量。
真空泵选择
选用高性能真空泵，实现快速抽真空，确保加速 器稳定运行。
真空度监测
实时监测真空度，确保加速器在最佳真空环境下 工作。
电子加速器辐照加工简介(1)
电子加速器辐照加工简介1 辐照加工技术简介辐照加工是一项通过高能射线对物质作用所产生的生物效应、化学效应及物理效应，对物品进行杀毒、灭菌、降解有毒有害物质、改善材料性能等的高科技绿色加工技术，具有能耗低、无残留、无环境污染、加工流程简单、易于控制以及加工处理后的产品附加值高等优势，被称为人类加工技术的第三次革命，已广泛应用于农业、医疗、化工、环保、矿产等诸多领域，且正向现代科学技术前沿和新领域渗透，产生了巨大的经济效益和社会效益。
用于辐照加工的高能射线主要有两种：一种是放射性同位素（如钴-60）释放的γ射线，另一种是电子加速器产生的高能电子束。
由于放射性同位素钴-60存在残留核废料处理等诸多弊端，逐渐由电子加速器技术所替代已成为世界公认的发展方向和主流。
无论在国内还是全世界范围，辐照加工技术已经获得了广泛的应用，辐照加工产业已经颇具规模。
目前世界辐照加工产品产值每年正以20%的速度递增，如美国九十年代中期辐照加工产品产值就已超过2000亿美元，占到了美国GDP的%。
辐照加工产业在提高世界科技水平，促进经济发展，推动高新技术产业化进程中发挥了突出作用。
辐照加工技术涉及高新技术、民用非动力核技术、环境保护、新材料、农林业新技术、新能源等六个国家重点发展的技术领域，一直是国家重点扶持与鼓励发展的行业。
2006年4月，该技术列入国家《产业结构调整指导目录(2005年本)》中的重点鼓励项目；2007年1月，列入国家《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2007年度）》中优先发展的高技术产业化重点项目。
根据国家发改委的计划，我国以辐照加工作为关键技术的产业规模将保持年均15%以上的增长速度、到2015年预计达到3000亿元，并将有力带动相关领域产业的发展。
目前，辐照加工主要采用钴60作为放射源，效率低、空闲能源浪费大，特别是放射源后续处理（即核废料处理）更是世界性的严重问题。
来自国际辐照加工行业相关重要国家的一份权威报告得出如下结论：放射性同位素辐射源具有高度危险性，应尽快由无危险性技术替代。
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电子感应加速器在工业中材料无损检验中的应用
院系：核科学技术学院
专业：辐射防护与环境工程
指导老师：曹锦佳
学生：黎国全
学号：20114180130
摘要
无损检验在工业生产中是一个非常重要的环节。
而利用加速器产生x 射线、中子（以下我们简称辐射探伤）等又是工业中常常使用的且行之有效的方法之一。
由于传统的x 光机、 Co-60探伤机的能量低，远远满足不了工业无损检验的需要。
教材中主要介绍了电子直线、电子回旋和电子感应加速器。
根据我本学期所学《加速器物理基础》课程和结合多方面了解到关于加速器的知识。
本文只介绍电子感应加速器在无损检验中的应用。
主要调查研究加速器探伤与传统探伤法的优势。
资料显示，运用电子感应加速器探伤技术方法主要有三种，辐射照相、辐射测量、图相显现。
最后我将简要介绍辐射照相技术的原理和操作步骤。
关键词
加速器、辐射探伤、
一、电子感应加速器工作原理
感应型加速器的基本原理是用随时间变化的磁通量产生涡旋电场来加速带电粒子。
由电磁感应定律可知：如果磁感应强度随时间变化，就会感生出涡旋电场。
涡旋电场的分布和大小分别由磁感应强度的空间分布及其随时间变化的速率决定。
▽t
B E ∂∂-=⨯ 【6】 符合一定条件的电子，被涡旋电场连续地加速，经过多次的累积得到较高的能量。
如果在整个加速过程中，电子能绕涡旋电场运动达
到百万圈，那么即使每圈获得数十eV ，但最终叠加后能达到数十MeV 。
设计的加速器为保证电子能加速到预定能量，必须对加速器磁通提出相应的要求。
由 <<加速器物理基础>>教材中推论出加速磁通变化量与电子能量的增加量的关系式：
p r W c
r ∆∙≡∆∙≈∆ππφ22【5】
二、传统探伤方法的一些主要缺点
我这里主要论述的几种工业上常用的探伤方法，以此对比说明电磁感应加速器探伤的优势。
目前工业上使用的探伤方法有：磁力、超声波、X 光机、Co-60 γ源。
其中磁力探伤【3】方法不能区别缺损性质，只局限于检查表层外伤，厚度超过20mm 时无效。
而超声波探伤检查厚度虽然大，但是毫米以下的工件无法检查。
而且检查时对工件表面的光洁度要求较高（华中工学院俞加文调查各家工厂资料显示光洁度要求达到w4）。
不能检查复杂工件的缺损形状。
且与波平行的裂纹无法探测到。
X 光机的主要问题在于需要消耗大量的软片和化学药品，操作流程也很复杂。
Co-60源的探伤技术没有太大的缺点，但是其防护要求高。
我从国外很多资料调查到，不少国外工人因为对Co-60源的防护不当，例如Co-60源意外丢失，误伤到工人及其家人。
其状况掺不忍睹。
三、电子感应加速器探伤的主要优势
采用电子感应加速器探伤有很多有点。
首先，由于它产生的的γ很硬，穿透能力很强，比如能量在31MeV的电子感应加速器所产生的γ射线穿透力为2000V的X射线装置的10倍。
这样对检查工件厚度大的缺损十分有效。
其次，由于照射场较宽，所以探伤所需时间较短。
第三，对检查的工件外形及其表面光洁度都没有特别的要求。
并且能区别瑕疵的性质。
具有很高的灵敏度。
下面是我截取的几幅不同探伤技术得到的工件图片【1】：
X射线 Ir-189的γ射线
Co-60的γ射线电子感应加速器的γ射线
由上图我们不难看出，用电子感应加速器照相比其它几种探伤技术都要清晰得多。
四、国外工业探伤用电子感应加速器发展情况
为了得到更为电子感应加速器在工业中应用的发展，我还调查研究了国外探伤用电子感应加速器。
得到一些粗略的结果，如上所说，由于电子感应加速器在工业应用中有很多的优势，在国外也得到了迅速的发展。
但在不同的条件和不同的需要下设计制造了各种不同能量和不同结构形式的探伤用电子感应加速器，并在实际应用过程中总结出了能量与强度的要求，以及应该采用的形式。
在此我简单叙述一下，实践证明，利用电子感应加速器的γ射线进行探伤，其伽马射线能量不是越高越好。
例如在钢管厂探伤用电子感应加速器能量在20-25MeV【2】时，钢对伽马射线的吸收最小，而γ射线所穿透的半厚度最大。
对单能的γ射线来说，能量为9MeV的射线具有最大穿透能力，但由于感应加速器实际所产生的射线是多能谱的，因此组合的穿透能力为最强时的能量为20 -25 MeV，当能量大于25MeV时，伽马射线在工件中会产生二次散射，其穿透能力比一次还要强。
这样的探伤结果会使照片质量变坏。
这就是目前世界各国大都采用20-25MeV范围的主要原因。
五、具体应用实例-----对石油钻井钻头进行无损探伤
用25MeV电子感应加速器产生的韧致辐射,对40个表面镶有金
刚石的石油钻头进行了无损探伤,搞清了钻头的结构,并发现6个钻头有裂纹性缺陷。
加速器探伤具有探伤厚度大(最大可达500mm)【3】、对工件表面光洁度无特殊要求、有较高的灵敏度(一般可达1％)、直观性好(能直接反映出工件内缺陷的形状及其位置)等优点,适用于复合材料及不同密度材料组成的工件的探伤。
实际上低能电子感应加速器无损探伤在工业上的应用非常普遍，特别是大型钢制压力容器的探伤。
由于射线能量高，可以对大型部件和厚的金属材料进行探伤。
它产生的韧致辐射强度大，射线照相所需时间更短，分辨率更高，与同位素放射源相比更为经济。
六、附（与电子感应加速器探伤相关的技术理论简介）【4】
轫致辐射穿过产品时一部分能量被吸收，故其能谱发生变化。
为定性的估计这种变化。
可以利用轫致辐射的平均能量加以说明。
从
图三可以看出，最大能量在10MeV 以下的轫致辐射，其平均能量同钢铁厚度的关系可以比较明显地分成两部分。
钢铁厚度从0~100~200mm ，平均能量一直在增加，这说明能谱中低能部分起主要作用；钢铁厚度大于100~200mm ，将发生相反的现象，平均能量开始缓慢下降，这说明能谱中的高能成分起主要作用。
资料显示，穿过产品的辐射由两部分组成，一部分是直接穿过产品与产品没有发生轫致辐射，另一部分是由各种次级辐射组成的散射。
故产品后面的辐射强度可以描述为：
I(D) = )()(0D I D I P + (1) 根据指数衰减定律：
D
e I D I μ-=00)( (2)
式中o I 为轫致辐射强度，μ是线性衰减系数，D 是产品厚度。
将（2）代入（1）中：
I(D) = D e D B I μ-)(0
式中 )
()(1)(0D I D I D B p += ,表明产品后面的散射辐射成分，称为累积因子。
累积因子不具有有益技术资料，它能把缺陷讯号弄模糊，使显示缺陷的条件变坏。
累积因子与照射场、产品厚度、辐射能量关系表示在图7上。
它表明：①一定范围内，照射场越大，累积因子越高。
超过这个范围，进一步增大照射场，累积因子不再增加。
②辐射能量在5—30MeV 的范围内，累积因子随钢铁厚度增大直线上升，直到
400mm厚度。
但是，能量在20—30MeV之内，累积因子的差别不明显。
因此，在这个能量范围内，累积因子对灵敏度的影响，如同积分衰减系数对灵敏度的影响一样，实际上不明显。
参考文献
【1】龚再仲：工业X射线探伤基础1957年07月第1版机械工业出版社。
【2】用31兆电子伏白期宁-波维利电子感应加速器进行非破坏性材料检查。
原子能快报。
2003，No，24.
【3】鄧菊生：工业磁力探伤法1958年。
科技出版社。
【4】一机部机械工业自动化研究所电子感应加速器组：粒子加速器及其应用1981年
【5】刘乃泉：加速器理论（第二版）清华大学出版社2004年8月。
【6】教材，陈佳洱：加速器物理基础原子能出版社1993年。