[發(fā)明專利]一種大功率電子輻照加速器X射線轉(zhuǎn)換靶

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610258352.6
• 申請日: 2016-04-22
• 公開（公告）號: CN105788695B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李金海;李春光;劉保杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國原子能科學(xué)研究院
• 主分類號: G21K5/08
• 分類號: G21K5/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于射線轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，具體涉及一種大功率電子輻照加速器X射線轉(zhuǎn)換靶。

背景技術(shù)

電子束輻照加工已成為食品、醫(yī)療用品安全控制和輻射化工等領(lǐng)域中的一項重要技術(shù)手段，但電子束穿透能力低，應(yīng)用受到一定的局限性。X射線具有較強的穿透能力，有利于大尺寸和高密度材料的輻照加工，因而具有廣闊的應(yīng)用空間。大功率高能X射線可以通過大功率高能電子束轟擊高原子序數(shù)靶材料獲得，通過電子與材料之間的軔致輻射過程釋放X射線。用于產(chǎn)生大功率高能電子束的電子加速器與直接產(chǎn)生X射線的鈷-60放射性同位素射線源相比，不會產(chǎn)生放射性廢物，關(guān)機后就不會有輻射照射問題，因此在行政審批和社會安全認可度等方面更具有優(yōu)勢。因此將電子束轉(zhuǎn)換為X射線的X射線轉(zhuǎn)換靶在輻照加工領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展空間。

為提高輻照生產(chǎn)效率，人們對輸出的X射線功率的要求越來越高。另一方面，為降低輻照生產(chǎn)成本，人們對電子束轉(zhuǎn)換成X射線的轉(zhuǎn)換效率的要求也越來越高。X射線功率與電子在物質(zhì)中的軔致輻射釋放的X射線總份額有關(guān)。X射線的轉(zhuǎn)換效率與軔致輻射碰撞截面和X射線被轉(zhuǎn)換靶的靶層板吸收程度等兩方面有關(guān)。為了提高軔致輻射碰撞截面，需要選擇原子序數(shù)盡可能高的靶材料；為了降低靶層板本身對X射線的吸收，靶層板材料的結(jié)構(gòu)尤其是厚度尺寸需要進行優(yōu)化，選擇一個最佳厚度。在穿透這個靶層材料后，剩余的電子能量一般對于X射線轉(zhuǎn)換份額不再有貢獻，而是需要低序數(shù)材料將其完全吸收變成熱能，否則剩余電子對輻照均勻度的影響不利。

為了提高X射線功率，除了需要提高X射線的轉(zhuǎn)換效率，還需要提高電子束的功率，電子束功率的提高會導(dǎo)致X射線轉(zhuǎn)換靶的發(fā)熱功率的增加，從而對X射線轉(zhuǎn)換靶的散熱能力提出更高的要求。由于工業(yè)使用的X射線能量通常低于10MeV，在這個能量范圍，電子與材料的相互作用過程中，80％以上的能量將通過熱能釋放。因此，功率越大的轉(zhuǎn)換靶對整體散熱能力的要求越高。一般轉(zhuǎn)換靶需要冷卻劑對轉(zhuǎn)換靶的靶材料層進行冷卻。

目前，這種大功率電子的X射線轉(zhuǎn)換靶結(jié)構(gòu)一般有兩種。一種是將靶材料層直接與熱導(dǎo)性能好的導(dǎo)熱金屬焊接在一起，再在導(dǎo)熱金屬上焊接導(dǎo)熱冷卻劑管道，如專利CN103208318A，所述。此種方法的缺陷是導(dǎo)熱金屬和導(dǎo)熱管道很難做薄，這會對X射線有一定的吸收作用，影響了X射線的產(chǎn)生效率，此外，其對剩余電子能量的吸收效果不會很好，對輻照均勻度的影響不利。另一種是采用靶材料層、冷卻劑層和輕質(zhì)材料密封層直接相疊，但其冷卻劑層的液體流很寬，容易導(dǎo)致液體流速度不均勻，為此設(shè)置了液體流的導(dǎo)向板，將液體層分為來去的折返流路，如專利CN103578895A和CN103578596A所述。此種方法的缺陷是冷卻劑需要密封在靶材料層和另一輕質(zhì)材料密封層之間，處于高壓高速流動的狀態(tài)，這對流道的管壁產(chǎn)生很大的壓力。輕質(zhì)材料密封層通常強度有限，因此在冷卻劑的壓力作用下，容易發(fā)生形變，這種壓力形變一般不能通過增加管道內(nèi)的加強筋解決。因為為了提高X射線的轉(zhuǎn)換效率，靶材料層、冷卻劑層和輕質(zhì)材料密封層的厚度越小越好。此外，導(dǎo)向板安裝難度大，因為輕質(zhì)材料密封層需要越薄越好，在薄層上固定導(dǎo)向板的難度很大，同時，導(dǎo)向板導(dǎo)致水路的水阻增加，從而導(dǎo)致靶材料層和輕質(zhì)材料密封層的形變惡化。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種大功率電子輻照加速器X射線轉(zhuǎn)換靶，能夠保證冷卻劑層流動速度均勻性好，冷卻劑散熱性能好，X射線的轉(zhuǎn)換效率高，電子射線的攔截效果好，結(jié)構(gòu)簡單、可靠穩(wěn)定，可以很方便地根據(jù)不同入射電子能量更換不同厚度的靶材料層。

為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種大功率電子輻照加速器X射線轉(zhuǎn)換靶，包括上框架和下框架，上框架為中空結(jié)構(gòu)，下框架的內(nèi)框上設(shè)有與下框架一體成型的輕質(zhì)材料密封層，上框架和下框架之間設(shè)有用于接受電子束流并將其轉(zhuǎn)換成X射線的靶材料層，上框架和下框架相連接，夾緊靶材料層，靶材料層與輕質(zhì)材料密封層之間形成冷卻劑層；下框架上設(shè)有入口管道和出口管道，該入口管道和出口管道均通過各自均勻分流的分流器與冷卻劑層相連通。輕質(zhì)材料是指由原子序數(shù)小于51的元素所組成的材料。

進一步，所述分流器為管道，分流器的軸線與靶材料層的表面平行，且與冷卻劑層相交；分流器管道的橫截面面積不小于冷卻劑層的橫截面面積。

進一步，所述分流器為管道，分流器的軸線與靶材料層的表面垂直，分流器與冷卻劑層的交接處形成分流縫。

進一步，所述靶材料層、冷卻劑層和輕質(zhì)材料密封層依次緊密相接。

進一步，所述下框架的內(nèi)框上開有用于冷卻劑層密封的密封槽。