[發明專利]屏蔽X射線輻射裝置

有效

• 申請號: 201780092459.0
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN110785820B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: J·蒂克納
• 申請（專利權）人: 澳洲快索有限公司
• 主分類號: G21F3/00
• 分類號: G21F3/00;G21F1/00;G21F5/00;G21F7/00;H01J35/16;G01N23/22
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 范可平

提供了一種屏蔽X射線輻射裝置，包括X射線源、X射線衰減屏蔽、中子衰減屏蔽和伽馬衰減屏蔽，所述X射線衰減屏蔽包括用于容納所述X射線源的細長空腔并且結合了用于容納樣品的區域。中子衰減屏蔽與X射線衰減屏蔽相鄰并基本上圍繞X射線衰減屏蔽，而伽馬衰減屏蔽與中子衰減屏蔽相鄰并基本上圍繞中子衰減屏蔽。在一些實施例中，提供了可移除樣品插入裝置，以將樣品插入到細長空腔中，并且該可移除樣品插入裝置由相鄰的材料塊組成，每個各個的塊具有厚度和組成，其基本上匹配X射線衰減、中子衰減和伽馬射線衰減屏蔽中的一個的厚度和組成。

技術領域

本文描述的實施例總體涉及屏蔽高能、高功率X射線源的屏蔽裝置。這里，高能表示能量在多MeV能量范圍內的X射線。具體地，實施例涉及一種用于屏蔽X射線源的裝置，其中X射線源旨在用于伽馬激活分析。具體應用涉及X射線源用于分析礦石樣品中的金和其它有價值元素如銀、銅和鉛的用途。還提供了一種用于優化X射線輻射裝置的屏蔽的方法。

背景技術

伽馬激活分析(GAA)，也稱為光子激活分析，使用高能X射線源以在樣品中的靶元素中誘發核反應，然后測量由激活樣品發射的衰變輻射以確定這些元素的濃度。

典型地，使用源產生多MeV能量范圍內的X射線，所述源使用裝配有轉換靶的電子加速器以經由軔致輻射過程產生X射線。常見類型的電子加速器是線性加速器或LINAC。

如果要以良好的靈敏度檢測低濃度存在的元素，則需要高強度X射線源。例如，可以使用5-10kW或更高的線性加速器束功率。本文所述的束功率是指入射到X射線轉換靶上的加速電子束的功率。這種高強度源產生大量的X射線輻射，通常在100-200西韋特(Sv)/min的范圍內，在距X射線發射點一米處測量。這種輻射水平給人員帶來嚴重的風險，并且必須使用適當的屏蔽來降低。

用于GAA的X射線源通常在至少7MeV的源能量下操作，并且可以在高達15MeV或甚至更高的能量下使用。源能量是指加速電子束的峰值能量，其對應于X射線軔致輻射光譜的端點能量。這些能量足夠高以在某些元素中誘發核反應。這些反應通常包括中子的產生，其存在額外的輻射危害。必須將屏蔽設計成還將可接近區域中的中子輻射水平降低到可接受的水平。

通常，用于工業應用的基于促進劑的系統分為三大類：

1.用于醫院環境中放射治療的那些。與這些系統相關的X射線源通常在范圍從幾MeV到15-18MeV的源能量下操作，但是具有相對低的功率(幾Sv/min的劑量率)和非常低的占空比(高達500Sv/周)。屏蔽通常通過建造具有回旋通道或“迷宮”的大體積混凝土“料倉”來提供通路。

2.用于工業滅菌或產物照射的促進劑，其通常在至多10MeV的源能量下操作。在這種類型的系統中，束功率可以非常高，大約為10-20kW或更高。此外，通過大體積混凝土結構提供屏蔽，其中待照射的目標在彎曲路徑上傳送以避免輻射流。也可以部署大型屏蔽門。

3.用于安全成像應用如貨物掃描的加速器。盡管在一些應用中可以使用高達9MeV的能量，但是這樣的系統通常在約6MeV的低源能量或雙能量模式(例如，在3MeV和6MeV之間交替)下操作。在這些系統中，束功率通常也非常低，并且中子產生不是重要的考慮因素。屏蔽通常包括圍繞加速器的鉛或鎢，以及鋼壁艙室。

部署用于GAA的大功率加速器源類型的傳統方法需要建造獨立的，專用的混凝土屏蔽。通常，所需的屏蔽厚度約為1.5-2.0m，這導致大的覆蓋區和數百至數千噸的質量。

用于加速器屏蔽的替代現有方法包括開發既提供X射線屏蔽又提供中子屏蔽的專用材料。一個示例包括與特殊X射線和中子吸收添加劑結合的混凝土混合物。然而，這種方法增加了所需屏蔽的總質量。

希望提供一種與適用于GAA的高能量、高功率X射線源一起使用的改進的屏蔽裝置。