200 kV重离子加速器是为重离子源的研究和重离子束的应用而研制的。它由直流高压电源、离子源、加速管、磁分析器、真空系统、静电四级透镜、XY扫描系统、靶室和控制台等部分组成, 是我国第一台采用双潘宁型金属离子源的重离子加速器。对称式倍加电源负载能力大, 电压降和电压脉动小; 双潘宁型多电荷离子源和溅射元件可以引出从质子到氙的多种气体和金属离子, 为加速器的高性能多用途奠定了基础。分析和扫描系统、无油真空系统及多用途靶室, 为作出高水平的物理工作提供了条件。

该加速器已加速过19种离子, 并已用于各种材料的离子注入改性、化合物半导体的研制、辐射损伤、束箔光谱学、重离子辐照育种和生物遗传效应研究等诸多领域。

这台加速器是在原有建筑物里建造起来的。虽然离子能量很低, 辐射水平不高, 但由于未经正规的辐射防护设计, 安全状况并不十分清楚。我们在运行人员的大力协助下, 对其辐射场进行了测量, 并对其安全性给予初步评价。

1 测量点的布置和测量方法 1.1 测量点的布置

加速器的主体及其附属设备占据两层空间, 束流平面距地板2.1 m。在整个测量区域共布28个点, 分为三层。第一层的测量点布置如图 1所示, 共布20个点。其中1~12点均匀分布在以离子源为中心、半径1 m的圆周上, 距地板高度为1.5 m。因现场设备的空间布局比较复杂, 条件各不相同, 13~20各点布于加速器主体有关各处。加速器主体占据的一、二层之间部分区域无楼板相隔, 故在二层的控制台等有关位置布置了21~26各点。三层有关房间也布了两点(27, 28)。

1.2 测量方法

本加速器通常工作电压为110~130 kV。虽然加速过多种离子, 但为了使安全评价更具代表性、更可靠, 根据过去运行情况, 我们选取的实验条件是流强最大的⁴⁰Ar⁺束, 高压110 kV, 铜靶。

从理论和过去的测量数据分析, 总的来看, 200kV重离子加速器的辐射场有两个特点。①它是小型低能加速器, 与其它大中型能量较高的加速器相比, 它的辐射场是很弱的。②它的辐射场成份单一。这样低能量(总能量110 keV单核能2.75 keV)的弹靶组合不可能发生核反应(大大低于库伦位垒), 因而也没有中子产生。其辐射场只是单纯的韧致辐射, 即X射线。

由于辐射场弱, 许多测点剂量率很低, 用经过刻度的FD- 71A便携式仪表进行巡测和用LiF (Mg, Ti)-100M型热释光剂量计在固定位置测量相结合的方式。TLD每个测点放置一组三枚, 测后取平均值。

2 测量结果分析

打靶期间, 随时记录束流强度的变化和在该强度下的打靶时间, 见附表。由此得知流强在67-107μA范围, 按时间加权平均流强为83.7μA。加速器共打靶14h。经测量, 以4号点剂量最大, 为941μGy。用该点剂量值绘出1~12各点的等剂量曲线如图 2所示。13~28各点剂量范围为8.6~17.6μGy。

理论上, 离子源周围的剂量分布沿束流前进方向应是对称的。实际并不对称, 而以4号点剂量最大。造成这种状况的原因是加速器部件及其他附属设备对辐射的自屏蔽作用不同。这给运行中需要调整设备的人员提供了自我防护的依据。其余各点剂量均较小, 加速器现场与其周围测点的剂量相差不显著。

3 讨论与评价

由上述测量结果与分析可以看出该加速器的辐射水平确实很低(最大值为67.2μGy/h), 但另一方面也说明该加速器屏蔽不够合理, 存在缺陷。这主要表现在控制(台)系统不是单独设在一间房子里, 而是与加速器主体同在一室, 其间只有一个高2 m、宽2 m和厚6 mm的铅屏相隔。铅屏6 mm厚足够了, 但结构不合理。由于束流平面较高(2.1 m), 铅屏的高度和宽度都不足, 难以阻挡散射和部分直射的X射线, 对运行人员造成一些不必要的照射。再者是四周屏蔽也不够完整, 造成现场与周围剂量差别不大。

对于大中型加速器来说, 虽然辐射场很强, 但由于安全问题极受重视, 屏蔽与监测系统设置严密周到, 安全管理严格, 往往更为安全。有时反而对一些小型低能加速器的安全问题重视不够, 从而造成一些不必要的照射。

按现行国家标准, 放射性工作人员年剂量当量限值为50 mSv。这就意味着对每周工作40 h、每年工作2000 h的工作人员在屏蔽外的剂量率不得超过25μSv/h。本加速器13~28各测点剂量率(0.61~1.26μGy/h)远低于该值。虽然不会造成什么后果, 但仍应加强安全意识, 给予足够重视。

(作者对小加速器运行和发展室的领导和同志们的大力支持表示衷心感谢!)