利用电子加速器的电子线(束)进行辐射处理(又称辐射加工), 可提高有机材料的分子性能, 制成各种新型构料和复合材料。用电子辐照聚乙烯管或聚乙烯板, 比用其它方法处理的有更好的抗腐蚀性, 气闭性、水密性更优良, 且重量轻, 寿命长。由于这些优点, 电子加速器辐照处理技术发展很快。截至到1987年, 世界各地辐照处理用电子加速器已达625台, 国内37台^[1]。目前国内估计已超过50台, 成都地区有5台。

电子辐照物品时, 由于电子与物质的相互作用, 产生出X射线。这种X射线是辐射处理工作中不需要的, 对操作人员和工作环境有害而需要对其进行屏蔽防护的。但在电子辐射处理过程中, 电子与物质作用产生的X射线剂量在辐照厅、主机厅以及迷宫(路)内的剂量分布尚未见报道。为此对辐照厅内X射线剂量分布进行了测量。

1 方法与结果

测量的电子加速器有两种型号: JJ-2型电子静电加速器和GJ-2型高频高压电子加速器。前者除作辐射处理使用外, 还用作科学研究。后者纯粹用于辐射处理。加速器的电子通过钛窗后照射在需要作辐射处理的物品或材料上。测量电子与辐射处理物品或材料相互作用后产生的X射线剂量的布置如附图所示。图中1, 加速器电子扫描窗; 2, 电子束; 3, 受照物体支持架或辐射处理小车; 4, 电子辐照区; 5, 测量点; r, 测量点到电子辐照区中心的距离; a, 测量点相对于电子辐照区的距离; θ, 测量点相对于电子辐照区的张角。测量使用2570/IA型Farmer剂量仪的600 ml防护测量用电离室和FJ -347A X、γ辐射剂量仪。为了便于测量计数, 仪器配有20 m长的外连电缆。仪器用前经计量部门校准。测量的现场条件列于表 1。测量的部份结果列于表 2。

2 结果与讨论

(1) 电子加速器进行辐射处理时, 辐照厅内的X射线剂量水平是比较高的。加速器能量不超过2 M eV, 电子束流不超过10 mA时, 靠近电子扫描区域, X射线空气吸收剂量可达10 Gy/ min以上, 距电子扫描区3 m以外区域, X射线剂量高的也可达几个Gy/min。而且, 如果把软X射线成份的剂量也考虑在内, 剂量更高。例如, 距电子扫描中心距离r为1 m, 2 m, 3 m, 相对于扫描区间隔距离(Separation distance) a为0. 84 m, 1. 69 m, 2. 53 m的测量点的X射线剂量, 仪器有平衡罩时测出的X射线空气吸收剂量率分别为0. 018 4 Gy·min^-1, 0. 005 87 Gy·min^-1, 0. 001 15 Gy·min^-1; 仪器不用平衡罩时则分别为3. 78 Gy ·min^-1, 0. 938 Gy·min^-1和0. 151 Gy·min^-1。因此, 为了人员的安全, 防止误入辐照厅或者避免辐照厅内有人工作时的误启动机器, 是非常重要和非常必要的。

(2) 辐照厅内的X射线剂量随加速器的电压和电流的变化而变化。电压一定时, 辐照厅内测量点的X射线剂量随电子束流的增加而增大。电子束流一定时, 辐照厅内测量点的X射线剂量则随电压增高而增加。因此, 在考虑辐照厅的屏蔽防护时, 为了辐射安全, 应按加速器的最高电压和最大电流条件考虑。

(3) 辐照厅内X射线剂量水平与辐射处理的物品材料有关。不同的物品材料, 在辐照厅内贡献出不同的X射线剂量。随着物品材料的原子序数增高, 测量点的X射线剂量增大。例如, 由于钢铁的原子序数比铝水的高, 因而在同高压和电子束流的条件下, 在钢铁材料靶时测量点的X射线剂量比铝水材料靶的高。因此, 在电子辐照场的屏蔽防护设计中, 为了安全, 应按接受辐射处理物品材料中具有最高原子序数的物品材料来考虑辐射屏蔽防护问题。

(4) 电子辐射处理时, 电子扫描是在一个长条形范围内进行的。例如, 在1号加速器条件下, 电子扫描长度为120 cm, 宽为2 cm, 虽然辐照厅内的X射线剂量也随测量点到电子扫描区的距离增加而减少, 但却不像点源辐射场那样随距离平方反比规律变化, 而是像非点源辐射场剂量分布那样非均匀地缓慢地减少。因此, 考虑电子加速器的辐射防护问题, 不能按点源辐射的规律考虑, 否则会得不到安全和合理的结果。

(5) 根据电子扫描辐照的特点和现场实验, 可用下述线源辐射剂量分布理论估算辐照厅内的X射线剂量^{[2, 3]}

(1)

(2)

式中ε_i, 每单位电子扫描长度辐射出的X射线能量流率(g·rad· min^-1·cm^-2); ε, 与电子扫描区相隔距离为a (cm)的相对于电子扫描长度的张角为θ (弧度)的测量点处的X射线辐射能量流率(g·rad·min^-1·cm^-2) (a和θ的几何意义参看附图); (μ_en/ ρ), 能量为E(MeV)的X射线的空气质能吸收系数(cm²·g^-1); D, 测量点处的空气吸收剂量率(rad·min^-1)。利用1 Gy =100 rad的关系, 可将测量点处的吸收剂量率单位换为Gy·min^-1。这样得到的结果也列于表 2。比较可见, 用电子扫描进行辐射处理时, 辐照厅内的X射线剂量分布可用线源理论进行估算。除靠近电子扫描区(小于2 m距离)的位置外, 计算值一般高于测量值。当无现场实际测量值时, 用计算值来解决电子辐射处理工作中的建筑屏蔽问题, 完全能满足辐射防护安全的要求。

3 小结

电子束在辐射处理过程中, 由于电子与物质的相互作用, 向空间辐射出X射线。这种X射线剂量的大小, 与加速器设备的工作电压, 电子束流和接受电子照射的物品材料的原子序数有关, 也与测量点到电子扫描区的距离和相对方位有关。实验表明, 辐照厅内的X射线剂量可用线源剂量分布理论予以估算, 估算值可以较好地用于辐射防护工作中。