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高能射线照相之直线加速器的结构、原理与操作

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高能射线照相

能量在1MeV以上的X射线被称为高能 射线。工业检测使用的高能射线大多数是 通过电子加速器获得的。工业射线照相通 常使用两种加速器,即回旋加速器和直线 加速器。

一、电子回旋加速器和电子直线加速器

二、高能射线照相的特点

三、高能射线照相的几个技术数据

四、直线加速器的结构、原理与操作(现以Varian公司的直线加速器为例,介绍直线加速器的结构、原理和操作)

五、高能加速射线的辐射防护

结构和原理

直线加速器由电流调整系统、控制操作台和主机三个部分组成。

(1)电流调整系统 380V的三相电经过稳压系统稳压后,经高压供电系统(H.V.p 系统)并通过调制解调器提供整个加速器各部分的电源。

(2)控制操作台 在控制操作台面板上可以预置摄片曝光时间和剂量(Gy数)。在透照过程中,若曝光时间与剂量数有一项已达到预置数时设备即停止射线输出。面板上还设有自锁控制故障的指示系统。如高压、真空、氟利昂真空、调制器门限位、挡板钥匙等联锁系统,只要有一个故障指示灯亮着,就无法使射线输出,必须排除故障以后才能输出射线。

(3)主机 主机是该设备的核心部分。主要由电子枪、加速管、靶、波导管、磁控管、自动频率调整系统、剂量测试系统、均整器、准直器及高真空系统、激光对焦系统组成。

直线加速器的总体布置如图8―4所示, 其工作原理如图8―5所示。

加速管是由若干微波谐振腔组成的耦合谐振腔列,为了减少电子在加速过程中的阻 力, 其表面粗糙度要求很高, 而且真空度要求达到10^-8~10^-9mmHg, 要比普通X光机高出2个数量级,这样的真空度是无法用机械泵来达到的。所以加速器使用了钛泵,并要求钛泵连续工作,以保证加速管内高真空度。

因为电子能量很高,靶散热十分重要,故加速器采用了散热性能好而原子序数并不太大的铜为靶材。

自动频率调整系统,即A.F.C系统,对整个机器的正常工作十分重要的。当环境温度变化时会引起加速管结构尺寸的变化,此时工作频率也应随之变化使之保持谐振,否则将引起射频电压和强度波动,甚至能导致整个机器不工作。A.F.C系统的主要作用就是用来实现自动跟踪,以使磁控管的工作频率始终等于加速管结构谐振频率,从而使整个机器正常工作。

射线剂量测试系统是放在靶前的电离式的计量仪器,用于测试射线的强度,并反馈到总控制台,以计算总的曝光剂量。

由加速器中产生的X射线辐射场,在横断面上的辐射强度很不均匀,线束中心的强度比中心以外部位的强度高出很多,射线能量越高,这种情况越显著。为了使射线束具有足够大的比较均匀的辐射场,工业高能X射线照相装置中经常采用均整器。均整器是一个用铅、钨等用重金属制作的挡块,整机出厂前已校正好。均整器改变辐射场均匀度的情况如图8-6所示。

准直器也由重金属做成,其作用是限制射出的射线束范围,使射线束更加集中,只照射需要照射的部位,减少散射线。

该设备还设有激光对焦系统,在射线照相时,可用该系统使射线中心束对准被照工件中心。使摄片操作更加方便、可靠。其原理是:用一镜面的金属薄平板,45°放置于射线中心线上,使反射激光束与射线中心线重合,来达到对焦的目的。

操作

首先应按该机器的说明书编制操作规程。操作人员必须熟悉该设备工作原理及操作程序。并经过严格培训后方可上机进行操作。

拍片的操作程序:

(1)按 RESET 待机键→ON 指示灯亮。

(2)按 ON 开机键→ON 指示灯亮。

(3)根据摄片曝光条件(可查曝光曲线)在时间设置和剂量设置手轮上设置曝光条件。

(4)打开 X-RAYS 钥匙开到 ON 档。

(5)按 RAED / COMPLETE → READ 灯亮,说明准备就绪。此时观察总控制台上的故障指示灯是否全部熄灭。若有指示灯亮应对该指示灯所代表的故障进行排除,使之全部熄灭。

(6)按 BEAM.ON 键→ BEAM.ON 指示灯亮并产生高能X射线。

(7)工作完毕必须按 STADBY 键使处于“备用状态”,即该机器其他部分已停止工作,只有钛泵还在工作,以保证该加速管内的高真空度。

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