超高频辐射论文（精选4篇）
超高频辐射论文 篇1
0 引 言
根据我国《核电中长期发展规划 (2005～2020年) 》的要求, 到2020年核电装机容量将达到4 000万千瓦, 从占总发电容量的1.8%上升至4%, 15年中将新建27个百万千瓦级的核电机组, 平均每年有2～3个核电机组开工建设, 因此对耐高温、耐辐射射频电缆的需求也逐渐增加。新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆的绝缘采用发泡SiO2, 其能够承受1 000 ℃高温和最大累积剂量为1010 Gy的γ射线, 可用于核电站核岛内探测仪器仪表中;该电缆保护层采用铁—不锈钢复合材料, 因此具有优异的机械性能和耐化学腐蚀性能, 可用于火箭的传感、点火装置, 大型涡轮喷气发动机的传感、点火、控制装置中, 也可广泛用于航空航天、军工、造船、钢铁、石油化工等行业。
1 性能要求
耐高温电缆是指在额定高温下能够正常稳定地工作, 信号传输性能不受影响, 具有较长的使用寿命的电缆。电缆在超过额定温度的环境下使用时, 易出现绝缘老化和焦烧现象, 导致电缆绝缘受损而不能使用。耐辐射电缆是指在特定环境下承受一定剂量射线 (α, β, γ, χ) 辐射后, 电缆的电气性能、机械性能基本没有变化或变化很小, 能正常稳定工作的电缆。有机高分子材料耐高温、耐高辐射电缆主要指的是氟塑料绝缘电缆、特种工程塑料绝缘电缆和硅橡胶绝缘电缆, 而电缆的耐高温、耐辐射性能则主要体现在有机高分子材料耐高温和耐辐射的能力上。表1是笔者汇集的氟塑料中的聚四氟乙烯 (PTFE) 、聚四氟乙烯—乙烯共聚物 (ETFE) , 特种工程塑料中的聚醚砜 (PES) 、聚醚醚酮 (PEEK) 、聚酰亚胺 (PEI) 和硅橡胶材料的耐高温和耐辐射的性能指标[1]。
由表1可知, 有机高分子材料中耐高温和耐高辐射性能相对最好的是PEEK, 其长期使用温度能达到260 ℃, 能承受的最大累积辐射剂量为107 Gy, 而采用发泡SiO2绝缘的新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆具有比PEEK绝缘射频同轴电缆更优异的耐高温和耐辐射能力, 其最高承受温度可达1 000 ℃甚至更高, 可承受最大累积剂量为1010 Gy的射线辐射。新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆的结构组成和选材说明可参见表2。
新型发泡SiO2绝缘耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆具有如下机械与环境性能:a.-273～1 000 ℃的很宽的工作温度范围, 短时间内可以承受的温度更高。b.耐辐射性能优异, 可承受最大累积剂量为1010 Gy的辐照, 适用于核反应堆核岛内和外太空的强辐射环境。c.其不锈钢护套对盐雾、液压油、航空煤油、环氧清除剂等有很好的抗化学腐蚀性能。d.很高的屏蔽性能, 其电磁纯铁护套的屏蔽衰减可以达到120 dB以上, 抗干扰性能非常优异。e.极好的抗震性能, 电磁纯铁-不锈钢复合材料能承受很大速度的冲击, 能够满足核电设备1E级抗震的要求。f.高耐磨性能, 其不锈钢外护套具有更高的耐磨性能。g.弯曲性能好, 同等性能指标下电缆直径小, 电磁纯铁-不锈钢复合材料在加工时采用连续退火, 使电缆更容易弯曲, 弯曲半径更小, 容易装在狭小的空间。h.恶劣环境中的寿命可达40年。
新型发泡SiO2绝缘耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆具有如下电气性能:a.低介质损耗, 相对介电常数最小可达1.56, 与微孔四氟乙烯的介电常数相当, 因此降低了电缆的衰减和电容。b.高耐压强度, 按等效绝缘厚度, 耐压强度为≥2 kV/mm。c.在高温下有很高的绝缘电阻特性, 在300 ℃时, 绝缘电阻≥109 Ω·m。d.可承受极高的功率, 是同尺寸普通PTFE电缆可承受功率的10～20倍。e.衰减稳定性较高。f.相位稳定性较高。
2 材料的选择
2.1内导体材料
新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆对内导体材料的要求除了具有高导电率和耐高温外, 必须具有较强的机械性能。银和铜是导电率很好的金属, 镍的耐温性能要比银和铜高得多, 这三种金属导体的性能如表3所示[2]。由表3可知, 银导电率最好, 但熔点较低;镍熔点高, 但常温电阻率是铜的4倍, 综合电阻率、熔点、抗拉强度及加工性能, 新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆内导体材料首选99.9%的无氧铜, 也可根据实际需求选取其它材料。
2.2绝缘材料
新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆采用发泡SiO2绝缘, 主要是由于SiO2具有稳定的物理和化学性能、良好的透光性、优良的耐高温性能;发泡SiO2绝缘具有很低的介电常数、低离子含量、低线膨胀系数、低应变等性能, 并且具有很强的耐辐射性能。新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆绝缘用的SiO2材料纯度高、均匀性好, 目前进口的高纯度SiO2和国产的高纯度SiO2经过处理后都可以满足性能要求, 新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆绝缘用SiO2的一些性能指标可参见表4。
2.3护套材料
电磁纯铁也叫电工纯铁 (electrical pure iron) 或阿姆科铁, 它是一种低碳、低硫、低磷且含铁量在99.5%以上的软磁材料。电磁纯铁具有以下基本特征:a.电磁屏蔽性能优异, 矫顽力Hc低, 磁导率μ高, 饱和磁感Bs高, 磁性稳定又无磁时效。b.纯净度高。电磁纯铁都经过多次精炼, 内部组织致密、均匀、优良, 气体含量少, 成品含碳量≤0.004%, 这为退火工艺创造了可靠条件。c.冷、热加工性能, 成型性和焊接性好。冷加工如车、墩、冲、弯、拉等都可以。热加工红脆敏感性小, 可保证在较大的温度范围内进行加工。d.表面质量好。具有良好的焊接和电镀性能。304L (00Cr19Ni10) 不锈钢又称奥氏体系不锈钢, 碳含量比0Cr19Ni9更低, 耐晶间腐蚀性优越, 无磁性、无热处理硬化现象, 热加工性好;具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能, 同时能够承受α、β、γ、χ射线的辐射。
3 生产制作
3.1导体整型
无氧铜的优越韧性使铜导体可用拉拔模进行整型, 将导体尺寸定位在规定的范围中。在拉拔过程中必须注意应选择合适的拉丝液, 将整型后要将拉丝液清洗干净, 以免在高温状态下对铜导体造成腐蚀或其他不良影响, 同时避免在特定环境中释放不良气体而对环境造成不必要的污染[3]。
3.2绝缘成型
新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆绝缘成型方法主要有粉末填充法、绝缘推挤法、串珠拉拔法。粉末填充法是将绝缘粉末处理后直接填充在内外导体间的空隙中, 经过多次拉拔及相应处理, 得到所需的尺寸及相关性能。绝缘推挤法是利用粉末冶金原理, 如同PTFE糊状挤出一样, 使用合适的助剂, 在推挤模具的作用下, 直接将绝缘层均匀地加工在内导体上。此技术属于国际先进技术, 难点在于材料配比、推挤设备、后处理工艺等几个方面, 我所科技人员正积极对此成型方法进行研究。串珠拉拔法是将绝缘制成一定形状的具有微孔结构的绝缘坯管, 串到内导体上, 套上外导体后, 经过多次拉拔在内外导体间形成绝缘的一种方法。我所科技人员对串珠拉拔工艺已有多年研究, 在助剂选择、坯管成型、烧结、串珠等工艺的掌握和控制上较为成熟, 能有效地控制绝缘偏心、绝缘介电常数、内孔及外径尺寸等关键参数, 满足不同客户对电缆性能的要求。
3.2.1 坯管成型
绝缘坯管成型采用干压法, 是将高纯SiO2经过一定表面处理后与助剂均匀混合, 装入模具内, 通过施加外压力, 使粉料压制成一定形状坯体的方法。
成型设备可采用两柱式液压成管机。成型工艺参数主要是加压方式、压力大小、加压速度和保压时间。加压方式宜采用双面加压, 压力大小要根据实际坯体形状、大小及所需坯体密度来决定, 对于本电缆绝缘坯体, 压力一般为几十MPa。加压速度与保压时间对坯体性能有很大影响, 为防止坯体开裂, 加压速度不宜过快, 保压时间不宜过短。
3.2.2 烧结
烧结的目的有:a.除去助剂, 因为新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆的绝缘在高温条件下绝缘电阻要求高, 所以不允许有杂质。b.控制绝缘体密度, 或者也可以说是控制绝缘体孔隙率或介电常数。助剂完全去除后在SiO2颗粒间留有空隙, 随着温度的升高, SiO2颗粒间由产生某种键合, 逐渐到颗粒向空隙传递, 随之密度逐渐增大, 介电常数逐渐增大, 同时坯体内孔及外径尺寸都有一定变化。对新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆绝缘既有耐压高的要求, 也有介电常数小的要求, 所以气孔率要控制在一定范围内, 同时烧结要在特定气体氛围中进行, 而且对烧结温度和烧结时间都有不同要求。严格控制烧结温度和烧结时间是均衡绝缘体介电性能和耐压性能的关键。
3.2.3 串珠
串珠就是按一定顺序紧密地在内导体上排列坯管形成绝缘的过程。串珠的好坏直接影响电缆最终的性能, 所以在串珠之前应对坯管进行挑选, 剔除有缺口、裂纹、尺寸偏差大的坯管, 串珠要按特定顺序, 要紧密, 坯管间不能留有空隙。SiO2坯管容易吸潮及粘附杂物影响性能, 所以串珠必须在干燥、防尘且温度合适的环境中进行。
3.3护套成型
护套成型就是电磁纯铁管和不锈钢管的成型。电磁纯铁管和不锈钢管都是软态, 可以采用拔管设备进行拔管成型。拔管过程中要根据电磁纯铁管和不锈钢管的抗拉强度和断裂伸长率合理选择模具, 根据具体需要可进行多次甚至十几次拔管, 但要注意的是每次拔管后电磁纯铁管和不锈钢管在形变过程中会产生很大的内应力, 表现在脆性增强, 需要在每次拔管后进行退火处理, 退火也需要在真空或特定气体的保护下进行, 退火温度可根据具体情况进行调整。护套成型过程中电磁纯铁管和不锈钢管都有不同程度的延长, 势必会引起绝缘和内导体的拉伸和延长, 所以在设计时应考虑绝缘和内导体的拉伸和延长, 合理设计内导体和绝缘的尺寸。
4 结 论
新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆是我国首个采用发泡SiO2绝缘技术的耐超高温和超高辐射射频同轴电缆, 可承受1 000 ℃高温和累积剂量为1010 Gy的辐射。它的研制可打破国外发泡SiO2绝缘射频同轴电缆对我国核电事业和航空事业发展的限制, 实现发泡SiO2绝缘射频同轴电缆的国产化, 并逐步产业化, 以满足核电、航空航天及其他行业对新型耐超高温、耐超高辐射射频同轴电缆的需求。
参考文献
[1]孙彩霞, 王复东, 马磊, 等.空间飞行器用电线电缆绝缘材料[J].绝缘材料, 2004 (2) :50-55.
[2]上海市电子电器技术协会.常用电工材料手册[M].上海:上海科学技术出版社, 1988.
[3]李俊祥, 徐婕, 莫晓芸, 等.新型耐高温导线的研制[J].光纤与电缆及其应用技术, 2009 (4) :18-21.
超高频辐射论文 篇2
关键词：作业场所,计算机,超高频辐射,工频电场
计算机给人们带来工作、生活及学习方面便利的同时也给长时间接触计算机者,造成电磁辐射的伤害。计算机的工作频率范围包括中波、短波、超短波段很宽的频带。它基本与工业、科技、医学高频设备(诸如高频淬火、高频焊接、介质加热、塑料热合等)、广播、电视、通信、雷达等射频设备的工作频段相同[1]。同时计算机使用交流电,也可能存在工频电场。为了掌握计算机电磁辐射的强弱和分布情况,笔者对某作业场所计算机周围的电磁辐射强度进行了检测、分析和评价。
1 对象与方法
1.1 调查对象
某作业场所普通台式计算机10台,笔记本电脑5台。
1.2 检测内容
测量指标:超高频辐射强度(频率为30~300 MHz)和工频电场强度(50 Hz);测量设备:超高频辐射强度测量设备采用电磁辐射分析仪(EMR-300)进行测量,探头测量频率范围为100 kHz~3 GHz;工频电场测量设备采用工频电磁辐射测量仪(ADL2010A),探头测量频率范围为5 Hz~100 kHz。
1.3 测量点选择
台式机选择:显示器屏幕表面、显示器背面表面、键盘表面、主机前、上、左、右、后侧表面8个检测点;笔记本电脑:显示屏屏幕、显示屏背面、键盘、电脑底部表面共4个点。为了避免环境非电离辐射本底值对测量结果造成的影响,在避开其他电器装置,距离计算机屏幕50 cm(操作位)测定辐射本底值。
1.4 测量方法
部分参照《工作场所物理因素测量 第1部分:超高频辐射》(GBZ/T [2])和《工作场所物理因素测量 第3部分:工频电场》(GBZ/T [3])执行[2,3]。
2 结果
2.1 计算机非电离辐射强度检测结果 本次调查对某作业场所10台台式计算机和5台笔记本电脑超高频辐射和工频电场强度进行了测量,每台台式机测量8个点,每台笔记本电脑测量4个点,每个电脑操作位测定1个点,共计115个点。检测点的分布和辐射强度值见表1。
注:台式计算机10台;笔记本电脑5台。
参照《工作场所有害因素职业接触限值 第2部分物理因素》对检测结果进行卫生学评价[4]。经分析,台式机、笔记本电脑超高频辐射合格率差异有统计学意义,校正χ2值为32.04,P<0.01该作业场所笔记本电脑高频电磁场超限率较高,辐射强度较大。台式机、笔记本电脑工频电场强度均符合GBZ 2.2-2007标准要求。见表3。
3 讨论
3.1 超高频辐射
超高频辐射强度主要分布规律表现为屏幕后表面和主机后表面的辐射强度比较高;笔记本电脑超高频辐射强度高于台式计算机,在笔记本电脑键盘表面、显示屏后表面超高频辐射已经接近甚至超过GBZ 2.2-2007对超高频辐射的限值要求。GBZ 2.2-2007是针对作业场所的标准,并不适用于非职业性接触。然而笔记本电脑是在人们日常工作、学习、生活娱乐中使用的,对其日常使用的超高频辐射限值要求,应该比GBZ 2.2-2007更加严格。同时,人们使用笔记本电脑的过程中接触距离非常近,所以本次调查结果提示我们,人群接触笔记本电脑超高频辐射强度总体水平可能是比较高的。
3.2 工频电场
在检测过程中发现,不同品牌,不同型号的台式电脑工频电场强度差别较大,不同品牌的显示器表面工频电场辐射强度可以相差几十倍,但都是在GBZ 2.2-2007规定的接触限值范围之内。
3.3 建议
保持较远的操作距离和缩短接触时间,是减少非电离辐射的有效办法。我们在距计算机屏幕50 cm的点检测了操作位的非电离辐射强度值,这个值既能基本反应当时测量环境电磁辐射的一个本底值,也是反应人员在通常情况下使用计算机实际接触非电离辐射强度水平(针对操作者头部而言)。从检测可以看出,在距离计算机屏幕50 cm以外,超高频辐射和工频电场的强度都下降了十几倍甚至几十倍,远远低于国家限值要求。所以,在使用笔记本电脑时应尽量避免将其长期放在腿上,应保持身体和电脑有一定的使用距离。从本次测定的数据和GBZ 2.2-2007标准可以看出,保持较远的计算机使用距离,缩短接触计算机时间,可以有效防止计算机非电离辐射对人体健康的影响。
鉴于笔记本电脑超高频辐射强度值较高,各类计算机辐射强度的巨大差异,建议补充完善电脑非电离辐射针对普通人群的标准限值,以达到更好的保护人群健康的目的。
参考文献
[1]赵玉锋.计算机电磁辐射危害与防护〔J〕.新安全,2003,(12):74-76.
[2]BGZ/T189.2-2007,工作场所物理因素测量第1部分:超高频〔S〕.
[3]BGZ/T189.3-2007,.工作场所物理因素测量第3部分:工频电场〔S〕.
超高频辐射论文 篇3
关键词：超高压,输电线路,电磁辐射
随着社会的不断发展和科技的不断进步, 越来越多的电子电器设备应用到人们的日程生活中, 而这些电器设备共同运行时可能消耗着几十万甚至数百万瓦时的电能, 用电量也大幅度增加也要求电力输电线电压等级的不断提高。此外, 在电压等级不变的情况下, 输电距离越远, 线路的电能损耗就越大, 因此要想降低远距离输电的电能损耗, 就必须提高输电电压。本文就超高压输电线路的电磁辐射给人们带来的危害展开讨论。
1 超高压输电线路的电磁特征
1.1 电场特征
当导线通电时, 导线周围会产生电场。特别是超高压输电线路, 导线周围的电场强度比一般的输电线路电场更强。不同电压等级下的输电线路, 其地面电场场强强度如表1所示。不难看出, 当输电线路的电压等级越高, 导线周围地面的电场强度越大。
超高压输电线路中的电场强度与导线对地高度有关。从表2中500 kV超高压输电线路中, 不同高度下的电场强度的我们可以看出, 当超高压输电导线距离地面越高时, 电场强度越小。
此外, 超高压输电线路中的电场强度还与导线参数、导线相序、相间距离等有关。具体来说, 当输电导线中的导线半径、分裂根数、分裂半径变大时, 电场强度变大;同相序排列比逆相序排列时的电场强度要大;而相间距离的不断增加, 输电导线中的电场强度也不断增加。
1.2 磁场特征
我们知道, 当导线中有电流通过时, 导线周围就会产生磁场, 而磁场的大小只与电流有关, 与电压无关。图1所示为不同杆塔类型和相导线布置方式下, 超高压输电线路中的磁场分布情况。从图1中我们可以看出, 前苏联V字塔导线水平布置的线路中的磁场强度最强, 而猫头塔塔形导线正三角布置线路下方的磁场强度最小。
2 超高压输电线路的电磁辐射的影响
电磁场对人体的影响有两种机理:一是外界电磁场在人体中感生的电流对神经细胞和组织细胞的刺激;二是人体器官组织由于吸收电磁场能量而产生的热效应。电磁场对人体健康的影响主要是第一种情况:现有的流行病学、实验生物学研究表明:长期在电磁场强度超限的环境中工作, 可以造成人体多系统的功能性损害、免疫系统的损伤, 甚至引发癌症。
3 可行的防护措施
3.1 增加导线对地高度
增加导线对地高度可减小超高压输电线路下的电场强度及磁感应强度。随着超高压输电导线对地高度的抬高, 电场强度及磁感应强度相应减小, 开始时减小显著, 以后减小程度逐渐缓慢。
3.2 选择合理的布线方式
导线在满足电气绝缘要求的情况下, 尽量使导线排列紧凑, 如采用同塔多回架设、单回路采用倒三角形布置等。这样不但可以削弱工频电场, 而且可以充分利用线路走廊, 节约土地资源。
3.3 采用下层架设较低电压等级的混合线路
布置在高电压线路下方的低电压输电线路对上方的高电压输电线具有屏蔽作用, 同时利用布置在下方的低电压输电线路产生的场强与上方的高电压输电线产生的场强叠加原理, 可有效降低线下的场强。对于磁场, 采用不同电压等级混合线路, 其作用不如电场明显。
3.4 屏蔽方式
我们可以通过种植树木、架设屏蔽线、穿戴防护服等方式进行屏蔽电磁辐射。研究表面, 3至4米高的植物能够将距离地面高度为1.8米的电场强度降低80%左右, 因此, 树木对电磁辐射的屏蔽作用非常明显, 我们在进行超高压输电线路架设时, 可以采用种植树木的方法来境地电磁场的辐射, 并将其纳入环保投资预算。而架设屏蔽线可以明显降低线路下方的电磁场强度, 而且能够有效减小其他的高场强的影响范围。
结束语
随着我国超高压输电网建工作的迅速展开, 超高压输电线路中的电磁辐射也影响着人们的身体。超高压输电线路中的电磁场强度的影响因素有很多, 诸如导线对地高度、导线布线方式、导线材料等, 其中导线的对地高度最为关键。通过对这些因素的研究探讨, 本文提出一些在进行超高压输电线路架设时可行的降低、屏蔽电磁辐射的策略, 具有很高的实际应用价值。
参考文献
[1]邬雄.1000kV交流输电线路电磁环境的研究[J].电力设备, 2005, 6 (12) :24-27.
[2]吴敬儒, 徐永禧.我国特高压交流输电发展前[J].电网技术, 2005, 29 (3) :1-4.
超高频辐射论文 篇4
1 加速器基本组成及结构
加速器的主体结构如图l所示,主要有高压系统、束流系统、真空系统、电子束输运系统、冷却系统、排风系统、控制系统及安全防护设施等组成。具体器件如图1所示:1.加速器钢桶;2.电子枪供电调压器;3.分压电阻;4.射频电极;5.加速管;6.高频空心变压器;7.高频机;8.自整角机;9.聚焦线圈;10.聚焦电源;11.扫描线圈;12.扫描电源;13.扫描盒;14.分子泵;15.上整流发电机拖动电机;16.旋片机械泵;17.多节聚砜连杆;18.有机玻璃杆;19.整流倍加器(俗称整流盒共计68组每组有256个硅二极管和分压电容组成);20.发电机;21.高压电极;22.电子枪。此外还有高频机振荡管冷却装置及分子泵冷却装置未在图中示出。
2 加速器技术改造
2.1 控制系统技术改造
对原有控制台进行了重新设计制作,物理所负责原理设计,由哈尔滨理工大学电站控制设备研发中心负责具体制作安装,使用至今未出现故障。
2.2 高压系统技术改造
将原有10kW的高频机更换为15kW的高频机,由于该设备不是加速器专用设备,需要必要的改进:撤掉了输出线圈,安装改造内外控制线路,拆下旧高频机阳极、栅极绝缘子,安装在新机器上,调节水压继电器域值,完成新旧高频发生器的更换,增加了高频电源的可靠性和容量。
2.3 真空系统技术改造
更换分子泵和机械泵等附属设备,并将原橡胶连接管更换为不锈钢波纹管,在高低真空之间增加隔离板阀,更换放气针阀,增加热偶规测试口,增强了真空系统的气密性和可靠性。
2.4 束流系统技术改造
重新设计制作扫描仪,并按照中国核工业总公司辐射加工用电子加速器通用规范[1]进行调试,具体改造效果如下表1所示,改进后的不均匀度达到行业标准。
加速器的技术改造,改善和提高加速器工作的稳定性及可靠性,保障了现有加速器能够继续稳定运行更长的时间。
3 加速器实验室防护能力校核
由于更改了加速器的部件,提高了加速器的使用性能,因此有必要对加速器的防护能力做一下重新校核。高频高压电子加速器主要产生电子束以供辐射加工使用,由于电子束与物质相互作用还可产生X射线,因此必须得到有效的防护屏蔽,以免对工作人员产生伤害。
3.1 加速器实验室防护设计原则是:
3.1.1 按国家GB18871-2002 “电离辐射防护与辐射源安全基本标准”[2],按每年工作50周,每周工作6d,每天工作6h,安全系数为2计算,工作人员导出当量限值P导为14μSv/h。
3.1.2 按1.5MeV,1.0mA电子束打到铜靶上产生X射线点源计算,正向发射率为100rads.m2.mA-1.min-1,修正因子取0.7,所以距靶1m处的剂量率为42Gy/h,由于正向为地面不必考虑防护问题。90°方向发射率为80 rads.m2.mA-1.min-1,修正因子取0.5,所以90°方向剂量率P0为24Gy/h[3,4]是考虑防护问题的主要影响因素,反向剂量率P′0大约为正向剂量率的1/8,取为3Gy/h。由于产生的X射线的能量谱为连续谱,根据有关文献其等效能量为0.5MeV[5]。
3.2 防护能力校核
3.2.1 辐照大厅(如图2所示)
1)防护墙
PA=P0/rA2=24/(3.75)2=1.71Gy/h
(注释:由于对于电子辐照的辐射权重因子为1,所以发射剂量率1Gy/h可直接转化为当量剂量率1Sv/h,以下的计算不再重复说明。)
式中PA为A点剂量率,P0为距靶1m处90°方向剂量率, rA为A点距靶距离
PA当=1.71Sv/h
K1=PA当/P导=1.71Sv/14μSv/h =1.22×105
式中K1为减弱倍数,PA当为A点当量剂量率,P导为导出当量限值,按X射线有效能量0.5MeV查万能表[6]:
d=83.7cm
即防护墙混凝土厚度应为83.7cm,现有混凝土厚度100cm,所以防护墙厚度可以保证安全。
2)迷宫出口处剂量率计算
经二道铅门减弱,再经一次散射至迷宫出口处剂量率为:
Pc=P0×1/rB2×1/K2×1/η1×1/rC2
=24Gy/h×1/62×1/76×1/10×1/62
=24.37×10-6Gy/min
PC当=23.37μSv/h
式中Pc为C点剂量率,Pc当为C点当量剂量率,P0为距靶1m处90°方向剂量率,K2为二道铅门减弱倍数,η1为一次散射射线强度减弱倍数,rB为靶到B点距离,rC为B点到C点距离。
由计算结果可知,迷宫出口处当量剂量为24.37μSv/h,超出导出当量限值大约1倍,对于照射原子序数与铜相近的物质,应加一道防护门,但对于照射原子序数较小的物质则可不必加一道防护门,为此应检测迷宫出口处的实际情况,如需要可再加一道防护门,如实测剂量在导出当量限值以下,则不加此防护门,本所加速器在出口处加了一道防盗门以确保安全。
3.2.2 加速器大厅
1)楼板的防护能力(如图3所示)
把靶处产生的X射线在射向天棚方向,距靶1m处反向剂量率为3Gy/h,无楼板时F点剂量率为:
P′F=P′0/rF2=3Gy/h×1/92=0.037Gy/h
式中P′F为无楼板时F点剂量率,P′0为距靶1m处反向剂量率,rF为靶到F点距离,有混凝土楼板时F点剂量率(不考虑角度的因素)。
PF=P′0/(rF2·K3)=3Gy/h/(92×1.2×104)
=3.1×10-6Gy/h
PF当=3.1μSv/h
式中PF为有楼板时F点剂量率,PF当为有楼板时F点的当量剂量率,P′0为距靶1m处的反向剂量率,rF为靶到F点距离,K3为70cm混凝土减弱倍数,70cm混凝土减弱倍数为1.2×104。
由计算可知,F点的当量剂量率为3.1μSv/h,因此楼板的存在使天棚处剂量率减弱到导出当量限值以下,考虑从楼板孔中射出的X射线经天棚反射后对防护的要求,因此洞孔应加强屏蔽,以尽量减少射线的泄漏,并在安装后实测之。
2)迷宫出口处剂量率(如图4所示)
PD=P′0/(η2·rE2·η3·rD2·K4)
=3Gy/h/(10×5.52×10×62×8.75)
=3.15×10-6Gy/h
PD当=3.15μSv/h
式中 PD为D点的剂量率,PD当为D点的当量剂量率,P′0为距靶1m处反向剂量率,η2为经过钢筒散射减弱倍数,η3为E点到D点散射减弱倍数,rE为靶到E点距离,rD为E点到D点距离,K4一道铅门减弱系数。
由计算结果可见,如果实际辐照加工时不照射原子序数高于铜的材料,该加速器的防护是安全的。
4 屏蔽效果及安全措施
4.1 屏蔽效果
改造后曾对加速器实验室周围剂量进行测定,发现加速器辐照大厅东墙屏蔽效果不好,因此进行了混凝土局部加厚处理,处理后进行了实测,环境剂量均为本底剂量。
4.2 安全技术措施
4.2.1 联锁保护系统
1)开机预报有警铃响起30s,以使大厅内的人员有充分时间离开大厅或采取应急措施。
2)在加速器高压控制线路中串入电子锁开关,电子锁钥匙与辐照大厅外侧迷宫入口处门锁钥匙连在一起,以免开机时有人误入。
3)加速器大厅入口处,辐照大厅入口处铅门上方均装有行程开关与加速器高压控制回路联锁,以确保当有人在开机状态闯入时高压自动断掉。
4)加速器大厅与辐照大厅均设有紧急按钮与加速器高压控制回路联锁以确保当有人被误关入辐照大厅或加速器大厅时,按下紧急按钮可使高压启动不启或断掉,并增加闪烁警示灯。
5)辐照大厅入口处增加一道防盗门,并安装位动开关,并将位动开关与加速器高压控制回路联锁以确保当有人在开机状态闯入时高压自动断掉。
4.2.2 安全标识
1)加速器大厅入口处与辐照大厅迷宫入口处门上方均设有警示灯,红灯表示处在开机状态并显示“运行中”,绿灯表示处在关机状态并显示“可进入”。
2)辐照大厅入口处放置俄罗斯生产的剂量报警仪,并有“注意剂量”标识。
3)控制室内设有电视观察系统,可以在控制室内观察辐照大厅是否有人,快门是否关闭及束下装置运行是否正常。并增设闭路监视系统,可看到加速器大厅和辐照大厅入口处的情况并将电子录像存入计算机,以便随时调阅。
4.2.3 通风系统
加速器大厅内设有4-72-11No4.5A型离心通风机一台,排风量3 900m3/h,能有效排除电子辐照产生的臭氧及有毒的氮的氧化物。增加烟雾报警器,并将报警仪与排风控制联锁,以保证安全。
5 结语
加速器经过技术改造后,控制台安全运行7年未出现一次故障,高频机未出现故障,真空系统得到了很好的优化,使加速器运行更加平稳可靠,很好地满足了热缩制品生产和辐照试验的需要。另外,电子加速器的建筑屏蔽防护符合国家标准,安全措施可靠、得当,并得到了环保部门的认可。
摘要：文章叙述了加速器的基本组成及结构并介绍了加速器技术改造的情况。对加速器实验室防护能力进行校核,并对实际屏蔽效果进行验证,同时也强化了安全措施,保证加速器安全平稳运行。
关键词：高频高压,电子加速器,技术改造,辐射防护评价
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