輻照裝置
正文
使物體受到輻射的裝置。由輻照室(源室)、升降機構、禁止設備、通風設備、劑量監測及其他控制系統等部分構成。其設計的合理與否,直接影響到輻射源的利用效率和輻照效果,關係到人員及環境的安全,必須力求安全、高效、簡便、可靠。輻照裝置常用輻射源有三大類:放射性同位素源、電子加速器和反應堆。輻照裝置依此分類。(參見彩圖) 放射性同位素輻照裝置 利用鈷 60(60Co)或銫 137(137Cs)產生的具有強穿透能力的光子束進行各種輻照處理的設備,稱為γ輻照裝置或γ源裝置。使用最普遍的γ放射源是60Co源,137Cs因其γ射線能量較低,所以在輻射處理工業中使用較少。γ源裝置可用於科學研究、醫學、工業等。建造γ源裝置,須考慮下列幾個方面:
源室 源室內放有源盒。為了安全操作,對於源盒、源室防護牆、防護門及其他輔助設備都有嚴格的要求。
源盒是輻照裝置的核心,源盒內裝有放射性同位素源,源盒儲藏方式直接關係到輻射源能否安全使用。根據防護材料的不同,有鉛容器、坑道和水井等三種儲藏方式,其中坑道式已很少採用。醫用鈷源治療器、流動輻照車、研究用小型輻照裝置一般採用鉛容器。水井式源盒用水作防護層,裝置結構簡單,排除故障能力強,倒源、裝源工序均可直接在水井中進行,因此被廣泛採用。水井結構和防護水層的質量均十分重要。井身呈獨立結構,垂直度高,以確保堅實牢固。在水泥層中間預埋10毫米厚的防水鋼筒,以防滲漏。要求水質透明、清晰,呈中性,故常用蒸餾水。
為防止輻射源的射線穿透牆壁到室外,對源室的牆壁材料和厚度有一定要求。必須從以下兩個方面估算防護牆厚度:①直射劑量的防護,先按源的放射性強度算出防護點上的劑量率,再對照該點允許的劑量範圍,得到應當減弱的倍數,然後根據防護材料種類、劑量減弱倍數、射線能量等參數查閱有關輻射手冊找出防護牆應有的厚度;②散射劑量的防護,γ射線每經過一次散射(建築物的一個彎道口),在離散射點 8~10米距離處,劑量減弱約103倍,通過幾個彎道口,減弱倍數依次相乘,一般源室通道口的彎口應有三個,彎口間的距離不小於6米,常有“迷宮”之稱。
輻照區內安裝白熾燈和紅色警燈,並安裝有上下水管道、供電電源、緊急降源開關、通風裝置、劑量監察探頭、反射鏡框等,有條件時應配備工業電視錄像機。在輻照區內嚴禁安裝煤氣通道。內牆表面不宜用有機塗料,以白水泥塗層毛面內牆為宜,一則不反光耀眼,二則可防輻射分解,三則又收到吸水乾燥的效果。
源室防護門配有安全裝置(鏈鎖),以防止升源狀態中工作人員誤入源室。防護門為鐵-鉛-鐵三層結構,門上方設有鉛玻璃窺視小視窗,工作人員可通過反射鏡觀察輻照台上的變化情況。
控制室 裝有電力升降等控制源室活動的設備。室內應光線柔和,力避噪音。控制室設在源室通道入口的一旁,以便值班人員隨時監察通道口的情況。
電子加速器輻照裝置 電子加速器是利用電磁場獲得高能電子射線或轉變成 X射線的裝置。裝置本身比較複雜,但相應防護設施比γ源的簡單。
電子加速器產生的電子束經聚焦後,能集中輻射到很小的實體上,若需擴大照射面積,使橫向得到均勻照射時,可在加速器的加速管出口安裝掃描裝置,掃描線圈以每秒幾百次的頻率把聚集電子束掃到1.5米2範圍內。對於小劑量實驗,加散射片就能達到同樣目的。
因為電子束輻照時能量集中,所以通風降溫設施不可缺少,否則視窗的金屬箔(鈦或鋁)會因吸收大量輻射能而發熱,輻照物的溫度也會升高。
電子束雖然射程短,穿透力差,但必須考慮到可能產生的X射線的危害。輻照物周圍空氣受輻照後,產生大量對人體有害的臭氧和氮的氧化物,故源室通常配有排氣裝置。
反應堆輻射源裝置 反應堆是一類有多種射線的大型輻射源,目前主要利用反應堆的中子源。多數反應堆泄漏中子可高達百分之十,泄漏的中子逸入禁止層內。在反應堆中附設輻射迴路是收集、利用泄漏中子的有效措施。選擇某種工作介質做載體,令它經過堆芯活性區附近受中子轟擊,產生短壽命放射性同位素,再由工作介質引出堆外,在衰變過程放出γ射線,即構成輻射循環迴路。它包括活化器、輻照室及各種輔助系統。輻射迴路提供了一種強γ輻射源,是輻射加工和基礎研究的有效手段。工作介質要選擇不裂變的物質,活化後大約有1小時或數小時的半衰期,活化截面大,每次衰變釋放能量強,如115In(n,γ)116Inm等。116Inm的半衰期是54分鐘,γ射線能量是1.294兆電子伏。輻射迴路可提供較大功率,機動性強,起到了綜合利用反應堆的作用。