電子輻照加速器輻射防護關(guān)鍵問題研究

電子輻照加速器現(xiàn)在我國輻照加工、食品保鮮、農(nóng)業(yè)育種、醫(yī)療衛(wèi)生和科學(xué)研究等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，并在我國迅猛發(fā)展。用該類加速器的國家標(biāo)準(zhǔn)代替行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的需求也越來越迫切。在電子輻照加速器的屏蔽設(shè)計中通常使用的NCRP某些經(jīng)驗公式針對該類加速器需要進行細化和修正，同時發(fā)現(xiàn)迷宮內(nèi)劑量衰減趨勢與模型中使用的距離平方反比規(guī)律也有所不同，并且單純地靠增加管道與墻體的角度來降低輻射水平的做法已收效甚微等。 本項目以常用的電子輻照加速器為研究對象，開展了加速器機房、迷宮、貫穿管道以及通風(fēng)設(shè)施等位置的屏蔽特性研究，得出了如下結(jié)論：主機室的屏蔽設(shè)計可以不必考慮加速管沿程束流損失對主機室的劑量影響；電子在輻照室內(nèi)由于軔致輻射產(chǎn)生的X射線通過屏蔽墻透射到主機室，對主機室輻射場的貢獻也非常小，可以不予考慮；主機室內(nèi)輻射場的主要貢獻來源于輻照室內(nèi)的電子打靶后的散射輻射場通過加速管道孔散射至主機室內(nèi)而產(chǎn)生的輻射場；影響主機室內(nèi)輻射場強度的因素主要是主機室與輻照室之間加速管道孔的大小以及孔道內(nèi)屏蔽材料的多少。另外，對加速器主機室內(nèi)漂移管周圍輻射場進行了分析研究，提出了主機室內(nèi)垂直方向的輻射場受地板通孔形狀和尺寸的影響較小，隨著高度的增加，吸收劑量率基本是同量級上的平緩降低；水平方向上同一位置的吸收劑量率與通孔尺寸呈反比關(guān)系；對加速器輻照室的迷宮的建造和屏蔽設(shè)計以及屏蔽體預(yù)埋管道處輻射場進行了分析研究。本研究成果已經(jīng)作為工業(yè)輻照加速器的屏蔽設(shè)計與評價的參考標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。 2100433B

：電子輻照加速器現(xiàn)在我國輻照加工、食品保鮮、農(nóng)業(yè)育種、醫(yī)療衛(wèi)生和科學(xué)研究等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，并在我國迅猛發(fā)展。用該類加速器的國家標(biāo)準(zhǔn)代替行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的需求也越來越迫切。最新研究表明：在電子輻照加速器的屏蔽設(shè)計中通常使用的NCRP某些經(jīng)驗公式針對該類加速器需要進行細化和修正；同時發(fā)現(xiàn)迷宮內(nèi)劑量衰減趨勢與模型中使用的距離平方反比規(guī)律也有所不同；并且單純地靠增加管道與墻體的角度來降低輻射水平的做法已收效甚微等。本項目將以電子輻照加速器為研究對象，通過理論分析、計算機模擬以及大量的實驗測量等方法和手段，運用電子輻射劑量學(xué)及粒子輸運理論的原理和方法，結(jié)合目前市場上電子輻照加速器的運行資料，探討電子輻照加速器在輻射防護方面的一些關(guān)鍵問題（如源項、迷宮、管道和通風(fēng)設(shè)施等的設(shè)計等）。項目通過該類加速器在輻射屏蔽設(shè)計方面的關(guān)鍵問題研究，可以為完善該類輻照加速器的屏蔽設(shè)計和國家標(biāo)準(zhǔn)的建立積累一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

它同鈷源輻照一樣，具有常溫、無損傷、無殘毒、環(huán)保、低能耗、運行操作簡便、自動化程度高、適宜于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等特點。與鈷源相比，其最大優(yōu)點是輻照束流集中定向，能源利用充分，輻照效率高，不產(chǎn)生放射性廢物。隨著鈷源售價的飛漲、廢源處理費用的上升，電子加速器輻照裝置具有明顯的價格和經(jīng)濟優(yōu)勢。用能量為l0MeV的高功率電子加速器建設(shè)高能電子輻照中心，在發(fā)展輻照加工產(chǎn)業(yè)的同時，開展輻照工藝和輻照新領(lǐng)域的研究，在國內(nèi)外都是一項極具挑戰(zhàn)和開拓性的工作，具有明顯的社會經(jīng)濟效益和不可估量的潛在價值，是國際上倍受關(guān)注的高科技領(lǐng)域之一。

用射線來輻照代表著國際加工業(yè)的發(fā)展方向。電子加速器技術(shù)對工業(yè)產(chǎn)品或農(nóng)產(chǎn)品進行輻照加工，主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：

1) 利用電子束輻照快速晶閘管、芯片，可改變優(yōu)化產(chǎn)品的性能。

2) 降解水產(chǎn)品、蜂制品中殘留氯霉素，達到出口國的農(nóng)藥殘留衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

3) 農(nóng)副產(chǎn)品、食品、海、水產(chǎn)品的保鮮。達到殺菌、殺蟲、抑制發(fā)芽、延長貨架期的目的。

4) 一次性醫(yī)療衛(wèi)生用品的消毒滅菌（醫(yī)用敷料、紗布、手套、手術(shù)用醫(yī)療器械等）

5) 中成藥、保健品的殺菌利用電子束，能有效殺死中成藥、保健品中的各種有害病菌，達到實用衛(wèi)生要求。

6) 黃玉、珍珠、水晶致色，提高產(chǎn)品品質(zhì)，增加產(chǎn)品附加值。

7) 高分子材料的降解。利用電子束降解PTFE，獲取微米級和納米級超細粉。

8) 可用于酒類的輻照陳化等。

9) 寵物飼料的殺菌。利用電子束能有效殺死寵物飼料中各種細菌，特別是沙門氏菌。從而達到寵物食用的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

10) 各種玩具的殺菌。為了保證各種玩具在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的細菌污染會直接影響到兒童的身體健康，要對它進行電子束殺菌，從而達到衛(wèi)生要求。

11) 化妝品原料中的有害菌和化妝品在生產(chǎn)中因污染產(chǎn)生的細菌將對皮膚帶來潛在危險，而高溫滅菌又會破壞化妝品自身的特性，影響其質(zhì)量，利用電子束滅菌是在常溫下進行的，對于不耐高溫的化妝品是一種理想的滅菌方法。

12) 商品養(yǎng)護（防霉）。各種商品經(jīng)電子束輻照后可起到防霉作用，從而達到對商品的養(yǎng)護。

和一般的用伽瑪射線來進行輻照加工不同，利用加速器進行輻照的優(yōu)點與特點是：

1) 快速輻照。輻照加工時間短，例如對一箱產(chǎn)品殺菌，耗時僅1分鐘；而用伽瑪源輻照可能要數(shù)十分鐘。

2) 吸收劑量均勻。采用動態(tài)的傳送裝置，產(chǎn)品吸收劑量的不均勻度<5%。一次性大批量加工也可以小批量加工，加工方式靈活而且加工速度快。

3) 無任何毒性和殘留，不添加任何化學(xué)試劑，不影響產(chǎn)品原有成分和品質(zhì)。

4) 可事先對產(chǎn)品密封包裝，在輻照時不拆產(chǎn)品包裝箱。能快速、安全通過。無二次污染。

5) 無環(huán)境污染。關(guān)機后無射線。安全可靠！而用伽瑪源存在源的浪費和廢源的處理問題。

6) 降解水產(chǎn)品、蜂產(chǎn)品中殘留氯霉素。

7) 投資低，產(chǎn)出高。鈷源的國際價格是2美元/居里，100萬居里的鈷源是200萬美元合計人民幣1600萬元，而同等發(fā)射功率的15KW的加速器其價格在1000萬人民幣左右。

應(yīng)用電子束直線加速器建立以處理食品、飲料、藥材、醫(yī)用器械等的輻照中心，對于提高食品質(zhì)量，保證食品安全，擴大出口，具有重大意義，將會對我國特別是輻照中心周邊地區(qū)帶來良好的經(jīng)濟和社會效益，電子束直線加速器將會在一定領(lǐng)域逐漸替代以鈷源為放射源的輻照裝置。

國內(nèi)外市場需求預(yù)測

? 加速器產(chǎn)品當(dāng)前市場量預(yù)測可年產(chǎn)3~5臺，產(chǎn)值1500萬元~2500萬元，隨著市場開發(fā)，數(shù)年后可年產(chǎn)10臺以上；

? 作為幅照加工中心，4KW加速器用于100kGy劑量的高分子材料加工，其加工能力約100kg/ h；用于10kGy消毒滅菌加工，加工能力約1噸/h；用于214Gy食品保鮮，加工能力約5噸/h。市場競爭力很強。

投資規(guī)模及設(shè)備需求

? 生產(chǎn)加速器形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)能力需投資1000萬元~1500萬元。

? 建立加速器輻照中心約需投資800~1000萬元，其加工能力超過100萬居里的鈷－60源。

所需主要原材料普通材料生產(chǎn)工藝流程：

? 生產(chǎn)加速器的工藝流程主要是整機總裝、總調(diào)。加速器部件主要由外協(xié)加工解決。

? 輻照中心生產(chǎn)工藝流程：把產(chǎn)品置于全自動流水線上,連續(xù)輻照即可。

利用高能電子直線加速器技術(shù)來進行輻照加工項目，不但可以將它應(yīng)用在化工產(chǎn)品方面，而且也可以用在農(nóng)產(chǎn)品加工以及醫(yī)療事業(yè)方面。對提升區(qū)域內(nèi)的工農(nóng)業(yè)檔次、加大本地區(qū)產(chǎn)品的出口力度、推動外向型經(jīng)濟的發(fā)展有極大的作用！

當(dāng)今從事輻照的裝置，一種是利用鈷－60伽瑪源，一種是利用加速器。他們兩者的比較，從射線的發(fā)射功率上來講，14KW的加速器，相當(dāng)于100萬居里的鈷－60放射源；但由于鈷－60源是呈球形狀發(fā)射射線，所以對射線的利用率低，大約只有20%，其它方向的射線都被浪費，而加速器的射線方向是一個方向，對射線的利用率高，達93%以上。所以如果將射線的利用率考慮在內(nèi)，則14KW的電子加速器至少相當(dāng)于200－300萬居里以上的放射源的加工能力。而在相同加工能力下，直線加速器輻射源的建源費用和輻照加工成本只需鈷－60源的l/2~l/3。2100433B