本發(fā)明屬于輻照加速器領(lǐng)域，特別涉及一種快速二維均勻輻照掃描方法。

背景技術(shù)：

輻照加速器廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、衛(wèi)生、環(huán)保等領(lǐng)域，用于有機(jī)材料改性、食品和醫(yī)療衛(wèi)生用品消毒殺菌、延緩農(nóng)產(chǎn)品發(fā)芽等，其產(chǎn)生的射線具有可控、能量高、輻照時(shí)間段、無核廢物、不危害環(huán)境等特點(diǎn)。電子輻照直線加速器的原理是，由電子槍產(chǎn)生一定能量的電子束，經(jīng)加速到高能后，進(jìn)輸運(yùn)線進(jìn)行調(diào)整，在掃描系統(tǒng)的控制下，照射到樣品的不同部位。輻照掃描系統(tǒng)是其中非常關(guān)鍵的一個部件，通常情況下希望在滿足劑量率的要求下，掃描系統(tǒng)達(dá)到的速度盡可能快，掃描均勻度盡可能高，掃描面積盡可能大。目前，被輻照的樣品通常置于傳送帶，輻照系統(tǒng)的束流采用一維線性掃描，通過樣品隨傳送帶的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)面掃描。由于其中一維是機(jī)械運(yùn)動裝置，這種連續(xù)掃描的方式，其掃描頻率通常比較慢。在工業(yè)產(chǎn)品、航空航天器件設(shè)備等的耐輻照測試中，一些較大的樣品要求進(jìn)行大面積的快速均勻輻照，以測試樣品各部分的輻照響應(yīng)特性，現(xiàn)有的輻照掃描方式難以滿足要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種快速二維均勻輻照掃描方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中對大面積樣品進(jìn)行快速均勻輻照的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種快速二維均勻輻照掃描方法，所述方法包括：

步驟1、將帶電粒子束流擴(kuò)束成截面為特定分布的且具有一定寬高比例的束斑；根據(jù)束流宏脈沖的長度，計(jì)算出單次線掃描的時(shí)間；

步驟2、根據(jù)束流宏脈沖的重復(fù)頻率，計(jì)算出單次步進(jìn)掃描的時(shí)間間隔；

步驟3、根據(jù)需要掃描的樣品面積和束斑面積，計(jì)算得到完成一次面掃描的時(shí)間；

步驟4、在束流的出口，根據(jù)計(jì)算的線掃描時(shí)間，采用連續(xù)變化的快變化磁場向截面尺寸小的方向進(jìn)行一個維度的線掃描；

步驟5、在束流的出口，根據(jù)計(jì)算的步進(jìn)掃描時(shí)間，采用高變化頻率的穩(wěn)態(tài)磁場向截面尺寸大的方向進(jìn)行第二個維度的步進(jìn)掃描。

其中，采用多塊四極磁鐵，對帶電粒子束進(jìn)行橫截面方向的擴(kuò)束，使得束斑截面具有一定寬高比例。

其中，采用沖擊型磁鐵產(chǎn)生快變化的線掃描磁場。

其中，所述沖擊型磁鐵，可以選擇鎳鋅鐵氧體磁鐵。

其中，所述沖擊型磁鐵，其供電采用斷續(xù)三角波電流波形的高頻脈沖數(shù)字電源。

其中，采用快響應(yīng)的磁鐵產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)步進(jìn)掃描磁場。

其中，掃描磁鐵處的真空室采用鍍膜陶瓷真空室。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明的方法可以用于對平面型樣品進(jìn)行帶電粒子束的快速二維輻照，特別是應(yīng)用在具有宏脈沖結(jié)構(gòu)的直線加速器輻照裝置上，可以有效提高掃描速度、擴(kuò)大掃描面積、并解決掃描均勻度問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為束流、線掃描和步進(jìn)掃描的時(shí)序關(guān)系；

圖2為電子束傳輸線光學(xué)元件布局；

圖3為電子束在傳輸過程中的垂直(上)和水平(下)方向的束流尺寸；

圖4為一次線性掃描電子束連續(xù)堆積前(左)后(右)的電子分布；

圖5為一次完整的二維掃描后輻照面上的電子分布。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的核心是提供一種可以用于對平面型樣品進(jìn)行帶電粒子束的快速二維輻照方法，有效提高輻照掃描速度、擴(kuò)大掃描面積、并解決掃描均勻度問題。

在直線加速器輻照裝置中，輻照掃描系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵部件，利用磁場對連續(xù)產(chǎn)生的粒子束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)對樣品不同部位的照射。

本發(fā)明具體步驟如下：

將帶電粒子束擴(kuò)束成截面為一定分布的且具有一定寬高比例的束流，在真空室允許的條件下，盡量擴(kuò)大束斑截面在其中一個方向的尺寸，有利于降低步進(jìn)掃描的步驟，即提高面掃描頻率。

根據(jù)束流宏脈沖的長度L，計(jì)算出單次線掃描的時(shí)間t1；根據(jù)束流宏脈沖的重復(fù)頻率f，計(jì)算出單次步進(jìn)掃描的時(shí)間間隔t2＝1/f；

根據(jù)需要掃描的樣品面積、束斑面積及束斑分布，計(jì)算得到均勻輻照樣品需要的步進(jìn)次數(shù)n，可以得到完成一次面掃描的時(shí)間t＝n*t2，從而得到面掃描頻率為f/n；

在束流的出口位置，根據(jù)計(jì)算的線掃描時(shí)間t1，利用磁鐵產(chǎn)生一個持續(xù)時(shí)間t1的且磁場強(qiáng)度線性變化的磁場對電子束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，以此實(shí)現(xiàn)束流在一個維度的線掃描；

在束流的出口位置，根據(jù)計(jì)算的步進(jìn)掃描時(shí)間t2，在單次線掃描結(jié)束后，利用磁鐵產(chǎn)生一個持續(xù)時(shí)間t1<t<t2的穩(wěn)態(tài)磁場，使得電子在第二個維度上進(jìn)行步進(jìn)掃描。

每完成一次線掃描后，增強(qiáng)一次步進(jìn)掃描磁場，直到完成n次線掃描，即完成一次面掃描。

本發(fā)明的具體實(shí)例如下：

本發(fā)明的實(shí)例采用10MeV微波電子加速器產(chǎn)生的電子束流，其電子束的微脈沖重復(fù)頻率為2856MHz，宏脈沖長度為15μs，宏脈沖重復(fù)頻率為500Hz，利用本發(fā)明提供的輻照掃描方法，實(shí)現(xiàn)對距掃描磁鐵5.74米處的1平方米的正方形樣品以45度斜入射進(jìn)行均勻輻照。

電子束傳輸擴(kuò)束單元的元件分布如圖2所示，束線總長13.21米，主要部件包括10臺四極磁鐵，1臺二級磁鐵，1臺線性掃描磁鐵和1臺階躍掃描磁鐵。束流在垂直方向(y)偏轉(zhuǎn)，初始束流包絡(luò)函數(shù)為β＝5m，α＝-0.5，橫向歸一化發(fā)射度為ε_n＝10πmm-mrad，縱向束團(tuán)脈沖長度σ_t＝5ps，采用程序進(jìn)行束流模擬，得到從其實(shí)位置至樣品處的束流橫向RMS尺寸的演變過程，水平(x)和垂直(y)方向的束流尺寸如圖3所示。擴(kuò)束后的束流在樣品表面的束斑垂直方向(y)尺寸約為0.22米。

水平方向采用線性掃描磁鐵進(jìn)行連續(xù)束斑掃描，整個掃描過程在15μs內(nèi)完成，累計(jì)掃描42857個脈沖，連續(xù)堆積前后束流橫向分布如圖4所示。

根據(jù)宏脈沖重復(fù)頻率，以階躍掃描方式在垂直方向(y)進(jìn)行脈沖堆積，脈沖間隔為1.5倍RMS束斑尺寸，因此，計(jì)算得到5步階躍脈沖的束流堆積即可完成1m范圍的均勻度好于10％的輻照，如圖5所示。

本實(shí)例中，對于1平米的樣品，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)100Hz的重復(fù)掃描頻率。

對于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

以上對本發(fā)明所提供的一種快速二維均勻輻照方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本發(fā)明中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。