本實用新型屬于電離輻射效應(yīng)實驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種點狀放射源照射器。

背景技術(shù)：

點狀γ放射源輻照裝置是輻射效應(yīng)研究常用裝置之一，主要用于低、中等劑量率范圍內(nèi)微電子材料/器件抗輻射加固考核、高分子材料輻射改性和醫(yī)療滅菌等研究領(lǐng)域。點源等（吸收）劑量率面是以放射源為中心的系列同心圓面。考慮樣品多為平面形（如集成電路板等），實際使用的輻照面是同心圓球上的切平面，GJB 5422-2005和GJB 548B-2005要求輻照平面的劑量率不均勻度U≤10%，使得在輻照面規(guī)格受空間條件限制。目前，用于電離輻射效應(yīng)實驗研究的點源照射器主要有兩種：自屏蔽式和準(zhǔn)直式。對于批量、大尺寸樣品輻照實驗而言，現(xiàn)有輻照裝置的優(yōu)點和不足之處在于：自屏蔽式照射器，多用于小件樣品輻照，如血液消毒等，優(yōu)點是可在小場地中使用，但僅能提供規(guī)格幾厘米~十幾厘米的輻照面，且Eγ≤300keV低能γ散射成分較大，影響樣品輻照劑量評估；準(zhǔn)直式照射器，多用于儀器校準(zhǔn)，為最大程度抑制散射γ，利用束流通道和準(zhǔn)直器來提升束流品質(zhì)，該類照射器能夠產(chǎn)生能量單一性較好的γ輻射場，散射成分≤5%，中國院子能研究院和中國計量科學(xué)技術(shù)研究院等單位代表了國內(nèi)該類照射器的最高技術(shù)水平，但該類裝置能夠提供的輻照平面通常較小，規(guī)格約為10cm~25cm。同時，隨著核安全監(jiān)管力度和人物力成本的增大，業(yè)主單位對能夠?qū)崿F(xiàn)寬劑量率范圍照射器的潛在需求不斷增大。

中國專利文獻庫公開了 “一種用于計量檢定的γ射線輻照裝置”（公開號：CN 204203471 U）、 “一種便攜式射線照射裝置”（公開號：CN 104345335 A）、 “γ射線強源照射器”（公開號：CN 104345335 A）、 “可攜式多量程參考輻射裝置”（公開號：CN201110392048）、 “γ多源γ校準(zhǔn)裝置”（公開號：CN 201955473 U）等點γ源照射器。這幾種點γ源照射器，因應(yīng)用方向需求不同，或?qū)Ｗ⒂谝种粕⑸浔镜祝騼x器輕便`性，或劑量率范圍有限，都不適用于批量或大尺寸樣品、寬劑量率范圍輻照實驗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種點狀放射源照射器。

本實用新型的點狀放射源照射器，其特點是：所述的照射器包括放射源組件、源罐、源倉、束流通道、升降源組件、劑量均化器、劑量調(diào)整器、檢測與定位組件；

所述的源罐包括屏蔽塊和罐殼；所述的屏蔽塊為屏蔽材料，罐殼包裹在屏蔽塊的外表面，在屏蔽塊的豎直軸線上從上到下開有底部封閉的中字形內(nèi)腔，中字形內(nèi)腔由上至下依次為上部空腔、中心空腔和下部空腔，中心空腔為源倉，以中心腔的中心點為中心，沿水平軸線在源罐上開有半錐角為φ的圓錐形的束流通道，束流通道的出口處覆蓋有劑量均化器，在劑量均化器的外側(cè)沿水平中軸線分布劑量調(diào)整器；所述的放射源組件包括豎直放置的源桿，源桿的頂端與升降源組件固連，源桿的上部有屏蔽塞，源桿的下部包裹有放射源，升降源組件帶動源桿在中字形內(nèi)腔中上下運動，源桿向上運動至放射源位于中字形內(nèi)腔的中心點，源桿向下運動至放射源位于中字形內(nèi)腔的下部空腔，屏蔽塞壓緊屏蔽塊的中字形內(nèi)腔開口；

檢測與定位組件包括劑量檢測儀和激光定位器，所述的劑量檢測儀放置在源罐的外部，測量放射源的劑量率，所述的激光定位器放置在源罐的外部，測量放射源與待測樣品之間的水平距離。

所述的源倉包括源倉腔和源倉壁，源倉腔為空腔，源倉壁為多層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)壁層、中間壁層、和外壁層，內(nèi)壁層的材料為低Z金屬材料，中間壁層的材料為中Z金屬材料，外壁層的材料為高強度金屬材料。

所述的束流通道包括束流通道腔和束流通道壁，所述的束流通道腔為半錐角φ的圓錐形的空腔，半錐角φ的范圍為10°~45°；所述的束流通道壁為多層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)壁層、中間壁層、和外壁層，內(nèi)壁層的材料為低Z金屬材料，中間壁層的材料為中Z金屬材料，外壁層的材料為高強度金屬材料。

所述的升降源組件包括升降源通道、升降通道壁、電機、連接桿和行程開關(guān)；所述的升降源通道為屏蔽塊內(nèi)的中字形內(nèi)腔；所述的升降通道壁為升降源通道的壁面，材料為不銹鋼；所述的連接桿與屏蔽塞固連，行程開關(guān)控制電機帶動連接桿豎直運動。

所述的劑量均化器包括均化片和均化片邊框，所述的均化片邊框包裹劑量均化片的邊緣，劑量均化器覆蓋并固定在罐殼上的束流通道的出口處；

所述的均化片數(shù)量為1片，均化片為異形軸對稱實體結(jié)構(gòu)，一側(cè)為平面Ⅰ，另一側(cè)為三維弧面Ⅰ，以z軸為對稱軸，均化片的三維弧面Ⅰ表達式如下：

其中：x、y和z為三維弧面Ⅰ上一個弧面點Ⅰ的三維坐標(biāo)；d_u為平面Ⅰ與放射源的水平距離；M_u為散射修正因子，由蒙卡模擬計算獲得；μ為均化片的材料對γ的線衰減系數(shù)；θ為弧面點Ⅰ、放射源的連線與z軸的夾角，θ∈[-φ, φ]。

所述的劑量調(diào)整器包括衰減片、支架和衰減器邊框，所述的衰減片通過支架置于衰減器邊框中；衰減片的數(shù)量為1片或多片，衰減片間隔放置；衰減片與放射源水平距離越近，衰減倍數(shù)越大。

所述的衰減片為異性實體結(jié)構(gòu)，一側(cè)為平面Ⅱ，另一側(cè)為三維弧面Ⅱ，以z軸為對稱軸，衰減片的三維弧面Ⅱ表達式如下：

其中：x、y和z為三維弧面Ⅱ上一個弧面點Ⅱ的三維坐標(biāo)；d_a為平面Ⅱ與放射源的距離；M_a為散射修正因子，由蒙卡模擬計算獲得；θ為弧面點Ⅱ、放射源的連線與z軸的夾角，θ∈[-φ, φ]；t_a為衰減片的衰減倍數(shù)對應(yīng)的衰減片的材料最大厚度。

所述的均化片和衰減片之間的水平間隔范圍為0.5cm~5cm，均化片和衰減片的材料為鉛、鎢合金或貧鈾材料中的一種，若均化片和衰減片的材料為鉛，在鉛的表面包裹一層厚度范圍為0.5mm~2mm的鋁或鈦中的一種。

所述的放射源為能量在600keV~2MeV范圍內(nèi)的單能或準(zhǔn)單能點狀γ放射源。

本實用新型的點狀放射源照射器引入了劑量均化器和劑量調(diào)整器兩種新結(jié)構(gòu)，并重新設(shè)計了與之匹配的束流通道和屏蔽塊等結(jié)構(gòu)，建立了一種具備劑量均整功能的新型點源照射器。

本實用新型的點狀放射源照射器能夠優(yōu)化點輻射場劑量（率）分布、調(diào)整劑量（率）值、抑制散射本底，獲得具有寬劑量率范圍、大規(guī)格輻照面、低散射成分的輻射場；能夠在距源較近的區(qū)域，提供規(guī)格達m量級的均勻輻照面，較常用照射器提高約10倍；空間低能散射γ低，適合用于總劑量輻照考核實驗；能在有限的場地范圍內(nèi)獲得寬劑量率范圍輻射場，劑量率能夠覆蓋數(shù)個量級。

附圖說明

圖1為本實用新型的點狀放射源照射器的原理示意圖；

圖2為本實用新型的點狀放射源照射器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型的點狀放射源照射器中的均化片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型的點狀放射源照射器中的衰減片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.放射源 2.屏蔽塊 3.束流通道腔 4.束流通道壁、5.均化片、6.均化片邊框、7.衰減片、8.支架、9.衰減器邊框、10.源倉腔、11.升降源通道、12.升降通道壁、13.罐殼、14.激光定位器、15.劑量檢測儀、16.連接桿、17.電機、18.行程開關(guān)、19.源桿、20.源倉壁、21.屏蔽塞，31. 輻照面， 41. 輻照面。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本實用新型。

以下實施例僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的人員在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化、替換和變型，因此同等的技術(shù)方案也屬于本實用新型的范疇。

如圖1-4所示，本實用新型的點狀放射源照射器包括放射源組件、源罐、源倉、束流通道、升降源組件、劑量均化器、劑量調(diào)整器、檢測與定位組件；

所述的源罐包括屏蔽塊2和罐殼13；所述的屏蔽塊2為屏蔽材料，罐殼13包裹在屏蔽塊2的外表面，在屏蔽塊2的豎直軸線上從上到下開有底部封閉的中字形內(nèi)腔，中字形內(nèi)腔由上至下依次為上部空腔、中心空腔和下部空腔，中心空腔為源倉，以中心腔的中心點為中心，沿水平軸線在源罐上開有半錐角為φ的圓錐形的束流通道，束流通道的出口處覆蓋有劑量均化器，在劑量均化器的外側(cè)沿水平中軸線分布劑量調(diào)整器；所述的放射源組件包括豎直放置的源桿19，源桿19的頂端與升降源組件固連，源桿19的上部有屏蔽塞21，源桿19的下部包裹有放射源1，升降源組件帶動源桿19在中字形內(nèi)腔中上下運動，源桿19向上運動至放射源1位于中字形內(nèi)腔的中心點，源桿19向下運動至放射源1位于中字形內(nèi)腔的下部空腔，屏蔽塞21壓緊屏蔽塊2的中字形內(nèi)腔開口；

檢測與定位組件包括劑量檢測儀15和激光定位器14，所述的劑量檢測儀15放置在源罐的外部，測量放射源1的劑量率，所述的激光定位器14放置在源罐的外部，測量放射源1與待測樣品之間的水平距離。

所述的源倉包括源倉腔10和源倉壁20，源倉腔10為空腔，源倉壁20為多層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)壁層、中間壁層、和外壁層，內(nèi)壁層的材料為低Z金屬材料，中間壁層的材料為中Z金屬材料，外壁層的材料為高強度金屬材料。

所述的束流通道包括束流通道腔3和束流通道壁4，所述的束流通道腔3為半錐角φ的圓錐形的空腔，半錐角φ的范圍為10°~45°；所述的束流通道壁4為多層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)壁層、中間壁層、和外壁層，內(nèi)壁層的材料為低Z金屬材料，中間壁層的材料為中Z金屬材料，外壁層的材料為高強度金屬材料。

所述的升降源組件包括升降源通道11、升降通道壁12、電機17、連接桿16和行程開關(guān)18；所述的升降源通道11為屏蔽塊2內(nèi)的中字形內(nèi)腔；所述的升降通道壁12為升降源通道11的壁面，材料為不銹鋼；所述的連接桿16與屏蔽塞21固連，行程開關(guān)18控制電機17帶動連接桿16豎直運動。

所述的劑量均化器包括均化片5和均化片邊框6，所述的均化片邊框6包裹劑量均化片5的邊緣，劑量均化器覆蓋并固定在罐殼13上的束流通道的出口處；

所述的均化片5數(shù)量為1片，均化片5為異形軸對稱實體結(jié)構(gòu)，一側(cè)為平面Ⅰ，另一側(cè)為三維弧面Ⅰ，以z軸為對稱軸，均化片5的三維弧面Ⅰ表達式如下：

其中：x、y和z為三維弧面Ⅰ上一個弧面點Ⅰ的三維坐標(biāo)；d_u為平面Ⅰ與放射源1的水平距離；M_u為散射修正因子，由蒙卡模擬計算獲得；μ為均化片5的材料對γ的線衰減系數(shù)；θ為弧面點Ⅰ、放射源1的連線與z軸的夾角，θ∈[-φ, φ]。

所述的劑量調(diào)整器包括衰減片7、支架8和衰減器邊框9，所述的衰減片7通過支架8置于衰減器邊框9中；衰減片7的數(shù)量為1片或多片，衰減片7間隔放置；衰減片7與放射源1水平距離越近，衰減倍數(shù)越大。

所述的衰減片7為異性實體結(jié)構(gòu)，一側(cè)為平面Ⅱ，另一側(cè)為三維弧面Ⅱ，以z軸為對稱軸，衰減片7的三維弧面Ⅱ表達式如下：

其中：x、y和z為三維弧面Ⅱ上一個弧面點Ⅱ的三維坐標(biāo)；d_a為平面Ⅱ與放射源1的距離；M_a為散射修正因子，由蒙卡模擬計算獲得；θ為弧面點Ⅱ、放射源1的連線與z軸的夾角，θ∈[-φ, φ]；t_a為衰減片7的衰減倍數(shù)對應(yīng)的衰減片7的材料最大厚度。

所述的均化片5和衰減片7間隔放置，均化片5和衰減片7的材料為鉛、鎢合金或貧鈾材料中的一種，若均化片5和衰減片7的材料為鉛，在鉛的表面包裹一層厚度范圍為0.5mm~2mm的鋁或鈦中的一種。

所述的放射源1為能量在600keV~2MeV范圍內(nèi)的單能或準(zhǔn)單能點狀γ放射源。

實施例1

本實施例中實施例中束流通道腔3中φ=37°，束流通道壁20為三層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)到外，分別為1mm厚的鋁、銅、不銹鋼；屏蔽塊2為鉛材，罐殼13為0.5cm不銹鋼，放射源1為Co-60準(zhǔn)單能放射源，γ能量1.17MeV和1.32MeV（平均1.25MeV），活度10Ci；源倉腔14規(guī)格為3cm(x)×3cm(y)×3cm(z)，源倉壁20為2mm厚的鋁；輻照室規(guī)格3m(x)×3m(y)×6m(z)。

均化片5為貧鈾材料，密度19.04g/cm3，與放射源1距離28cm，參考輻照面32與放射源1距離50cm，劑量均化片31頂部弧面坐標(biāo)如下式。

參閱圖4，實施例中衰減片7設(shè)置1片，鉛材，密度11.34g/cm3，其外殼為1mm厚的鋁，衰減片7與與放射源1距離29.5cm，設(shè)定的衰減倍數(shù)為0.5，對應(yīng)的屏蔽材料厚度1.2cm，參考輻照面42與放射源1距離50cm，衰減片7頂部弧面坐標(biāo)如下式。

經(jīng)過上述實施后，本實用新型均勻輻照面直徑達到70cm@z=50cm、140cm@z=100cm、160cm@z=110cm，較常規(guī)照射器而言（φ約為3°），增大約13倍，衰減片實際衰減因子約為0.45。

經(jīng)過上述實施后，本實用新型300keV以下低能散射γ比例明顯少于國外相關(guān)產(chǎn)品（Gamma cell 220型輻照裝置），說明本實用新型可用于相關(guān)樣品輻照效應(yīng)研究，本實用新型低能散射γ對劑量（率）貢獻≤1%@ z∈[50cm,110cm]。

實施例2

本實施例與實施例1的實施方式基本相同，主要區(qū)別在于，束流通道腔3中φ=10°，衰減片7設(shè)置2片，鎢材，密度19.31g/cm³，設(shè)定的衰減倍數(shù)分別為0.5和0.2，對應(yīng)的屏蔽材料厚度分別為0.75cm、1.4cm，衰減片間隔1cm放置。

經(jīng)過上述實施后，本實用新型均勻輻照面直徑達到12cm@z=50cm、25cm@z=100cm、30cm@z=110cm，較常規(guī)照射器而言，增大約2.3倍，衰減片實際衰減因子約為0.46。

實施例3

本實施例與實施例1的實施方式基本相同，主要區(qū)別在于，放射源1為Cs-137單能放射源，γ能量0.662keV，活度10Ci，衰減片7設(shè)置1片，鎢材，設(shè)定的衰減倍數(shù)分別為0.5，對應(yīng)的屏蔽材料厚度為0.50cm。

經(jīng)過上述實施后，本實用新型均勻輻照面直徑達到40cm@z=50cm、80cm@z=100cm、89cm@z=110cm，較常規(guī)照射器而言，增大約13倍，衰減片實際衰減因子約為0.06。

實施例4

本實施例與實施例3的實施方式基本相同，主要區(qū)別在于，束流通道腔3中φ=30°，衰減片7設(shè)置3片，貧鈾材，密度19.35g/cm³，設(shè)定的衰減倍數(shù)分別為0.5、0.5、0.2，對應(yīng)的屏蔽材料厚度分別為0.65cm、0.65cm、1.4cm，衰減片間隔1cm放置。

經(jīng)過上述實施后，本實用新型均勻輻照面直徑達到40cm@z=50cm、80cm@z=100cm、89cm@z=110cm，較常規(guī)照射器而言，增大約7.6倍，衰減片實際衰減因子約為0.06。