高能 X 射线装置如何操作?

前两节描述的设备是用于产生高达大约450 kV的X射线。然而,有时需要更高的能量级别。目前已有设备可以在1 MeV到10 MeV的范围内运行。在工业射线照相中,大部分都专门使用电子加速器或直线加速器进行操作。但操作高能X射线装置需要(昂贵的)安全预防措施。

电子加速器可以产生2-30 MeV能量范围的X射线。电子被发射到一个圆形截面的环形玻璃真空管中,如图5-5所示。经过数百万次旋转后,电子达到最大能量并向目标移动。在目标上,部分电子能量转化为切向定向的X射线束。为了获得足够高的辐射强度,大多数电子感应加速器被设计为在10-30 MeV能量范围内运行,因为这些电压实现了电子能量转化为辐射的最大转化率。即便如此,电子加速器的输出通常比直线加速器的要小。已经制造的可移动式低能量电子感应加速器(2-6 MeV),通常辐射输出较低,限制了它们的应用。电子加速器的一个优点是它们可以构建非常小(微米级)的焦点。一个缺点是,由于能量水平非常高,X射线束通常是狭窄的,只有通过增加源到胶片距离才能覆盖更大的胶片尺寸。在实际操作中,需要延长曝光时间是其缺点。

直线加速器的能量级别通常是4 MeV和8 MeV。直线加速器可以构建为一个或两个能量级别。

在行波型直线加速器中,电子从加热的灯丝加速到非常高的能量,是由于电子“骑乘”一个高频(3-10 MHz)电磁波在一个加速管(空心导管)中直线行进而产生的。电子以每秒几百个脉冲的频率聚集成脉冲。电子撞击用于产生X射线的靶材目标,位于灯丝组件的主波导的相对端。这是一种透射型目标,辐射束从其中直线穿过。

直线加速器的X射线输出比同能量的电子加速器高出许多倍。一个8 MeV的直线加速器,焦点直径为2毫米,可以在距离焦点1米的地方提供30 Sv/分钟的辐射剂量率。3 MeV容量的小型便携式直线加速器可以在1米距离处产生1.5 Sv/分钟的输出。

直线加速器的主要特性是:

  1. 辐射输出非常高
  2. 焦点尺寸非常小(<2 mm)
  3. 相当重(8 MeV的固定装置约1200公斤)
电子加速器
直线电子加速器
直线电子加速器和泵房