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、輻照時間段、無核廢物、不危害環(huán)境等特點。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，進輸運線進行調(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動，實現(xiàn)面掃描。由于其中一維是機械運動裝置，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，計算出單次線掃描的時間；

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

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

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

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

其中，采用多塊四極磁鐵，對帶電粒子束進行橫截面方向的擴束，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)點在于：

本發(fā)明的方法可以用于對平面型樣品進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)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(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、線掃描和步進掃描的時序關(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。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，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施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

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)生的粒子束進行偏轉(zhuǎn)，以實現(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，盡量擴大束斑截面在其中一個方向的尺寸，有利于降低步進掃描的步驟，即提高面掃描頻率。

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

根據(jù)需要掃描的樣品面積、束斑面積及束斑分布，計算得到均勻輻照樣品需要的步進次數(shù)n，可以得到完成一次面掃描的時間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)計算的線掃描時間t1，利用磁鐵產(chǎn)生一個持續(xù)時間t1的且磁場強度線性變化的磁場對電子束進行偏轉(zhuǎn)，以此實現(xiàn)束流在一個維度的線掃描；

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

每完成一次線掃描后，增強一次步進掃描磁場，直到完成n次線掃描，即完成一次面掃描。

本發(fā)明的具體實例如下：

本發(fā)明的實例采用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度斜入射進行均勻輻照。

電子束傳輸擴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，縱向束團脈沖長度σ_t＝5ps，采用程序進行束流模擬，得到從其實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行連續(xù)束斑掃描，整個掃描過程在15μs內(nèi)完成，累計掃描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)進行脈沖堆積，脈沖間隔為1.5倍RMS束斑尺寸，因此，計算得到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。

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

對于實施例公開的裝置而言，由于其與實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行了詳細介紹。本發(fā)明中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實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)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。