射线装置及其原理简介

射线装置是指X射线机、加速器、中子发生器等。

1.X射线机

X射线机的种类很多，如诊断X射线机、治疗X射线机、工业探伤X射线机及X射线分析仪等。

X射线机的核心部分是X线管，通常由安装在真空玻璃壳内的阴极和阳极组成。阴极通常是钨制灯丝，阳极是根据应用需要由某种材料（如钨、钼）制成的靶。当接通阴极灯丝电源后，灯丝加热，发射热电子。在阳极和阴极间的电场加速下，高速电子流轰击阳极靶物质产生X射线，如图1.3所示。

X射线机产生的X线强度正比于靶物质的原子序数Z、电流强度I和电子加速电压（管电压）U的平方。所以，X线机的管电压、管电流和阳极靶物质时影响X线强度的直接因素。一般X射线机的管电压（峰值）为几十千伏至几百千伏。知道了管电压，可从文献上查得离靶1m处产生的X射线的发射率Gy·m2·mA-1·min-1。

图1.3　X射线机原理图

2.加速器

加速器是利用电磁场使带电粒子（如电子、质子、氘核及重离子等）获得高能量的装置。加速器的种类很多，按加速粒子的能量区分，有高能加速器、中能加速器和低能加速器。此处主要讨论低能加速器。

加速器是一个重要的辐射源，它具有所获得的粒子种类多、能量范围广、射线束的定向性好、能量和流强可调、操作维修方面、可随时启动或停机等特点。(www.xing528.com)

加速器主要由产生带电粒子系统（离子源或电子枪）、电磁场系统（粒子加速、聚焦、输运）、真空系统（减少与气体分子碰撞）、粒子束引出系统（通过电场或磁场使粒子偏转到特定方向）和控制系统组成。

低能加速器（能量低于100 MeV）产生的辐射有瞬发辐射和缓发辐射。瞬发辐射包括初级辐射（加速的带电粒子）和次级辐射（加速粒子与物质相互作用产生的X、γ射线和中子等）。缓发辐射是由瞬发辐射与周围物质相互作用产生的感生放射性材料放射的β射线和γ射线等。瞬发辐射只有在加速器开机时产生，停机后即消失；缓发辐射在加速器停机后仍然存在，而且随着加速器运行时间的增加而积累。

轫致辐射：当加速器加速的电子与物质相互作用时，会产生轫致辐射（X射线），轫致辐射为连续谱，能量从零到加速电子能量。轫致辐射的发射率随靶核材料的原子序数和电子能量的增加而增加，当电子能量低于10 MeV时，一定的束流强度在向前方向产生的X射线强度，几乎与电子能量呈三次方关系增加。

中子：在加速器上中子是由各种核反应产生的，中子的发射率、能量和角分布强烈地依赖于入射粒子的种类、能量以及靶材料及核反应特性（反应截面、阈能等）。在电子加速器上，电子和靶材料相互作用产生轫致辐射，轫致辐射又与靶核材料及其他材料相互作用得到中子，习惯上将这种反应称为（γ，n）反应。中子的能谱为连续谱，其最大能量近似等于轫致辐射的最大能量减去这种反应的阈能。（γ，n）反应的阈能≈10 MeV，所以通常在能量大于10 MeV的电子加速器会产生中子，在屏蔽设计时要考虑中子的影响。

感生放射性：加速器的结构材料、冷却水及加速器厅和辐照厅内的空气受中子照射会产生感生放射性，其辐射水平取决于加速粒子的能量、种类、流强和被辐照材料的性质以及加速器的运行时时间等。加速器停机后，进入加速厅或靶厅时，要考虑感生放射性的影响。

3.中子发生器

中子发生器是利用直流电压，能量在1 MeV以下，通过（d，n）反应产生快中子的小型加速器。早期都用倍压方法得到所需的高压，所以叫做“高压倍加器”。由于倍加线路体积庞大，目前已改用如绝缘变压器等方法获得高压，所以现在更多使用中子发生器这个名称。

中子发生器加速离子的能量不高，多数在400 keV以下，也有的到600 keV。它的电源电流容量较大，能提供较强的电子流，一般能达到毫安数量级，高的可达到数十毫安。由于它的加速的能量有限，通常只能利用D（d，n）3He和T（d，n）4He反应获得2.5 MeV和14 MeV能量的单能中子。由于T（d，n）4He反应截面在氘核能量近于10 keV处出现共振截面峰值达到5靶。因此可利用此反应在中子发生器上获得中子产额价高的14 keV中子。一般中子产额在109～1010n/s，强流中子发生器的中子产额可达到1012～1014n/s。所以中子发生器主要用于产生14 MeV中子，开展14 MeV中子的各种应用。

密封中子管是紧凑型中子发生器，将离子源、加速间隙、靶等密封在一个玻璃管中，管子的直径几厘米、长几十厘米。由氘氚反应产生的14 MeV中子产额一般为108～109n/s，高的可达到1010～1011n/s，寿命为200～500 h。由于它结构紧凑、体积小，便于携带和使用简单，所以是一种很实用的中子源，特别适用于野外和现场应用。