刘雨婷

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

电子直线加速器与电子感应加速器的比较

刘雨婷

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

0 引言

我国近年来随着对电力及精炼石油需求的增多，锅炉行业、化工行业制造的各种压力容器以及大厚度铸造件，在制造过程中均需使用射线照相（RT）来检查焊缝内部质量。射线检测设备主要有X光机、钴60、铱-192、铯-137、电子加速器等，其中电子加速器作为一种高能X射线检测仪器，以其能量高，穿透能力强，拍片速度快，安全性能高等特点，解决了大厚度钢板（40mm～380mm）在无损检测上的需求，广泛用于锅炉、化工、铸造等行业的无损检测领域。

国内生产的电子感应加速器70年代有7台运行，现已全部淘汰。进口的感应加速器全部来自俄罗斯。直线加速器进口和国产各占一半，进口中主要是美国Varian产品，少数产自俄罗斯，产自日本的有一台。它们主要装备在大型电站设备、重型机器、大型石油化工机械、航天、兵器及核工业等重型企业，其中采用电子直线加速器的企业，按行业分布的比例如图1所示，其中7台配有工业CT及数字射线照相系统（DR）或荧光射线透视系统，其余多数采用胶片射线照相法。

图1 按行业分布的比例示意图

自90年代开始，电子直线加速器增长明显加快，尤其是2000年以来进入了高增长期，探伤加速器的增长速度前所未有，而且主要由国内供货，这和我国所处的政治经济形势密切有关，主要影响因素有：

1）质量认证制度的推广，质量意识明显加强，这很大程度上促进了对质量监测设备的需求。

2）由于电力短缺，促使电站设备制造业发展，大型锅炉产量大增。石化工业发展，加氢反应器等化工高压容器加工量增加，都对高能射线探伤提出了需求。

3）国际及两岸形势的变化，军工生产检测需求增加。

4）美国对我国探伤加速器出口的限制，这给发展我国探伤加速器带来了机遇。

用作高能X线探伤的加速器，实际上，40～70年代以电子感应加速器为主，当时，美国GE及Allis，chalmers，德国Siemens，瑞士BB.C，日本岛津，苏联等都有生产。我国在60～70年代，由机械部自动化所，上海先锋及四川东风电机厂曾先后生产过7台，15及25MeV探伤用电子感应加速器，80年代后逐渐被电子直线加速器取代，除俄罗斯还有便携式感应加速器供应外，均已停产。我国目前可以提供2、3、4、6、9、15 MeV系列无损检测用电子直线加速器。从产品性能看，X线输出参数（能量，剂量率，焦点尺寸等）与美国Varian产品相当，完全可以满足国内需求，产能有余，尚可出口。加速器目前也可以与数字射线照相系统、工业CT等配套供货。

1 技术指标对比

国内用于X线探伤的电子加速器现有两类，一类是电子直线加速器，一类是电子感应加速器，它们加速的电子能量根据不同需要在2MeV～15MeV之间，相应的X线也就分别对应于最大值为2MeV～15MeV的连续谱。可检查等效钢铁厚度在40mm～500mm，配用胶片法照相检查时，相对灵敏度以孔型像质计显示，可优于1-2T，线型象质计则优于1%。

这两类加速器的具体技术指标如表1和表2所示。

表1 电子感应加速器主要技术指标

表2 电子直线加速器主要技术指标

2 透照时间对比

以下是两种加速器具体的计算比较。由于目前普遍工业所需用X射线进行检测的工件厚度一般在250mm左右，因此下面对4MeV电子直线加速器和7.5MeV电子感应加速器就透照时间、工作性能、防护墙厚度、造价等方面进行比较。

计算公式说明如下：

式中，

I为底片吸收剂量，取3.1cGy；

I0为距加速器焦点1米处，出束剂量率cGy/min.m；

d为焦距，取1.8m；

D为工件厚度，取200mm；

D1/2为半价层，对4MeV电子直线加速器约为25mm；对7.5MeV电子感应加速器约为28mm；

根据上述公式可推出透照时间t的计算公式：

条件：

1）为便于比较，直线加速器焦距取1.8m，回旋加速器焦距取1.0m；

2）以200mm钢为例计算；

3）采用柯达AA400底片；

4）根据我们拍片经验，底片吸收剂量按3.1cGy计算；

5）本计算仅供参考。

根据公式可得出表3所示结果。

表3 电子直线加速器和电子感应加速器工作效率对比

从表3可以看出采用同样的条件，电子直线加速器比电子感应加速器的工作效率要高17倍。

3 工作性能对比

电子直线加速器一般配有机头悬吊机构，具有使机头升降、回转、仰俯等功能，可以满足不同角度对工件不同位置进行照射检查的需要。由于剂量率高，因此透照时间短，且配有温控水冷机组，不需停机散热等待，具有高效、安全等特点。

电子感应加速器的特点是重量小，易于携带，由于没有水冷系统，需开机15分种停机散热，效率较低，仅适合小工件、小探伤室，对于检测量比较高、被检测工件体积较大的单位，不适于使用电子感应加速器。

从拍片效果上看，电子直线加速器的焦点为一个小于2mm的圆点，而电子感应加速器为一个0.2mm×3mm的方焦点，使用两台加速器在相同的条件下，对同一工件同一部位进行检测，电子直线加速器曝光后底片的效果比较好，灵敏度比较高，而电子感应加速器因其焦点为长方形，所以导致底片灵敏度具有一定方向性。

4 防护墙厚度对比

计算方法

在厅外距靶点r（m）处的辐射剂量率为（单位rad/min）：

0为加速器的输出剂量率；

f束为射线束的使用因子，此处为1；

k-1为墙对射线的衰减因子（k-1=10-h/D1/2，h为墙厚）；

其中t为一年中加速器的工作时间。

考虑到居留因子T，则可得关于h（厚度）的如下方程：

D1/2：半价层（混凝土）；

*注：以上计算中未考虑建造中涉及质量问题而应取的保险因子。

条件：

为方便比较，假定使用两种加速器的厂房大小相同，外界环境相同，居留因子T取1/16，输出剂量率均取最大，测试点距离靶点1m；

半价层4MeV电子直线加速器对混凝土约为86mm；对7.5MeV电子感应加速器约为108mm；

根据公式可以计算得出：

表4 电子直线加速器和电子感应加速器防护强度对比

5 造价对比

由于两种加速器的工作原理，工作效率、且厂房的防护造价费用各不相同，所以电子直线加速器的价格略高于电子感应加速器的价格，但性价比远高于感应加速器。

6 结论

电子直线加速器和电子感应加速器从技术指标、透照时间、工作性能、防护厚度以及造价上来比较，能得出如下结论：

1）在同样的能量下，直线加速器的X射线剂量输出量比感应加速器大100倍以上，因此在相同的照相条件下，电子直线加速器较电子感应加速器的曝光时间可以缩短100倍以上，这也是感应加速器自上世纪60年代以来逐渐被淘汰的原因。

2）电子直线加速器焦点是圆形Φ2mm，而感应加速器焦点是0.2mm×3mm，呈长条形，因此感应加速器的照相灵敏度在不同方向上有一定差异。

3）感应加速器由于剂量率低，主束墙的防护厚度可以稍薄一些。

4）电子直线加速器机头约重900kg，便携式电子感应加速器约重几十公斤，后者便于移动。

几十年国内工业无损检测技术的发展，高能X射线加速器技术的成熟，标志着我国无损检测技术已经达到了国际先进水平。从90年代起，电子直线加速器以其能量大、剂量率高、焦点小、操作安全、工作效率高等优点，已经逐渐取代了电子感应加速器，成为国内锅炉行业、化工行业、铸造行业等重工业必不可少的检测手段。

[1]朱宇虹.9MeV电子直线加速器的屏蔽设计[J].电焊机,2010,40(1).

[2]余小清.铁道货车摇枕侧架探伤方法探讨[J].无损检测,2006,28(5):276-278.

The comparison of electron linear accelerator and betatron

LIU Yu-ting

现代工业是建立在无损检测基础之上的说法并非言过其实。无损检测技术经历一个世纪的发展，尽管它本身并非一种生产技术，但其技术水平反映了该部门、该行业、该地区甚至该国家的工业技术水平。无损检测的仪器种类很多，大致分为超声、射线、涡流、磁粉等。能产生高能X射线的电子直线加速器由于射线能量高，能对大型部件和厚金属材料进行探伤，它产生的韧致辐射强度比电子感应加速器高几十到几百倍，同时，射线照相所需时间更短，分辨率更高。

电子直线加速器；电子感应加速器；透照时间；防护强度

刘雨婷（1981 -），女，辽宁人，工程师，学士，主要从事加速器研发及销售。

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1009-0134(2015)07(下)-0064-03

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2015-04-08