[发明专利]屏蔽X射线辐射装置

说明书

提供了一种屏蔽X射线辐射装置，包括X射线源、X射线衰减屏蔽、中子衰减屏蔽和伽马衰减屏蔽，所述X射线衰减屏蔽包括用于容纳所述X射线源的细长空腔并且结合了用于容纳样品的区域。中子衰减屏蔽与X射线衰减屏蔽相邻并基本上围绕X射线衰减屏蔽，而伽马衰减屏蔽与中子衰减屏蔽相邻并基本上围绕中子衰减屏蔽。在一些实施例中，提供了可移除样品插入装置，以将样品插入到细长空腔中，并且该可移除样品插入装置由相邻的材料块组成，每个各个的块具有厚度和组成，其基本上匹配X射线衰减、中子衰减和伽马射线衰减屏蔽中的一个的厚度和组成。

技术领域

本文描述的实施例总体涉及屏蔽高能、高功率X射线源的屏蔽装置。这里，高能表示能量在多MeV能量范围内的X射线。具体地，实施例涉及一种用于屏蔽X射线源的装置，其中X射线源旨在用于伽马激活分析。具体应用涉及X射线源用于分析矿石样品中的金和其它有价值元素如银、铜和铅的用途。还提供了一种用于优化X射线辐射装置的屏蔽的方法。

背景技术

伽马激活分析(GAA)，也称为光子激活分析，使用高能X射线源以在样品中的靶元素中诱发核反应，然后测量由激活样品发射的衰变辐射以确定这些元素的浓度。

典型地，使用源产生多MeV能量范围内的X射线，所述源使用装配有转换靶的电子加速器以经由轫致辐射过程产生X射线。常见类型的电子加速器是线性加速器或LINAC。

如果要以良好的灵敏度检测低浓度存在的元素，则需要高强度X射线源。例如，可以使用5-10kW或更高的线性加速器束功率。本文所述的束功率是指入射到X射线转换靶上的加速电子束的功率。这种高强度源产生大量的X射线辐射，通常在100-200西韦特(Sv)/min的范围内，在距X射线发射点一米处测量。这种辐射水平给人员带来严重的风险，并且必须使用适当的屏蔽来降低。

用于GAA的X射线源通常在至少7MeV的源能量下操作，并且可以在高达15MeV或甚至更高的能量下使用。源能量是指加速电子束的峰值能量，其对应于X射线轫致辐射光谱的端点能量。这些能量足够高以在某些元素中诱发核反应。这些反应通常包括中子的产生，其存在额外的辐射危害。必须将屏蔽设计成还将可接近区域中的中子辐射水平降低到可接受的水平。

通常，用于工业应用的基于促进剂的系统分为三大类：

1.用于医院环境中放射治疗的那些。与这些系统相关的X射线源通常在范围从几MeV到15-18MeV的源能量下操作，但是具有相对低的功率(几Sv/min的剂量率)和非常低的占空比(高达500Sv/周)。屏蔽通常通过建造具有回旋通道或“迷宫”的大体积混凝土“料仓”来提供通路。

2.用于工业灭菌或产物照射的促进剂，其通常在至多10MeV的源能量下操作。在这种类型的系统中，束功率可以非常高，大约为10-20kW或更高。此外，通过大体积混凝土结构提供屏蔽，其中待照射的目标在弯曲路径上传送以避免辐射流。也可以部署大型屏蔽门。

3.用于安全成像应用如货物扫描的加速器。尽管在一些应用中可以使用高达9MeV的能量，但是这样的系统通常在约6MeV的低源能量或双能量模式(例如，在3MeV和6MeV之间交替)下操作。在这些系统中，束功率通常也非常低，并且中子产生不是重要的考虑因素。屏蔽通常包括围绕加速器的铅或钨，以及钢壁舱室。

部署用于GAA的大功率加速器源类型的传统方法需要建造独立的，专用的混凝土屏蔽。通常，所需的屏蔽厚度约为1.5-2.0m，这导致大的覆盖区和数百至数千吨的质量。

用于加速器屏蔽的替代现有方法包括开发既提供X射线屏蔽又提供中子屏蔽的专用材料。一个示例包括与特殊X射线和中子吸收添加剂结合的混凝土混合物。然而，这种方法增加了所需屏蔽的总质量。

希望提供一种与适用于GAA的高能量、高功率X射线源一起使用的改进的屏蔽装置。