原子能院电子直线加速器技术的研究与应用

科学技术的发祥地，在中低能电子直线加速器研究与应用方面进行了持续研究，取得了多项成果，研究开发了具有自主知识

产权、型谱化、系列化的无损检测电子直线加速器和电子辐照直线加速器，在工业、农业、安全等领域得到了有效应用，在我国

国防建设、国民经济发展中发挥了重要作用％关键8 :直线加速器；电子束;无损检测；电子辐照中图分类号:TL53 文献标志码：A 文章编号:1002-35(2021 )01-0011-03doi：10. 16540/j. cnki. cn11-2485/tn. 2021. 01. 02Research and Application of Electron Linear Accelerator Technology at CIAEYANG Jing-he,WANG Guo-bao, WANG Xiu-ong, ZENG Zi-qiang, ZHU Zhi-bin,YU Guo-long,

TONG Xun-hua, ZHANG Li-feng, WU Qing-feng, HAN Guang-wen, LIU Bao-jie

(..Department of Nuclear Technology Application , China Institute of Atomic Energy , Beijing 102413 , China)Abstract: Accelerator is one of the source technologies of nuclear technology application , which pro­

motes the development of nuclear science technology and application. China Institute of Atomic Energy is

the birthplace of nuclear science technology in China. The low-energy and medium-energy electron linearaccelerator technologies were researched and developed there. Serial non-destructive test and irradiation linear accelerators with independent intellectual property rights had been developed successfully. They are

used in many fields such as industry , agriculture , security , etc. , and play important roles in China's na­tional defense construction and national economic development.Keywords: Linear accelerator , Electron beam , Non-destructive testing , Electron irradiation电子加速器是研究开发历史最早的粒子加速器

1原子能院电子直线加速器的发展背景原子能 的电子 国防与科研领域(1),,

类型,在核科学与技术领域发 纪40年代以来,, 频微波

发展,在大型高能

重 用％ 20世器取

器技术 用波技术的快速进步,采用射民经济的发展,工业、医电子的电子 式疗、农业等领域对应用型

20世纪80年代,原子能

器的需求日趋强烈,在器团队在强流器科研设施和紧凑的中低能应用型 器方 到 研究 低能电子 应用％ 原子能科器方 的研究短脉冲电子 器研究等项目的基础上,提岀无损探伤 器和电子辐 器两个方向的科较早,并在80年代开始进行科技成果转化，攻克了

技 化。一批技术难题,研发了一批具 子

器装置,t

的电

器的无 探伤是 用具 较高能

量的电子束轰击靶材发生韧致辐射 X射线,从 而利用X射线的 性进行工件缺陷的无 ：测。

电子 器在民用领域的发展,本文综述原子能 速器技术方面的研究与应用情况％电子直线加电子 辐 是 用 电 子 射 电 子 的2021 -01 —真空电子技术VACUUMELECTRONICS辐射效应达到消毒灭菌，材料改性的作用。速管,D-Q型高压脉冲调制器,使用胶片成像，主要 用于重工业领域的大型铸 件与焊接工件的探 伤，为 重工业关键部件的 提供装置，有力推动了该领域

2无损检测电子直线加速器原子能院于19年3月成功研制国内第1台

基于驻波电子 器的无损探伤装置，该装置技术的发展。X射线能量为4 MeV,采用S波段磁控管和驻波加

图1无损探伤加速器组成及现场应用进入21世纪后，在原有技术基础上，原子能院 研制了 4 MeV/' MeV能量可切换无损检测用电子

器，采用串联谐振充电型高压

速器基础上，原子能院研制了国内第1台12 MeV

电子 辐 器，加速器采用S波段微波系统，器和固用于电力电子半导体器件改性处理。这台 : 器一直安全运行到2006年，在近30年的工作中为

态 器⑵，全 级 系统，操 单，界面2/4/6/9/12友好，联锁、警报、维护等信息更为准确直接，并组建

全国30余家晶闸管生产厂家提供了辐射改性处理，

了标准化架构和工艺流程， 实

促进 大功率半导体的发展。MeV 能量探伤 器系列化 ，探伤 器

21 世纪后， 辐 射 装 置 方 ， 高 能从第1代 到第2代、第3代升级⑶。大功率加速器方面只能依赖进口，阻碍了国内辐射

表1 GT系列无损探伤加速器加工产业的发展。原子能院于2002年开始对高能 大功率电子辐

型号GT-2/200X射能/ MeVX 射剂率/Gy/min + m2255器进行研发，解决 关键2问题，成功研制出了我国首台10 MeV/15 kW的大 功率高能电子辐照加速器，如图2所示⑷。2007年 该装置投入原子高科金辉公司商业辐照应用示范，

GT-2D/200GT-4/5001/24GT-4D/5002/46已累计稳定运行13年。在首台科研样机的基础上，

GT-6/1000GT-6D/1000101030305050原子能院进一步进行科技攻关与 创新，成功研

4/69制10 MeV/20 kW高能大功率电子辐照加速器装 置囚，并实现了 10 MeV/20 kW辐照加速器工程化

GT-9/3000GT-9D/3000GT-12/50006/9定型工作，实现了产业化应用，显著提升了重大辐照 装备的 化 能力与 。129/12GT-12D/50004多用途电子直线加速器核技术应用的

3高能电子 直线加速器深度深、辐照剂量率大、产推广，直线加速器面临高能电子束具

新的机遇，原子能院进一步在工业辐照加工、反恐怖 袭 无 方面深入研究。 需求，原子能

能高的特点，在辐照灭菌、材料改性等应用方面具有 较强的特色与优势。1987年，在强流短脉冲：加

研 台2 MeV自屏蔽电子 器0 2021 -01VACUUMELECTRONICS真空电子技术(a) 10 MeV/15 kW

图2

(b) 10 MeV/20 kW10 MeV/15 kW与10 MeV/20 kW大功率高能电子辐照加速器主体辐照灭菌装置，如图3所示，能够有效杀灭炭疽病毒 等，为、反恐怖活动作出贡献。在关键技术之外，原子能院积极对工业型加速 器的

化、规范化进行研究，主导制定无推动相关国际标准的制定，，根据实际需求，原子能院研制了移动式电 器的国家标准，并

子束灭菌系统，电子束能量2 MeV,脉冲宽度4 \"s， 2017年5月9日，主导的 用核仪器领域首器标准》正式最大重复频率250 Hz,平均功率可达1 kW；在功能 性拓展方面，成功研制国内首台多能量(6 MeV, 8

MeVJ0 MeVJ2MeV)电子直线加速器页，建立了

际标准《无损检测用电子 效发布⑺，填补

用核仪器领域的空白，有电子

器的影效地提 原子能院无

业电子 考辐射场，准确开展了的响力，并于2018年出口了第1台6 MeV双能无损

抗辐射加固剂量等方面的研究，并进一步研发 了能够同时进行电子束应用和X射线无

电子 器。图4为工业无 器国际标准。设备-电子

器装置，拓展 器的应用能力。图3 2 MeV自屏蔽电子直线加速器辐照灭菌装置图4工业无损检测设备-电子直线加速器国际标准5结原子能院是我国加速器技术的发祥地，目前已

参考文献低能加速器的重要研发基地，在电子直器方面，研发的 器装置

周文振，章向阳，丁书琳，等.L波段行波聚束器结构研

成为

科研、反究［J).强激光与粒子束,1996,8(2) '57 — 162.杨京鹤，张立锋，王国宝.电子直线加速器串联谐振充

恐、核技术应用等方面发 重 用， 系列化、型谱化的 器研发成果，推动

器

一批电电源的设计与实现原子能科学技术，2014,48电子(7)： 1296 — 1299.关键技术的发展。(下转第43页)2021 -01 —VACUUMELECTRONICS真空电子技术(12) Lau Y Y. Classification of Beam Breakup Instabilities in

[19) Altenmueller O H? Herrmannsfeldt W B, Farkas Z D,

et al. Beam Breakup Experiments at SLAC[R). No.

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19, 63(11) : 1141.(13) Gai W,Kanareykin A D,Kustov A L,et al. Numerical

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Simulations of Intense Charged-Particle Beam Propaga­

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tyforOpticsandPhotonics, 1992, 1629 529—537.(14) Brinkmann R,Napoly O, Schulte D. Beam-Beam Insta­

bility Driven by Wakefield Effects in Linear Colliders (C).Proceed*ngsofthe2001Part*cleAcceleratorCon-

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[D).北京：清华大学工程物理系，2020.[2) 宫存溃•非均匀行波加速管的调谐研究[D).北京：清

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Induced by RF Deflectors in the Combiner Ring of the

华大学工程物理系，2012.[23) ShiJiaru, Grudiev Alexej, etal. Tuning of X-Band

CLIC Test Facility and Mitigation by Damped Deflec­

ting Structures [J). Physical Review Special Topics- Accelerators and Beams, 2011, 14(2)： 022001.(16) Hoffstaetter G H,Bazarov I V. Beam-Breakup Instabiii-

Traveling-Wave Accelerating Structures [J ).Nuclear

Instrumentsand Methodsin Physics Research Section

A Accelerators, Spectrometers, Detectorsand Asso- ciatedEquipment, 2013, 704 14—18.ty Theory for Energy Recovery Linacs [J). Physical Review Special Topics-Accelerators and Beams, 2004,

收稿日期2020 — 12 — 247(5) : 054401.(17) Lou W, HofstaeterG H. Beam BreakupCurrentLim­

itin Multiturn Energy Recovery Linear Accelerators

作者简介:高渐(1996 —)，男，学士学历, 本科就 理系，现为

[J). Physical Review Accelerators and Beams, 2019,

2211) 112801.南京理工大学核技术[18 ) Jarvis T R, Saxon G, Crowley-Milling M

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系，研究生就 清华大级，研究方向为中低能 器物理 流设计；E —

mail gao-j19 , mails\singhua\\InstitutionofElectricalEngineers,IET DigitalLibrar­

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ElectronLinearAcceleratorRbDinCIAE[C)\\Proceed- ing of LINAC2018,China: Bejing, 2018.[4) 曾自强，张立锋，吕卫星，等.10 MeV辐照电子直线加

速器控制系统[).原子能科学技术,2005,39(2)114 —

IEC, 2017.期 2020—11—11作者简介:杨京鹤(1987 —)，男，北京人, 博士，高级

@ciae. ac. cn%117.[5) 王国宝，潘龄鹤，王修龙，等.高能大功率电子辐照加速

器研制[M).北京:原子能岀版社，2009.，主要研究方向为[)张立锋，杨圣，刘保杰，等•多能量档电子直线加速器用

栅控电子电源研究[).原子能科学技术，2018,52

核技术及应用；E-mail : yangi inghe

12) 2302—2307.[7) IEC 62976 2017, Industrial Non-Destructive Testing

Equipment-Electron Linear Accelerator [S) Geneva,2021 -01 >