替代241Am低能光子源的準單色X射線機的研制

林 輝，肖雪夫，趙 靖，簡利民

（1.原子高科股份有限公司，北京 102413；2.中國原子能科學研究院 放射性計量測試部，北京 102413）

241Am低能光子源是同位素工業儀表中使用極為廣泛的放射源[1]，目前由于原料短缺、放射源使用限制多、辦理手續復雜、管理費用高等問題[2]，對使用241Am低能光子源的同位素工業儀表的發展造成了限制，因此，研制一種能譜與241Am低能光子源的相近、使用方便、不影響原有儀表設計、能替代241Am低能光子源的X射線機有著非常重要的意義[3]。與放射性同位素源相比，X射線機最大的優點是X射線的強度和分布具有可調節性。另外，X射線機光路的幾何布置受限制小，可使用準直器、濾光片、狹縫等提高性能。X射線機與241Am低能光子源相比，其缺點是X射線譜是連續譜，用來替代 Am低能光子源，必須對連續譜進行單色化處理。本文利用濾光片法研制一種能替代241Am低能光子源的準單色X射線輸出裝置并對其應用進行測試。

1 實驗方法

參照241Am光子源的光子能量（59.5keV）、譜形和發射率（3.7×108Bq241Am光子源對應的光子發射率約為108s－1）[4]，根據蒙特卡羅模擬計算結果來設計加工X射線管，在X射線的出射方向安裝合適的準直器和濾光片，利用濾光片的吸收限進行濾波，除去不需要的譜線。參照241Am放射源的能譜半高寬，將濾波后的能譜半高寬小于20keV時獲得的準單色X射線用來替代241Am放射源。

2 實驗與結果討論

2.1 X射線機參數

應用SPELLMAN公司生產的可調高壓電源與自行設計委托加工的X射線管[5]、準直器、冷卻系統組裝成X射線輸出分體機，X射線管的參數列于表1。

表1 X射線管的參數Table 1 Parameters of X-ray tube

2.2 X射線連續譜實驗

X射線機在70kV高壓、0.1mA管電流、1.5m探測距離、60s測量時間條件下的連續譜示于圖1?？芍琗射線機發射的X射線能譜是連續的，無明顯的峰位，欲得到明顯的峰位需對X射線機輸出的X射線進行單色化處理。

圖1 70kV高壓的連續譜Fig.1 Continuous spectrum of 70kV

2.3 準直器對X射線連續譜譜形和X射線強度的影響

由于241Am低能光子源是經屏蔽準直后到達探測器，而X射線管發射的X射線沿一定角度呈扇形發射，因此欲不改變原來的測量系統直接替代241Am低能光子源，就必須沿發射角度對X射線進行準直以減少本底信號，使用鉛制的不同規格準直器進行實驗，實驗結果示于圖2?？煽闯觯洔手逼骱蟮腦射線連續譜可得到明顯的峰位，X射線的強度隨準直器的加長而減弱，峰區邊界能量主要集中在30～65keV之間。欲得到50～60keV之間的峰位能量，需對高能峰區（≥60keV）和低能峰區（≤50keV）部分的X射線進行過濾。

圖2 準直系統對X射線連續譜譜形和強度的影響Fig.2 Influence of collimator on spectrum and intensity of X-ray

2.4 濾光片的選擇

參照元素的K吸收限[1]，選擇鋁、鎳、銅和銀作為吸收低能（≤50keV）的濾光片，釓、鉭和鉑作為吸收高能（≥60keV）的濾光片進行實驗。實驗結果表明，濾光片按表2組合（高壓，70kV；管電流，0.1mA；探頭距離，1.5m；準直器，φ10mm×50mm；測量時間，60s）時，可得到與241Am低能光子源非常相近的準單色X射線（圖3）。

表2 混合濾光片對X射線譜形和強度的影響Table 2 Influence of combined filter on spectrum and intensity of X-ray

圖3 Ta-Ag、Pt-Ag混合濾光片及241 Am標準源譜Fig.3 Spectra of Ta-Ag，Pt-Ag and 241 Am standard source

2.5 管電流對X射線譜形和強度的影響

在高壓、濾光片、探頭距離和測量時間等參數固定的條件下，調節管電流，結果示于圖4（高壓，70kV；濾光片，Ta-Ag；探頭距離，1.5m；準直器，φ10mm×50mm；測量時間，60s）?？煽闯?，隨管電流的增大，X射線譜的峰位能量逐漸變小、峰半高寬逐漸增大，X射線強度劇增，因此在適用能量范圍內可通過調節管電流來獲得不同強度的射線以代替不同活度的241Am低能光子源。

圖4 管電流對X射線譜形和強度的影響Fig.4 Influence of tube current on spectrum and intensity of X-ray

2.6 料位檢測應用實驗

用準單色X射線機替代1.11×109Bq的241Am放射源（φ10mm×5mm），通過PVC桶（內徑120mm、高50mm、壁厚5mm）進行靜態無損料位檢測實驗，實驗結果表明，準單色X射線機能進行料位測量并得到與241Am放射源相同的實驗結果（圖5）。

圖5 X射線料位測量實驗結果Fig.5 Experimental result of X-ray level indicator

3 結論

本文研究結果表明，自行研制的準單色X射線機能產生與241Am低能光子源的譜峰和譜形相近的準單色X射線，且在料位計上能替代241Am低能光子源。

[1]孫樹正.放射源的制備與應用[M].北京：原子能出版社，1982.

[2]國家環?？偩趾税踩?輻射安全與防護的法律法規選編[M].北京：原子能出版社，2006.

[3]楊福.應用核物理[M].長沙：湖南教育出版社，1994.

[4]中國核工業總公司.EJ／T 1067—1998 X射線熒光分析用镅-241源[S].北京：原子能出版社，1998.

[5]中華人民共和國國家發展和改革委員會.JB／T 6215—2004 工業用X射線管系列型譜[S].北京：機械工業出版社，2004.