课程设计（论文）同步辐射加速器.doc

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1、课程论文(报告)题 目 同步辐射加速器 学院名称 核科学技术学院 指导教师 职 称 助 教 班 级 辐射防护与环境工程 学 号 学生姓名 2011年1月8日目 录第一章 绪论2第一节 加速器的介绍与定义2第二节 加速器的发展4第三节 为加速器做出杰出贡献的科学家.9 第二章 中国加速器发展史9第一节 我国先后建成的加速器概况10第二节 加速器作用及反应式12第三节 低能加速器的应用22第三章 同步辐射加速器23第一节 基本情况简介23第二节 上海同步辐射光源28第四章 学习心得体会35第一章 绪论第一节 加速器的介绍与定义加速器是一种使带电粒子增加速度（动能）的装置。 加速器可用于原子核实验、

2、放射性医学、放射性化学、放射性同位素的制造、非破坏性探伤等。粒子增加的能量一般都在0.1兆电子伏以上。加速器的种类很多，有回旋加速器、直线加速器、静电加速器、粒子加速器、倍压加速器等。1.1.1 定义加速器(accelerator)是用人工方法把带电粒子加速到较高能量的装置。利用这种装置可以产生各种能量的电子、质子、氘核、粒子以及其它一些重离子。利用这些直接被加速的带电粒子与物质相作用，还可以产生多种带电的和不带电的次级粒子，象粒子、中子及多种介子、超子、反粒子等。目前世界上的加速器大多是能量在100兆电子伏以下的低能加速器，其中除一小部分用于原子核和核工程研究方面外，大部分用于其他方面，象化

3、学、放射生物学、放射医学、固体物理等的基础研究以及工业照相、疾病的诊断和治疗、高纯物质的活化分析、某些工业产品的辐射处理、农产品及其他食品的辐射处理、模拟宇宙辐射和模拟核爆炸等。近年来还利用加速器原理，制成各种类型的离子注入机。以供半导体工业的杂质掺杂而取代热扩散的老工艺。使半导体器件的成品率和各项性能指标大大提高。很多老工艺不能实现的新型器件不断问世，集成电路的集成度因此而大幅度提高。 第二节 加速器的发展概况1. 1919年英国科学家卢瑟福 (E.Rutherford)用天然放射源中能量为几个MeV、速度为2109厘米/秒的高速 粒子束（即氦核）作为“炮弹”，轰击厚度仅为0.0004厘米的

4、金属箔的“靶”，实现了人类科学史上第一次人工核反应。利用靶后放置的硫化锌荧光屏测得了粒子散射的分布，发现原子核本身有结构，从而激发了人们寻求更高能量的粒子来作为“炮弹”的愿望。 静电加速器（1928年）、回旋加速器（1929年）、倍压加速器（1932年）等不同设想几乎在同一时期提了出来，并先后建成了一批加速装置。 1.2.1 粒子加速器 particle accelerator用人工方法产生高速带电粒子的装置。是探索原子核和粒子的性质、内部结构和相互作用的重要工具，在工农业生产、医疗卫生、科学技术等方面也都有重要而广泛的实际应用。 自从E.卢瑟福1919年用天然放射性元素放射出来的a射线轰击氮

5、原子首次 卢瑟福实现了元素的人工转变以后，物理学家就认识到要想认识原子核，必须用高速粒子来变革原子核。天然放射性提供的粒子能量有限，只有几兆电子伏特（MeV），天然的宇宙射线中粒子的能量虽然很高，但是粒子流极为微弱，例如能量为1014电子伏特（ eV ）的粒子每小时在 1平方米的面积上平均只降临一个，而且无法支配宇宙射线中粒子的种类、数量和能量，难于开展研究工作。因此为了开展有预期目标的实验研究，几十年来人们研制和建造了多种粒子加速器，性能不断提高。应用粒子加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成的上千种新的人工放射性核素，并系统深入地研究原子核的基本结构及其变化规律，促使原子核物理学迅速发展成

6、熟起来；高能加速器的发展又使人们发现包括重子、介子、轻子和各种共振态粒子在内的几百种粒子，建立粒子物理学。近20多年来，加速器的应用已远远超出原子核物理和粒子物理领域，在诸如材料科学、表面物理、分子生物学、光化学等其它科技领域都有着重要应用。在工、农、医各个领域中加速器广泛用于同位素生产、肿瘤诊断与治疗、射线消毒、无损探伤、高分子辐照聚合、材料辐照改性、离子注入、离子束微量分析以及空间辐射模拟、核爆炸模拟等方面。迄今世界各地建造了数以千计的粒子加速器，其中一小部分用于原子核和粒子物理的基础研究，它们继续向提高能量和改善束流品质方向发展；其余绝大部分都属于以应用粒子射线技术为主的“小”型加速器。

7、 粒子加速器的结构一般包括 3个主要部分 ：粒子源 ，用以提供所需加速的粒子，有电子、正电子、质子、反质子以及重离子等等。真空加速系统，其中有一定形态的加速电场，并且为了使粒子在不受空气分子散射的条件下加速 ，整个系统放在真空度极高的真空室内。导引、聚焦系统 ，用一定形态的电磁场来引导并约束被加速的粒子束，使之沿预定轨道接受电场的加速。所有这些都要求高、精、尖技术的综合和配合。 加速器的效能指标是粒子所能达到的能量和粒子流的强度（流强）。按照粒子能量的大小，加速器可分为低能加速器（能量小于108eV）、中能加速器（能量在108109eV）、高能加速器（能量在1091012eV）和超高能加速器（

8、能量在1012eV以上)。目前低能和中能加速器主要用于各种实际应用。 第三节 为加速器做出杰出贡献的科学家1.3.1 美国科学家柯克罗夫特1932年美国科学家柯克罗夫特（J.D.Cockcroft）和爱尔兰科学家沃尔顿(E.T.S.Walton)建造成世界上第一台直流加速器命名为柯克罗夫特-沃尔顿直流高压加速器，以能量为0.4MeV的质子束轰击锂靶，得到 粒子和氦的核反应实验。这是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应，因此获得了1951年的诺贝尔物理奖。 1.3.2 美国科学家凡德格拉夫1933年美国科学家凡德格拉夫(R.J.van de Graaff)发明了使用另一种产生高压方法的高压加速

9、器命名为凡德格拉夫静电加速器。 加速器以上两种粒子加速器均属直流高压型，它们能加速粒子的能量受高压击穿所限，大致在10MeV。 1.3.3 劳伦斯与回旋加速器奈辛(G.Ising)于1924年，维德罗(E.Wideroe)于1928年分别发明了用漂移管上加高频电压原理建成的直线加速器，由于受当时高频技术的限制，这种加速器只能将钾离子加速到50keV，实用意义不大。但在此原理的启发下，美国实验物理学家劳伦斯(E.O.Lawrence)1932年建成了回旋加速器，并用它产生了人工放射性同位素，为此获得了1939年的诺贝尔物理奖。这是加速器发展史上获此殊荣的第一人。 由于被加速粒子质量、能量之间的制

10、约，回旋加速器一般只能将质子加速到25MeV左右，其原因就是随着粒子的速度不断的增加，其加速度和外力的关系不再适用牛顿运动定律，即高频加速电场的频率和回旋频率不再匹配；如将加速器磁场的强度设计成沿半径方向随粒子能量同步增长，则能将质子加速到上百MeV，称为等时性回旋加速器。 1.3.4 前苏联科学家维克斯列尔为了对原子核的结构作进一步的探索和产生新的基本粒子，必须研究能建造更高能量的粒子加速器的原理。1945年，前苏联科学家维克斯列尔(V.I.Veksler)和美国科学家麦克米伦(E.M.McMillan)各自独立发现了自动稳相原理，英国科学家阿里芳特(M.L.Oliphant)也曾建议建造基

11、于此原理的加速器稳相加速器。 1.3.5 美国科学家麦克米伦自动稳相原理的发现是加速器发展史上的一次重大革命，它导致一系列能突破回旋加速器能量限制的新型加速器产生：同步回旋加速器（高频加速电场的频率随倍加速粒子能量的增加而降低，保持了粒子回旋频率与加速电场同步）、现代的质子直线加速器、同步加速器（使用磁场强度随粒子能量提高而增加的环形磁铁来维持粒子运动的环形轨迹，但维持加速场的高频频率不变）等。 自此，加速器的建造解决了原理上的限制，但提高能量受到了经济上的限制。随着能量的提高，回旋加速器和同步回旋加速器中使用的磁铁重量和造价急剧上升，提高能量实际上被限制在1GeV以下。同步加速器的环形磁铁的

12、造价虽然大大减少，但因横向聚焦力较差，真空盒尺寸必须很大，造成磁铁的磁极间隙大，依然需要很重的磁铁，要想用它把质子加速到10GeV以上仍是不现实的。 1952年美国科学家柯隆(E.D.Courant)、李温斯顿(M.S.Livingston)和史耐德(H.S.Schneider)发表了强聚焦原理的论文，根据这个原理建造强聚焦加速器可使真空盒尺寸和磁铁的造价大大降低，使加速器有了向更高能量发展的可能。这是加速器发展史上的又一次革命，影响巨大。此后，在环形或直线加速器中，普遍采用了强聚焦原理。 美国劳伦斯国家实验室1954年建成的一台6.2GeV能量的弱聚焦质子同步加速器，磁铁的总重量为1万吨。而

13、布鲁克海文国家实验室33GeV能量的强聚焦质子同步加速器，磁铁总重量只有4千吨。这说明了强聚焦原理的重大实际意义。 1.3.6美国科学家科斯特以上主要介绍的是质子环形加速器，对电子加速器来说情况有所不同。1940年美国科学家科斯特(D.W.Kerst)研制出世界上第一个电子感应加速器。但由于电子沿曲线运动时其切线方向不断放射的电磁辐射造成能量的损失，电子感应加速器的能量提高受到了限制，极限约为100MeV。电子同步加速器使用电磁场提供加速能量，可以允许更大的辐射损失，极限约为10GeV。电子只有作直线运动时没有辐射损失，使用电磁场加速的电子直线加速器可将电子加速到50GeV，这不是理论的限度，

14、而是造价过高的限制。 加速器的能量发展到如此水平，从实验的角度暴露出了新的问题。使用加速器作高能物理实验，一般是用加速的粒子轰击静止靶中的核子，然后研究所产生的次级粒子的动量、方向、电荷、数量等，加速粒子能参加高能反应的实际有用能量受到限制。如果采取两束加速粒子对撞的方式，可以使加速的粒子能量充分地用于高能反应或新粒子的产生。 1.3.7 意大利科学家陶歇克1960年意大利科学家陶歇克(B.Touschek)首次提出了这项原理，并在意大利的Frascati国家实验室建成了直径约1米的AdA对撞机，验证了原理，从此开辟了加速器发展的新纪元。 现代高能加速器基本都以对撞机的形式出现，对撞机已经能把

15、产生高能反应的等效能量从1TeV提高到101000TeV，这是加速器能量发展史上的又一次根本性的飞跃。 1.3.8 Frascati的AdA对撞机加速器 自世界上建造第一台加速器以来，七十多年中加速器的能量大致提高了9个数量级（参见左图），同时每单位能量的造价降低了约4个数量级，如此惊人的发展速度在所有的科学领域都是少见的。 随着加速器能量的不断提高，人类对微观物质世界的认识逐步深入，粒子物理研究取得了巨大的成就。 用人工的办法加速带电粒子，使其获得很高速度的装置加速器利用一定形态的电磁场将电子、质子或重离子等带电粒子加速，使其具有高达几千、几万乃至近光速的高速带电粒子束，是人们认识原子核和探

16、讨基本粒子，对物质深层结构进行研究的重要工具，同时随着加速器技术的不断发展，各种新的技术、新的原理不断更新，不断突破，进一步促进新技术的向前推进加速器的研究和发展同时带来在工农业生产、医疗卫生、国防建设等各方面的重要而广泛的应用 早在20世纪20年代，科学家们就探讨过许多加速带电粒子的方案，并进行过多次实验其中最早提出加速原理的是E维德罗30年代初高压倍加器、静电加速器、回旋加速器相继问世，研制者分别获得这一时期的诺贝尔物理学奖这以后随着人们对微观物质世界深层次结构的研究的不断深入，各个科学技术领域对各种快速粒子束的需求不断增长，提出了多种新的加速原理和方法，发展了具有各种特色的加速器其中有电

17、子感应加速器、直线加速器、强聚焦高能加速器、扇形聚焦回旋加速器1956年克斯特提出通过高能粒子束间的对撞来提高有效作用能的概念，导致了高能对撞机的发展 几十年来，人们利用加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成上千种新的人工放射性核素，并对原子核的基本结构和其变化规律进行了系统深入的研究，促使了原子核物理学的发展和成熟，并建立新的粒子物理学科，近20年来，加速器的发展的应用使材料科学、表面物理学、分子生物学、光化学都有重要发展 我国加速器的发展始于50年代末期，先后研制和生产了高压倍加器、静电加速器、电子感应加速器、电子和质子直线加速器、回旋加速器近年来更加先进的加速器在我国又取得重大进展，北京

18、已建成正负电子对撞机，使我国加速器研制和应用进入了世界先进行列 第二章 中国加速器发展简史第一节 我国先后建成的加速器概况1955年，中国科学院原子能所建成700eV质子静电加速器1957年前后，中国科学院开始研制电子回旋加速器。 1958年，中国科学院高能所2.5MeV质子静电加速器建成。中国第一台回旋加速器建成。清华大学400keV质子倍压加速器建成。 1958年1959年，清华大学2.5Mev电子回旋加速器出束。 1964年，中国科学院高能所30MeV电子直线加速器建成。 1982年，中国第一台自行设计、制造的质子直线加速器首次引出能量为10MeV的质子束流，脉冲流达到14mA. 198

19、8年北京正负电子对撞机实现正负电子对撞。兰州近代物理研究所用于加速器重离子的分离扇形回旋加速器(HIRFL)建成。 1989年，北京谱仪推至对撞点上，开始总体检验，用已获得的巴巴事例进行刻度。北京谱仪开始物理工作。 中国科技大学设计的我国最早起步的同步辐射加速器建成出光，它由200MeV电子直线加速器和800MeV储存环组成。 2004年，北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPC)第一阶段设备安装和调试工作取得重大进展。同年11月19日16时41分，直线加速器控制室的示波器上显示出的电子束流流强约为2A以上，标志着BEPC直线加速器的改进工作取得一个重要的阶段性成果。 2005年，北京正负电子

20、对撞机（BEPC）正式结束运行。投资6.4亿元的北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPC)第二阶段新的双环正负电子对撞机储存环的改建工程施工正式开始。新北京正负电子对撞机的性能将是美国同一类装置的37倍，对研究体积为原子核一亿分之一的夸克粒子等基础科研具有重要意义。 第二节 加速器作用及反应方式高能加速器条件下的有关物质结构的研究，本质上是有关自然状态下自然能团（或能簇、能子）之间的能态在量方面的相对变（转化）关系。 加速器集成单元从弧理论的观念来看，利用高能加速器等方法来轰击类弧子结构（原子）的条件下，可得到弱相互作用关系：1、对称理论（普遍的对称性理论）2、非对称性理论，特殊条件下得之。如

21、果轰击能子（弧合子，次原子结构），则得到强相互作用关系：渐近自由 理论等。 为什么？ 上述两种作用均发生在能态层面而非物质态的层面；属能簇与能簇之间的关系。 弱相互作用：任何外来能团轰击类弧子结构时，沿时轴方向进入类弧子（从能量到能量）时，外加能量在进入类弧子结果体时，便会发生弧合作用而产生出对称弧合，对外显示出释放了两个旋向相反，质量相等能团，即对称性弧合反应。外加能量的能量级被限制在被轰击的类弧子的时轴的能量（假设等于1）范围内：小于0，大于1时，均不能产生出成对的能粒子。只有在0 的条件下，才可以生成亚粒子；在此层面上可以产生出许多亚粒子，理论上是无限多。 非对称弱相互作用：如果外加能量

22、与类弧子的空间轴水平进入系统时，由于时间轴在空间轴上的非对称性（1/3），所有弱相互作用均发生在类弧子结构的能量交换过程中，本质上是对自然本在能态的一种人工扰动， 并非是物质的结构性改变。类弧子结构是一种能态转化过程中的普遍存在的刚性结构。当外加能量进入时，这些外加能量就被“训化”了，形成适当的次粒子并被释放出来。这些过程是可以反复和重演的。一切自然能态在其能量发生相互转化时的唯一结构体，即类弧子体。弱相互作用实际上是人工条件下对类弧子体的干扰性的物理学观察结果。自然能态犹如平静的湖面，人为的力量弄起了几丝涟纹；当这些人工干扰停顿 时，自然能态将恢复如初，并未发生丝毫的改变。人们总结出来的理论

23、或规律，仅仅是有关那几丝涟纹的观察结果。对于自然的能本态或物质性结构仍是一无所知。 与此不同的强相互作用则全部发生在能态的能子层面（状态）。能子状态的统一结构体，即绝对弧子。其时空轴绝对同一，组成绝对弧合子的最小能量子单位，现代人称为强子。强相互作用就是研究绝对弧合子能量单元之间的关系。这里，要求人工能量要有极高的能级状态，使用很高能量时才能激发这种相互作用。强相互作用对外不显示任何新粒子产生或亚粒子对产生；也就是说，如果产生的话，则是碰撞能量的转化形式。怎样转化仅仅取决于绝对弧合子吸收人工外加能量的量值。通常情况下不产生。多以光子形式被释放掉，寿命极短。 绝对弧子好比布满麻点的皮球，其麻点对

24、应最小能单位，在无外加能量时，每个麻点的“位置”是同一的，即自由的，任意方位均可“看”到同一个麻点的存在。对其施加外力（外加能量）时，球面将会发生塌陷，此时塌陷边缘上对称的麻点发生对称性的背离运动，似乎被分开了。由于绝对弧子自身的稳定性，也即对人工能量的排斥性，看起来似乎是两个麻点拼命想恢复原状，给的力越大，凹陷越大，回弹性就越强；凹陷越小，回弹性越弱，按照现代物理学的观点理解，即渐近自由。这些实为假象（人工制造的假象）。 概括而论，弱相互作用及其规律以及强相互作用及其规律，例如杨振宁等的非对称性弱相互作用理论和戴维?#26684;罗斯、戴维?#27874;利策和弗兰克?#32500;尔切克等

25、的强相互作用理论，渐近自由理论都是建立在人工作用条件下的，描述自然本态在被干扰时所发生现象的物理认识理论，而非自然本态的物理理论。其根本错误在于自然认识观是错误的，唯有弧理论可以正确概括和阐述各种自然的本在态结构。 第三节 低能加速器的应用低能加速器的应用是核技术应用领域的重要分支，目前，在世界各地运行着的数千台加速器中大多数是在工业、农业、医疗卫生等领域内得到广泛应用的低能加速器。低能加速器在这些领域的应用，极大地改变了这些领域的面貌，创造了巨大的经济效益和社会效益。 2.3.1 低能加速器在工业中的应用1)辐照加工 应用加速器产生的电子束或X射线进行辐照加工已成为化工、电力、食品、环保等行

26、业生产的重要手段和工艺，是一种新的加工技术工艺。它广泛应用于聚合物交联改性、涂层固化、聚乙烯发泡、热收缩材料、半导体改性、木材-塑料复合材料制备、食品的灭菌保鲜、烟气辐照脱硫脱硝等加工过程。 经辐照生产的产品具有许多优良的特点，例如：聚乙烯电缆经105Gy剂量辐照后，其电学性能、热性能都有很大提高，使用温度辐照前为6070，辐照后长期使用温度可达120以上。目前，我国已有用加速器进行辐照加工的生产线40多条。 2)无损检测 无损检测就是在不损伤和不破坏材料、制品或构件的情况下，就能检测出它们内部的情况，判别内部有无缺陷。现代无损检测的方法很多，例如：超声波探伤法、涡流探伤法、荧光探伤法及射线检

27、测法等。射线检测法即可检查工件表面又可检查工件内部的缺陷。设备可以采用放射性同位素Co60产生的射线、X光机产生的低能X射线和电子加速器产生的高能X射线。尤其是探伤加速器的穿透本领和灵敏度高，作为一种最终检查手段或其它探伤方法的验证手段及在质量控制中，在大型铸锻焊件、大型压力容器、反应堆压力壳、火箭的固体燃料等工件的缺陷检验中得到广泛的应用。这种探伤加速器以电子直线加速器为主要机型。 射线检测的方法根据对透过工件的射线接受和处理方法的不同，又可把射线检测法分为三种： a、射线照相法 这种方法与我们体检时拍X光胶片相似，射线接受器是X光胶片。探伤时，将装有X光胶片的胶片盒紧靠在被检工件背后，用X

28、射线对工件照射后，透过工件的射线使胶片感光，同时工件内部的真实情况就反映到胶片的乳胶上，对感光后的胶片进行处理后，就可以清楚地了解工件有无缺陷以及缺陷的种类、位置、形状和大小。 b、辐射成像法 这种方法的射线接受器是阵列探测器或荧光增感屏。前者就是清华大学和清华同方共同研制生产的大型集装箱检查系列产品。后者就是用于机场、铁路的行李、包裹的X射线安检系统，也可用于工业的无损检测。这种方法配以图像处理系统可以在线实时显示物品内部的真实情况。 c、工业CT 与医用CT原理类似，CT技术即计算机辅助层析成像技术。选用加速器作为X射线源的CT技术是一种先进的无损检测手段，主要针对大型固体火箭发动机和精密

29、工件的检测而发展起来。它的密度分辨率可达0.1%，比常规射线技术高一个数量级。在航天、航空、兵器、汽车制造等领域精密工件的缺陷检测、尺寸测量、装配结构分析等方面有重要的应用价值。 3)离子注入 利用加速器将一定能量的离子注入到固体材料的表层，可以获得良好的物理、化学及电学性能。半导体器件、金属材料改性和大规模集成电路生产都应用了离子注入技术。我国现拥有各类离子注入机100多台。其中我国自己累计生产出140多台离子注入机，能量为150KeV600KeV（1KeV=1103eV），流强为0.5mA到十几mA。 2.3.2 用低能电子加速器辐照实现天然橡胶乳液辐射硫化的工艺条件研究2.3.2.1.

30、引言天然橡胶乳液是以聚异戊二烯为主体，并有十几种组分的物质。目前全球用于生产浸渍制品的年产量大约为80万吨，这些制品包括医用手套、核工业用特种防护手套、胶管、医用导管、气球、避孕套、婴儿奶嘴和指套等。中国乳胶制品的年用量也达8万吨之多，其中生产的一次性使用的医用手套大部分出口。传统的天然橡胶乳液化学硫化是采用加硫、氧化锌和硫化促进剂来实现的，其制品中含有硫，不适合特种医学用途和高性能机电产品制造业的需求；另外，化学硫化制品中水溶性蛋白质含量较高，已有导致人体过敏反应的报导，为此美国食品和药品管理局（FDA）在1999年7月30日发出的致医用手套工业的公告中，提出了每只手套中可溶性蛋白质含量应小

31、于1200g的规定，目前工业上采用的氯化处理对降低可溶性蛋白质的含量尽管有效，但也会产生影响环境的氯化废水；再者，化学硫化时所加的硫化促进剂在硫化过程中将生成亚硝胺，它是公认的致癌物质，有关国家对乳胶制品中亚硝胺含量已提出了严格的限制标准。基于化学硫化上述的弊端，国内外相关部门的学者，一直致力于寻找替代的方法，辐射硫化应运而生【1】。 日本原子能所高崎辐射化学研究所于1999年建成了用于辐射硫化研究的低能电子加速器装置，这台低能加速器的电压为250kV、束流为10mA【1】。我公司先后有6名科技人员赴日进修，其中3名在进修期间得到了幕内惠三博士的悉心指导，在2.5kW的低能电子加速器上成功地进

32、行了工艺条件试验，获得了宝贵的参数，为实现工业应用创造了条件。2.3.2.2. 天然橡胶乳液辐射硫化的工艺流程天然橡胶乳液辐射硫化的工艺主要由配料、辐射硫化、离心浓缩三部分组成：稀释剂Thinner稳定剂Stabilization 天然橡胶乳液配料Mixing电子束辐照Irradiationwith lowenergy EB辐射硫化胶乳RVNRLPVA溶液离心浓缩Centrifugation敏化剂sensitizer辐射硫化胶乳成品1*RVNRL product 1*辐射硫化胶乳成品2*RVNRL product 2* 原材料和试验方法原材料(1) 天然橡胶乳液：DRC60%, 泰国；(2)

33、浓氨水：20.5，太仓市周氏化学试剂有限公司；(3) 氢氧化钾，纯度95，国药集团化学试剂有限公司；(4) 丙烯酸正丁酯（n-BA），国药集团化学试剂有限公司；(5) 聚乙烯醇（PVA）, 聚合度500，醇解度88，山西三维集团；(6) 纯水，自制；(7) 消泡剂 ,BYK-022，德国。主要设备及仪器低能电子加速器EBS-300-15：300kV , 50mA, 由中日联合研制；测厚计：JC1010，江都市精诚测试仪器厂；冲片机：CP25，江都市试验机械厂；电子式橡胶拉力机：XLDA型，长春第二试验机厂；乳胶分离机：JRDR409CC-00，南京绿洲机器厂；高速冷冻离心机：GL-20G-，上

34、海安亭科学仪器厂；紫外可见光分光光度计：UV755B，上海精密科学仪器有限公司；2.3.2.3辐射硫化乳液的配料方法 在搅拌条件下，将氢氧化钾溶液（浓度10）、氨水（浓度0.75）、敏化剂n-BA依次按一定比例添加到天然橡胶乳液中，另加适量的消泡剂，搅拌均匀，按要求将天然橡胶乳液的浓度从约60DRC稀释至所需的浓度。2.3.2.4 天然橡胶乳液辐射硫化方法 采用循环方式进行辐照。循环系统由进料计量泵、卸料计量泵、循环储罐和反应器组成，乳液由进料计量泵从循环储罐吸出送入反应器，乳液在反应器中进行辐射交联，后由卸料计量泵送回循环储罐，搅拌机转速为90r/min，乳液辐射硫化后在循环罐进口处取样。做

35、对比试验时，使用伽玛辐照装置进行辐射硫化对比试验。2.3.2.5 辐射硫化天然橡胶胶膜的制备 取25ml TSC30左右的辐射硫化胶乳，倾倒于1618cm四周有凸边的平板玻璃上，在室温下自然晾干至透明，将胶膜从玻璃板上揭下，涂抹隔粘剂后，在6570的烘箱中烘2小时，干燥后放入干燥器备用。胶膜的厚度控制在0.30.4mm。2.3.2.6拉伸强度的测定使用切片机将橡胶胶膜裁切成哑铃状试样，依照GB/T528-1998标准测定其断裂拉伸强度与扯断伸长率。2.3.2.7 胶膜中水溶性蛋白质含量的测定 水溶性蛋白质含量的测定依照化工行业标准HG/T 3645-1999：天然橡胶手套中水抽提蛋白质含量测定

36、Lowry法。2.3.2.8 工艺试验方案1.天然橡胶乳液浓度效应实验 辐射硫化工艺参数设定：加速器参数：260kV，50mA；乳液体积：100L；乳液浓度：30DRC，40DRC； 循环流量：进料流量33L/min，出料流量38L/min；辐照后，按3.5条制成胶膜，测试胶膜的拉伸强度及扯断伸长率。2.束流强度效应实验辐射硫化工艺参数设定：加速器参数：260kV，40mA；260kV，50mA； 乳液体积：100L； 乳液浓度：30DRC； 循环流量：进料流量33L/min，出料流量38L/min；辐照后，按3.5条制成胶膜，测试胶膜的拉伸强度。3.低能电子束辐射硫化和伽玛射线辐射硫化的比较

37、实验 A胶乳：伽玛辐射硫化，30%DRC；25kGy； B胶乳：加速器辐射硫化，30%DRC；260kV，50mA；辐照后，按3.4条制成胶膜，测试胶膜的拉伸强度。4. 天然橡胶乳液绿色强度对辐射硫化胶膜拉伸强度的影响 将不同批号的天然橡胶乳液制成胶膜，测定其绿色拉伸强度； 使用不同绿色强度的天然橡胶乳液在同一条件下，进行辐射硫化，然后制成胶膜，测定其拉伸强度。5. 水溶性聚合物PVA对降低胶膜中蛋白质含量的效果试验 在辐射硫化胶乳中分别添加0.5phr、1.0phr、1.5phr、2.0phr、3.0phr的PVA水溶液，搅拌后经离心浓缩，取样制成胶膜，测定其中的水溶性蛋白质含量。2.3.2

38、.9.结果和讨论1.乳液浓度与辐射硫化时间的关系实验时，采用两种不同浓度的乳液在260kV、50mA电子束功率下进行辐射硫化，胶膜的拉伸强度、扯断伸长率与辐射硫化时间的关系如下：从实验中可以看到，胶乳的胶膜拉伸强度随辐照时间延长而增加，断裂伸长率随辐照时间延长而下降。当乳液浓度较高，达到最大拉伸强度的辐照时间较短，这将在工业生产时，可提高产能。其中的原因在于乳液浓度较高时，橡胶粒子在电离辐射作用下实现交联的几率提高了，达到正硫化的时间可缩短。但是如果浓度太高，将会增加乳液粘滞度容易出现焦化现象。而断裂伸长率随着辐照时间的延长逐渐变小，则说明交联度的逐步提高使胶膜的硬度增加。2.束流强度与胶乳辐

39、射硫化时间的关系 在260kV高压下，使用不同的束流强度辐照乳液，当束流强度为40mA时，最佳辐照时间为5565分钟，当束流强度为50mA时最佳辐照时间为4250分钟。胶膜的拉伸强度随辐照时间的增加缓慢上升至正硫化阶段，随后又呈下降的趋势。由于辐射硫化过程中，交联反应和降解反应是同时存在的，交联反应处于主导地位时，胶膜的拉伸强度呈上升趋势，当降解反应主导时，胶膜拉伸强度又开始下降，造成胶乳的过硫化。3.电子加速器辐射硫化和伽玛射线辐射硫化对胶膜拉伸强度的影响从实验中看出，电子加速器辐射硫化胶乳的胶膜拉伸强度略低于伽玛射线辐射硫化，二者无显著性差异。而电子加速器辐射硫化和使用伽马射线实现辐射硫化

40、的区别在于【2】：电子束电子能量低，穿透能力差，所以用电子加速器辐射硫化需要特殊的反应容器。4.天然胶乳绿色强度对辐射硫化胶膜拉伸强度的影响 实验时，发现不同绿色强度的胶乳经辐射硫化后，其胶膜的最大拉伸强度不同，详见表1. 表1 天然胶乳绿色强度与辐射硫化胶乳胶膜拉伸强度的关系胶乳编号胶乳来源厂家生胶拉伸强度（MPa）辐射硫化胶膜拉伸强度（MPa）第2天制膜第14天制膜1上海某公司4.1516.718.442上海某公司5.118.420.083上海某公司7.0721.622.074大连某公司8.6322.824.25扬州某公司8.0921.23 22.2 从上表的数据我们看到，天然胶乳的绿色强

41、度对辐射硫化后其胶膜的拉伸强度有较大影响，也就是，天然胶乳的绿色强度越高，辐射硫化胶乳的拉伸强度也越高。所以选择合适的天然胶乳进行辐射硫化是十分重要的。 另外，从表中数据，我们还看到辐射硫化胶乳的存放时间与其所制胶膜的拉伸强度也是有一定的关系，胶乳存放第14天时的胶膜拉伸强度普遍要高于第2天所制胶膜的拉伸强度。原因可能与辐射硫化胶乳的自由基有关，随着存放时间的延长，胶乳内自由基产物趋于稳定，使胶膜的拉伸强度有所上升。5. PVA的添加量对降水溶性蛋白质效果的影响 PVA添加至胶乳中，可对乳液中水溶性蛋白质的起解析作用，使大部分水溶性蛋白质引入至乳清中，在离心浓缩时，水溶性蛋白质随乳清排除，达到

42、降低乳液中水溶性蛋白质含量的作用3；同时胶膜在浸滤时，由于PVA的存在，又可去除部分水溶性蛋白质，使胶膜中水溶性蛋白质降低至可接受的水平，实验显示，离心后胶膜中残留水溶性蛋白质随PVA添加量的增加有所增加，PVA的加入量以0.51.5phr为宜；离心后胶乳的胶膜在0.75的氨水中浸滤去除水溶性蛋白的效果非常明显。添加PVA可以有效降低胶膜中水溶性蛋白质含量，这有可能是PVA与蛋白质形成络合物，而且在浸滤时水溶性聚合物溶出胶膜时形成微型水路，使蛋白质比较容易溶出的缘故。6. 结论1. 辐射硫化时使用较高乳液的浓度，达到正硫化的辐照时间较短，有利于提高产能。实验验证明，乳液浓度为TSC3040%时

43、较为适宜。2. 束流强度越大，正硫化时间越短，但需要加快乳液的流动速度，否则将会产生焦化现象。3. 用电子加速器辐射硫化与伽玛射线辐射硫化，其胶膜的拉伸强度没有显著性差别。4. 天然胶乳的绿色强度越高，辐射硫化胶乳的胶膜拉伸强度也越高，因此辐射硫化时选择较高绿色强度的天然胶乳是重要的。5.辐射硫化胶乳在降低水溶性蛋白处理时，PVA 的加入量以0.51.5phr为宜。2.3.2 低能加速器在农业中的应用作为核技术应用装备的加速器在农业上的应用，在一些国家普遍使用已有明显经济效益的主要有三方面： 1)辐照育种 加速器在辐照育种中的应用，主要是利用它产生的高能电子、X射线、快中子或质子照射作物的种子

44、、芽、胚胎或谷物花粉等，改变农作物的遗传特性，使它们沿优化方向发展。通过辐射诱变选育良种，在提高产量、改进品质、缩短生长期、增强抗逆性等方面起了显著作用。马铃薯、小麦、水稻、棉花、大豆等作物经过辐照育种后可具有高产、早熟、矮杆及抗病虫害等优点。 2)辐照保鲜 辐照保鲜是继热处理、脱水、冷藏、化学加工等传统的保鲜方法之后，发展起来的一种新保鲜技术。例如，对马铃薯、大蒜、洋葱等经过辐照处理，可抑制其发芽，延长贮存期；对干鲜水果、蘑菇、香肠等经过辐照处理，可延长供应期和货架期。 3)辐照杀虫、灭菌 目前，在农产品、食品等杀虫灭菌普遍使用化学熏蒸法，由于使用溴甲烷、环氧乙烷等化学熏蒸法引起的残留毒性、

45、破坏大气臭氧层等原因，根据蒙特利尔公约，到2005年要在全球范围内禁止使用溴甲烷。因而利用加速器进行农产品、食品等辐照杀虫、灭菌得以迅速发展。利用加速器产生的高能电子或X射线可以杀死农产品、食品中的寄生虫和致病菌，这不仅可减少食品因腐败和虫害造成的损失，而且可提高食品的卫生档次和附加值。 2.3.3 低能加速器在医疗卫生中的应用随着科学技术的进步，人民生活和质量的提高，人们对医疗卫生条件提出了更高的要求。而加速器在医疗卫生中的应用促进了医学的发展和人类寿命的延长。目前，加速器在医疗卫生方面的应用主要有三个方面，即放射治疗、医用同位素生产以及医疗器械、医疗用品和药品的消毒。 1) 放射治疗 用于

46、恶性肿瘤放射治疗（简称放疗）的医用加速器是当今世界范围内，在加速器的各种应用领域中数量最大、技术最为成熟的一种。 用于放疗的加速器由50年代的感应加速器，到60年代发展了医用电子回旋加速器，进入70年代医用电子直线加速器逐步占据了主导地位。目前，世界上约有3000多台医用电子直线加速器装备在世界各地的医院里。 除了应用加速器产生的电子线、X射线进行放疗外，还可应用加速器进行质子放疗、中子放疗、重离子放疗和介子放疗等，这些治癌方法还处在实验阶段，实验的结果表明，疗效显着。但这些加速器比电子直线加速器能量高得多，结构复杂得多，价格昂贵得多，尚未普及。 利用电子直线加速器开展立体定向放疗，俗称X刀，是近年来发展的新的放疗技术。这种技术与常规放疗相比，可多保护15%20%的正常组织，而肿瘤增加20%40%的剂量，可更有效地杀灭癌细胞，从而增加放疗疗效。 60年代我国医院装备了医用感应加速器，70年代中期医用电子直线加速器开始装备我国各地医院。截止到