4-49 CRA-30 RF加速器电子束和靶的相互作用

钱民权 杨茂荣 黎 明

　　短脉冲电子束打靶产生轫致辐射，再记录穿过快速过程后相应的轫致辐射，便得到有关数据。中国工程物理研究院应用电子学研究所的CRA-30 RF直线加速器产生能量高达30MeV，宏脉冲平均电流0.25A的高品质电子束，其束斑可聚焦到约3mm，发射度约20mm× mrad，以宏脉冲宽度4ms，3次/s的频率打靶产生轫致辐射。这样的高能轫致辐射有利于在穿透较硬较厚的材料后还能获得较好的成像分辨率。另外加速器可在相当大的范围内方便地调节电子的能量，为不同的试验组合选择不同的轫致辐射谱带来了方便。所以如果能将闪光照相所用的材料和记录系统预先在这台加速器上进行适当的预试验，对研究的科学性和节省大量的试验经费和时间是有利的。

　　计算了20，25，30MeV电子在W和Ta靶中的外推射程和最佳轫致辐射靶厚度以及产生轫致辐射的有效深度。对于20，25，30MeV能量的电子束，在钨靶(W)中的射程分别是0.34，0.41，0.49cm，在钽(Ta)靶中相应的射程分别是0.40，0.49，0.57cm。给出了靶前轴线上相对轫致辐射强度与靶厚关系的曲线，与最大值对应的厚度称为最佳轫致辐射靶厚度，对应于1/2峰值强度的厚度为产生轫致辐射的有效深度。和最佳靶厚相比，产生轫致辐射的有效深度是很薄的。

　　计算并测量了靶前轴线上1m处的轫致辐射照射量(率)。根据RF加速器输出电子束的脉冲结构，用T.H.Matin公式计算了不同能量电子束在靶前轴线上1m处产生的照射量(率)，并和俄罗斯实验室的经验公式相比约在7%的偏差内符合。当电子束以宏脉冲平均电流0.25A 3次/s打在4mm厚的W靶上时，靶前轴线上1m处的照射量率约为14.5 (R/s)，测量表明，计算值和实测值是相当符合的。

　　计算了20MeV电子束打4mm厚钨靶时由(g,n)反应产生的中子数。轫致辐射穿出靶的同时，其中部分能量高于该材料光核反应阈值的光子将和材料的原子核相互作用产生中子。中子产生率与电子束参数(能量，流强，束尺寸)和靶材料的特性(原子序数Z，密度r，靶厚l）有关。以4mm厚靶为例，计算了沉积在钨靶内的轫致辐射照射量(率)，参考由betatron电子束打靶获得的中子产额曲线，得到钨靶的中子产生率≈6.8´10¹⁰ (n/s)。