全 文 ：　文章编号 :100028551 (2000) 0620353206
NBL21010 型电子加速器的辐照应用
单张生
(云环电子加速器研究所　浙江 宁波　315470)
摘要 :本文系统介绍 NBL21010 型电子加速器在半导体器件改性、宝石着色、环保三废
处理、辐射化学合成、农业废弃物辐射降解、一次性医疗用品消毒、食品保鲜、药用植
物辐照灭菌、水晶着色、辐照商品养护等应用效果 ,并与60Co 辐照加工进行比较。
关键词 :NBL21010 型电子加速器 ;辐照应用
收稿日期 :2000205211
作者简介 :单张生 (1960 —) ,男 ,浙江宁波人。宁波云环电子加速器研究所常务所长。
为了满足迅猛发展的我国辐照加工的需要 ,我所在 1998 年研制成功 NBL21010 型脉冲行
波电子加速器 ,这种加速器的特点是 :11 功率大 ,有 2 个平行的电子束发射管 ,因此 ,其功率为
普通 1 个发射管的 2 倍 ;21 能量高 (最大 12MeV) ;31 剂量率高 ,为一般60 Co 辐照剂量率 100
倍 ;41 能量利用率高 ,也就是说被辐照物品吸收电子束能量要比60 Co 高 7～8 倍。其加工能力
相当 50 万居里60Co 辐照源。
其主要技术指标如下 :
11 电子束能量 :10MeV ;21 平均束流强度 :280 ×2 (μA) ;31 平均束流功率 :6 ( kW) ;41 扫
描宽度 :600 (mm) ;51 扫描剂量不均匀度 : < ±10 % ;61 束流强度稳定度 ≤3 % ;71 束流能量稳
定度 ; ≤±3 %。
可见 NBL21010 型电子加速器与60Co 辐照源相比 ,其主要技术指标如表 1。
表 1 　NBL21010 型加速器与 1815PBq 60Co 辐照源的主要技术指标
Table 1 　Main technical index of EB NBL21010 and 1815pBq 60Co2γ sources
项目　item 加速器　EB 能源 60Co
射线能量
energy(MeV) 6～12 可调　adjustable 1133
辐射剂量率
dosage rate (k Gy/ min) > 2 < 0102
能量利用率
absorption rate > 80 % ～12 %
功率
power ～
60Co1815PBq 1815PBq
穿透力 (密度为 1 时)
transparent rate (ρ= 1) 4cm > 1000cm
辐照空间
radiation space
扫描宽度 600mm
scanning range in 600mm 4
π
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　　从表 1 可见 NBL21010 型电子加速器突出的优点是射线能量高 ,最大能量要比60Co 释放γ
射线高 9 倍多 ;剂量率高 ,可以比一般60Co 辐照时高 100 倍 ;处理量大 ,虽然处理面即扫描宽度
一般为 600μm ,但其功率大、剂量率高可以流水作业 ,其辐照量还是可以与 50 万居里60Co 辐照
源相比。由于能量利用率高 ,一般用于高分子材料 ,辐照加工较为合适。其不足之处 ,电子束
穿透力较弱 ,因而利用电子束进行辐照加工时要特别注意辐照对像的密度和厚度 ,以达到辐照
剂量的均匀度。
NBL21010 电子加速器有其独特的优点 ,与60Co 相比 ,其性能好 ,适用范围广[1 ] 。
表 2 　加速器与60Co 辐照源的主要适用范围
Table 2 　Application range of EB and 1815PBq 60Co2γ sources
编号　No. 适用项目　application 加速器　EB 60Co 源　60Co
1 半导体器件改性 semiconductor denature + + + -
2 宝石着色 gem coloring + + + -
3 环保三废处理 waster treatment + + + +
4 辐射化学合成 chemical synthesize of radiation + + + +
5 农业废弃物辐照降解 degrading of agricultural waster + + + +
6 一次性医疗用品消毒 sterilization of medical treatment + + + +
7 食品保鲜 food preservation + + + + + +
8 药用植物灭菌 sterilization of herbs + + + + + +
9 水晶着色 crystal coloring + + + + +
10 辐照商品养护 preservation of commodities
　　注 : + + + 佳 + + 中 + 可用 - 不适用或加工效果差。
1 　半导体器件改性[ 2 ,3 ]
应用高能电子束 (12MeV) 辐照技术来控制半导体器件的参数 ,这是近 20 年来半导体器
件控制技术的一个重大突破。
111 　电子束 (12MeV)辐照快速可控硅、双向可控硅 ,可提高其参数性能 ,此项技术在我国已
广泛应用。
112 　应用高能电子束 (12MeV) 辐照注量Φ = 1011～1014 (cm - 1) 辐照加工硅阻尼二极管、硅
P + NN + 结构高频整流二极管所得产品与传统掺金工艺制造此二极管相比 ,其反相恢复时间
(t rr)和正向压降 (VF)的一致性和重复性好 ,高温性能明显改善 ,满功率热老化试验 ( ≤175 ℃)
稳定安全 ,产品合格率可提高 30 % ,工艺简单易行 ,节约黄金 ,又降低成本 ,社会经济效益显
著。
113 　用电子束 (12MeV)辐照开关二极管 ,快速二极管、超高速二极管也能提高其主要参数和
达到降低废品率的效果。
114 　应用电子束辐照掺磷、硼的 NPN 型电子器件 ,可提高其反向击穿电压。辐照小规模
TTL 和中规模 SG系列的集成电路 ,可改善其开关速度 ,压低高电平输入电流和增大集成电路
的增益等。
115 　用电子束高剂量率预辐射损伤方法 ,研究晶体管抗辐照损伤能力可以筛选抗辐射晶体管
和集成电路 ,达到适用于航天器件的要求。
利用本所研制成功 NBL21010 型电子加速器辐照硅电子器件改性 ,其注量 1011～1014
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(cm - 2)时 ,每小时可以处理数千～数万件。
2 　宝石着色
应用色心理论 ,用高能电子束辐照黄玉 ,可使其变成深蓝色。这种蓝色深度用60 Co 辐照
是不能达到的。同样经试验珍珠变黑 ,采用电子束辐照比用60Co 辐照效果好。
3 　环保三废处理
环境保护已成为世界性热门话题 ,加速器在环保上的应用自 20 世纪 80 年代以来有很快
发展 ,世界先进国家如美国、日本等国已进行大规模的试验 ,有的如处理烟道气体已进入工厂
化实践应用。
311 　加速器处理污泥 ,如生活污泥、医院污泥、水处理污泥以及工业污泥 ,可以杀灭其中微生
物 (如病毒、细菌、真菌 ⋯⋯等)和寄生虫 ,使其中高分子材料链断裂而分解 ,由于辐照产生各种
自由基、过氧化物、臭氧等 ,因而氧化清除了某些有毒有害物质 ,还可降低污泥的胶体化学性
质 ,从而使污泥转变为有机肥料或饲料辅料。
312 　加速器处理城市废水 (如工业废水、医院废水)不仅可以完全杀灭其中微生物和各种寄生
虫 ,还能诱导分解如苯酚、氧化苯酚和高分子材料等有害有机物 ,使废水颜色变浅 ,生化需氧量
降低 ,总悬浮体减少 ,混浊度降低 ,达到净化的目的。用加速器处理饮用水 ,其效果要比用漂白
粉消毒效果好。
313 　用加速器处理烟道气 (如煤锅炉烟道气、焚烧炉烟道气) ,可以除去烟中的 SO2 、NO2 和
HCl 气体使其生成 H2 SO4 、HNO3 ,若加入适量的氨 ,可使其转变为粉末状的 N 肥。
4 　辐射化学合成[ 4 ]
411 　高分子材料交联、降解、接枝、聚合、复合
电子束辐照加工高分子材料交联、降解、接枝、聚合一般电子束能量 011～3MeV 就可以
了。但是加工粗的热收缩管或者电缆线 ,适当提高电子束的能量是必需的。
41111 　交联 　主要加工热缩制品和电线电缆 ,辐照剂量约 60～100k Gy ,加工主要产品有 : (1)
热缩制品有电力电缆接头 ,通信电缆接头 ,石油天然气管道接头 ,家用电器热缩材料 ,各种商品
包装热缩膜 ; (2)电线电缆有海上采油平台电缆、电视机用高压线、航空用线、聚乙烯等特种电
线 ; (3)自限性加热电缆 ; (4)聚乙烯交联泡沫塑料 ; (5) 乳胶和橡胶的辐射硫化 ,如在氯乙烯存
在下 ,能促进聚丁二烯交联。
41112 　降解 　高分子材料辐照裂解 ,辐照剂量 30k Gy 以上 ,主要加工产品有聚四氟乙烯超细
粉、再生橡胶、聚乙烯醇缩丁醛等。
41113 　接枝 　主要产品有 : (1)各种功能膜 ,电池隔膜 ; (2)聚四氟乙烯接枝 ; (3)离子交换纤维
及膜。
41114 　聚合 　电子束辐照聚合主要产品有 (1)各种缓释放材料高分子单体的辐照聚合 ; (2)聚
丙烯酰胺 ,絮凝剂、增稠剂 ; (3)含氟单体辐射聚合 ; (4) 三聚甲醛辐射聚合 ; (5) 低温粘合剂 ,感
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光乳剂补加剂等辐照聚合。
41115 　复合材料 　电子束辐照复合材料主要产品有 : (1) 木2塑料复合 ; (2) 水泥2塑料复合 ,主
要功能抗弯、抗压 ; (3)玻璃2塑料复合 ,主要功能是抗强度耐电压 ; (4) 金属2塑料复合 ,制成各
种用途的金属屏蔽线。
41116 　其它 　(1)聚合2交联反应 ,如水凝胶软接触眼镜 ; (2)电子束固化 ,如涂料固化 ,用于印
刷、装饰、信息贮存、抗静电膜等。
412 　辐射有机合成
11 卤化 ; (2)醇和乙烯的调聚反应。
413 　辐射无机合成
11 氮、臭氧、氢氰酸合成 ;21CO2 、NO2 、SO2 分解。
5 　农业废弃物辐射降解 [ 5 ]
农业废弃物种类很多 ,如水稻、小麦、玉米、棉花的秸秆 ,棕榈树的果壳、甘蔗渣、甜菜渣、椰
子果壳等。数量巨大、种类丰富。我国每年仅水稻秸秆总量就达 5 亿吨。这些废弃物直接用
电子束进行辐照降解 ,以后分馏提取各种有用的有机物如乙醇、乙酸等 ,其吸收剂量需
500k Gy ,显然成本太高。但是利用酸2碱水解这些废弃物再辐解降解 ,虽然可以降低辐照剂
量 ,但还需 100k Gy 以上 ,而有机物收率不高。
目前农业废弃物的辐射降解的研究 ,已转为酸化、氨化或微生物发酵农业废弃物以后 ,进
行电子束或γ射线辐照灭菌处理 (20～30k Gy) ,再用微生物发酵 ,降解其中纤维素、木质素、半
纤维素 ,作为食用菌培养基料或家畜禽饲料。
6 　一次性医疗用品消毒
一次性医疗用品辐照消毒是 20 世纪 50 年代发展起来的一种新型灭菌工艺 ,这种工艺与
加热法和烷氧乙烷气体灭菌法相比 ,其优点是 :节省能源 ,成本低 ;灭菌彻底 ,无污染 ;操作简
单 ,灭菌快 ;属“冷消毒”法 ,不升温 ;还可在原包装下进行。采用本所 NBL21010 型电子束消毒
与60Co 相比 ,其优点突出 ,电子束剂量率高、功率大 ,能量利用率高 ,操作灵活性大 ,处理量大 ,
且辐照过的器件不残留对人类有害的致癌物质 ,可作为产业化发展。利用加速器消毒医疗用
品的剂量英、美和一些欧洲国家为 25k Gy ,北欧如丹麦、瑞典采用 40～45k Gy。近几年来 ,由于
采用净化车间进行文明生产 ,因而大大降低了原始含菌量 ,辐照灭菌剂量也有采用 20k Gy ,我
国根据实际情况则为 15～25k Gy。辐照品种有输液器、注射器、手术手套、缝合线、手术刀、麻
醉盒、各种透析器、各种导管、各种敷料、牙科用品、心脏异环、妇科用品、接生用具等等。国外
自 20 世纪 60 年代以来 ,一次性医疗用品辐照消毒发展较快 ,用于医疗用品消毒的辐照装置数
量和功率均直线上升。目前发达国家由于环氧乙烷消毒法受到限制 ,一次性医疗用品辐照消
毒已基本上采用辐照方法。我国由于一次性医疗用品的消毒检测的法规尚未完善 ,除出口创
汇产品外 ,国内使用一次性医疗用品仍用传统法环氧乙烷消毒 ,但是随着时代的进步 ,人类文
明的发展 ,不久的将来使用辐照方法势在必行。利用本所研制的 NBL21010 型加速器进行一
次性医疗用品辐照消毒 ,无菌水平可以达到 10 - 6灭菌水平。
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7 　食品保鲜[ 6 ]
NBL21010 型电子加速器辐照适用于农业块根、块茎的抑制发芽 ,鲜果蔬菜的抑制生理生
长 ,谷物、干果类的杀虫 ,熟畜禽肉类、鱼类、蛋类、乳类及其制品、脱水蔬菜、调味品类的灭菌 ,
生畜禽类的旋毛虫、寄生虫控制 ,医院病人用无菌膳食 ,动植物检疫 ,珍贵动物饲料消毒等方
面。采用冷杀菌的办法 ,保持食品原有的风味和特色 ,此种方法与传统食品保鲜方法相比 ,其
特点适用所有食品 ,不破坏原食品色、香、味、态 ,杀虫灭菌彻底 ,不污染环境 ,几乎不消耗能源 ,
可连续工业化操作并在原包装下进行。
辐照吸收剂量 1980 年国际辐照食品联合委员会 (J ECFI)提出的安全线为 10k Gy ,1999 年
在日内瓦 FAO/ IAEA/ WHO 联合报告中指出超过在当前技术可达到的任何剂量处理下 ,这些
食品都是安全的和具有营养适宜性。因此 ,这次大会的会议公告中认为不必要设置一个更高
剂量上限的结论。目前已有 38 个国家 ,正式批准 233 种辐照食品的卫生标准 ,我国在 1994 年
已批准 18 种食品 ,1999 年批准 6 大类 (7 项)食品的卫生标准。
NBL21010 型加速器束流功率大 ,辐照剂量率高 ,辐照小包装熟畜禽肉类食品 ,可杀灭其
中微生物 ,在常温下延长保质 1 个月 ,辐照剂量 4～6k Gy ,每小时可处理 2 吨左右 ;辐照调味品
(密度为 1) ,辐照剂量 3～5k Gy ,每小时也可处理 2～3 吨 ;辐照大蒜抑制发芽 ,由于剂量率低 ,
仅 0106k Gy ,每小时处理量 20 吨以上。
由于电子束穿透能力弱 ,因此不适宜辐照金属和瓶装容器的食品。
8 　药用植物辐照灭菌[ 7 ]
药用植物 (中草药、中药材、中成药) 辐照灭菌已在世界各国广泛应用。美国、加拿大、法
国、比利时、丹麦、荷兰、南非、南斯拉夫等国政府都已批准草药的辐照灭菌卫生标准 ,辐照剂量
一般都为 10k Gy ,但美国标准中允许最高剂量为 3k Gy。我国自 1980 年以来大力开展此项研
究 ,上世纪末我国卫生部已内部批准 ,根据不同药用植物的剂型采用 3k Gy ,5k Gy 和 8k Gy 的
辐照剂量。
可以辐照各种中草药、中药材和中成药。当前我国保健食品种类繁多 ,有的用常规方法
(如物理的、化学的)不能解决灭菌问题 ,采用辐照方法最为适宜。
NBL21010 型加速器功率大 ,辐照剂量率高 ,用来辐照平均密度较低的药用植物 ,其效果
颇佳。
9 　水晶着色
水晶用作眼镜晶片或加工为各种工艺品 ,特别是天然水晶其价值甚高。但天然茶色水晶 ,
极为稀少、名贵。利用辐照方法使天然的或人工的水晶着色为茶色或乌黑色 ,则其附加值甚
高。
水晶由于密度较高 ,一般用60 Co 辐照即可使其着色。但是有些天然水晶或人工水晶用
60Co辐照后仍不能上色 ,或者上色甚浅 ,或者部分上色、部分不上色 ,形成花色。这些问题 ,采
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用电子束辐照 ,因其能量高 ,剂量率大 ,其上色程度或花色程度有可能改进 ,此项技术我国科学
家正在研究。
10 　辐照商品养护[ 9 ]
辐照技术在商品养护中的应用是当前发展的一项新技术。辐照商品养护是指不入口商
品 ,即 :羽绒、皮革、皮毛及其制品 ,棉毛、丝及其制品、织品 ,烟及烟制品 ,竹、木工艺品 ,文物古
画等 5 类商品的辐照治虫和化妆品、卷烟、皮革及其制品等 3 类商品的辐照防霉。这类商品辐
照治虫、防霉 ,应用电子束辐照和γ射线一样 ,效果相同。
我们目前已对半导体器件改性、环保三废处理、一次性医疗用品消毒、食品保鲜、药用植物
灭菌做了实验。现着重对辐射化学合成方面进行研究 ,开发各种膜系列。今后逐步开发农业
废弃物降解、宝石着色、水晶着色、辐照商品养护等项目。
总之 ,随着我国辐照加工工业的快速发展 ,其用途将愈来愈广 ,其效益也将愈来愈高。
参考文献 :
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IRRADIATION APPL ICATION OF EL ECTRONIC BEAM ACCEL ERATOR NBL21010
SHAN Zhang2sheng
( Ningbo Y unhuan Elect ronic Beam Accelerator Tech. Research Instit ute , Y uyao Zhejiang prov . 　315470)
ABSTRACT :The application of electronic beam accelerator NBL21010 in semiconductor dena2
ture ,gem coloring , waster treatment ,chemical synthesize of radiation , degrading of agricultural
waster , steril ization of one2off medical treatment , steril ization of herbs ,food preservation ,crys2
tal coloring and preservation of commodities was studied for its effects equaled with colbat gam2
ma irradiation.
Key words :Electronic beam accelerator ; irradiation application.
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2000 ,14 (6) :353～358