乖寶寵物食品集團的產品主要出口歐美,產品要求必須經過滅菌處理,而且滅菌只能采用輻照方式。此前,乖寶寵物食品集團產品也使用輻照方式滅菌,但采取租賃他人設備的“外協”方式,每年支付的輻照服務費上千萬,這還不包括運輸及輻照排隊的時間成本。
所謂輻照,即利用高能、大功率的電子束照射物品,通過輻射效應達到材料改性、殺菌消毒的作用。原子能院核技術所所長王國寶介紹,輻照所需要的裝置,一種是鈷60,一種是電子加速器。其中電子加速器具有可控、能量高、輻照時間短、無核廢物、不危害環境的優點。
“在我們做這個項目前,國內10MeV電子輻照加速器的最大功率只能做到5千瓦,我們定的指標是15—20千瓦。”核技術所直線加速器研究室主任曾自強說,單從數字上來看,只是加速器功率增長了三四倍,但功率為5千瓦的電子加速器在經濟性上和鈷源比沒有競爭力,而當加速器的功率達到15千瓦時,相當于100萬居里的鈷源,經濟性上已有明顯優勢。
原子能院是我國能夠產業化生產高能電子加速器的研發機構,創造了我國電子直線加速器研制史上的八個第一。雖有長期的技術積累,但研制20kW高能大功率電子輻照加速器并非易事。
“高能大功率電子輻照加速器對穩定性和可靠性要求更高。”王國寶解釋,加速器的穩定性主要指穩定的束流品質,可靠性則是較低的故障率。10MeV/20kW的電子加速器,意味著在100kV以上的高壓下,科研人員每秒要“指揮”1.25×1016個電子往同一個方向有序“前進”。
在國防科工局支持下,科研團隊經過科技攻關與自主創新,突破高能電子輻照加速器大功率束流穩定加速、大功率寬脈沖高壓調制電源、大功率束流耦合加載及熱效應穩定性控制、強流長壽命電子槍等重大技術難題。
“我們的目標瞄準應用,要實現長期穩定運行,更要實現傻瓜式操作,而且要便于零部件更換。”王國寶說,這對電源和器件提出了很高要求,在可靠性方面,科研人員也設計了很多保護手段,對一些異常情況的反應速度達到微秒級,選用的器件均經過考驗,有些甚至是按照軍工產品的標準。
經過攻關,20kW加速器裝置自主設計了熱屏蔽及聚焦的槍體結構和新型可更換陰極組件,延長了電子槍壽命,提高了加速器的持續穩定運行時間;自主開發了高效水流分配的大功率高精度自適應冷卻技術,提高了加速器的冷卻效率和運行穩定性。
“這臺直線加速器裝置屬國際先進水平。”曾自強介紹道。
2007年12月18日,由核技術所自主研發的10MeV/15-20kW電子加速器輻照裝置通過驗收,并在房山燕房園工業開發區投入使用,成為我國首臺投入使用的高能大功率電子加速器輻照裝置,目前累計穩定運行超過36000小時,并開展了醫療器械、調味料、保健品等工業化輻照。輻照后的產品性能優良。
“這臺加速器我們在設計時就是要滿足工業化應用標準要求。”王國寶介紹。
裝置的研制成功,顯著提升了我國電子輻照加速器的制造技術和產業化水平;實現了我國高能大功率輻照加速器從技術落后依賴進口,到替代進口領先國外的跨越;對優化輻照加工產業結構、提高經濟效益、實現核技術應用可持續發展具有重大意義;同時,產生了很好的社會效益和經濟效益。山東項目的成功帶來的市場示范效應,有效提高了市場對國產高能大功率電子輻照加速器的認知度。2013、2014年原子能院相繼接到了河南、吉林等用戶的訂單。
憑借先進的技術水平和長期穩定運行的能力,20kW高能大功率電子輻照加速器迅速成為輻照行業的新寵,短短數年便產值過億,2015年還獲得了國防科技工業軍民融合發展產業先鋒提名獎,對促進軍民融合發展、核技術應用推廣普及意義重大。
項目還帶動了一批核心技術發展,相關技術可應用于軍用雷達、軍用核數據測量用白光中子源裝置及生物反恐裝備等,對國防科技工業具有重要的應用價值。
“加速器市場中的民營企業大多依托研究所,產品型號固定,而我們除了固定型號外還一直在自主研發新技術、新產品,把滿足用戶要求作為最重要的標準,適應性專業性更強。”王國寶說,在民用加速器市場上,核技術所最大的優勢是自主研發能力強,多年來一直走在創新發展的前列,可以根據用戶和市場的需求對產品進行設計研制,把加速器的應用推廣到更廣闊的領域。
談及加速器產業未來的發展,王國寶說,在中核集團和原子能院的支持下,核技術所正在積極探索新的發展模式,推動加速器產業化。“目前在加速器方面世界上發展最好的是美國,有一千多臺,而我國只有五百臺不到,潛力還很大。我們不僅要做更大功率的加速器,還要實現大功率加速器小型化、智能化、移動化,開發加速器應用的新產品。”
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