利用伽玛辐照装置线下空间与射线的辐照机构及使用方法

摘要

本发明涉及一种利用伽玛辐照装置线下空间与射线的辐照机构，包括一个闭合的悬挂链输送路径和一台与悬挂链输送路径配合的自动旋转换面机构，自动旋转换面机构的下部悬挂有可拆卸的辐照容器；自动旋转换面机构包括定位销车和悬挂主轴，悬挂主轴的一端设置于悬挂链输送路径上，另一端与辐照容器相连，悬挂主轴上设有旋转机构，带动辐照容器进行旋转换面。使用时，由于悬挂链输送路径设置于辐照室内的线下空间，通过自动旋转换面机构带动辐照容器完成既定位置的自动旋转换面，提升对于线下空间的利用，极大地提高了辐照室内辐照装置钴源射线能量的利用率。

说明书

技术领域

本发明涉及辐照设备的技术领域，具体地说是一种利用伽玛辐照装置线下空间与射线的辐照机构及其使用方法。

背景技术

在核技术利用领域，工业伽玛辐照装置采用钴-60核素放射源进行辐照加工，是清洁能源的研发和利用而且符合国家“碳达峰”“碳中和”政策导向，在保持辐射安全与防护、环境健康工作在一系列法规条例的框架下规范运行的同时，辐照加工单位都在不断寻求提高钴源射线利用率的有效途径。

钴-60核素每时每刻都在自然衰变并放射出伽玛射线，其半衰期T1/2为5.27年，即钴源活度（单位：居里Ci）每个年度计算周期下降12.4%，这种钴源活度的自然衰减是一种占比不小的成本消耗，而且是不可缩减的固定的成本支出。那么，最大限度的利用钴源射线能量去辐照加工更多符合剂量要求的产品，提高钴源利用率，实现投入产出的最优化，是工业伽玛辐照装置生产技术管理所追求的重要目标之一。而钴源利用率与很多因素有关，如辐照装置的结构要素、辐照产品的物理性质、辐照加工工艺、辐照加工时间、在辐照空间中所处的位置等等。目前辐照装置钴源射线能量利用率在15-35%水平上下不等，所以，工业伽玛辐照装置应在安全允许的前提下，不断研究和采取技术手段提高射线能量利用率。

在辐照室的空间内，伽玛射线强度以源板为中心原点向四周呈规律性减弱分布，空间内某一点的射线强度与钴源的活度成正比，与距离钴源中心的距离的平方成反比，与经过的辐照产品的密度和厚度成反比，通常说，钴源活度越大，其辐照空间内的射线强度就越大，距离钴源中心越近射线强度就越大。所以，辐照装置的辐照加工线在安全前提下以尽其可能靠近钴源中心线为最佳的设计安装位置，以期在辐照线上空间获得更大的射线强度和更优的钴源利用率。除此之外，我们发现在辐照线下的安全空间内，仍有部分强度的射线能量分布，且存在着合理安全利用的可行性。

因此，如何合理利用辐照室内加工回路周边的空间（或者被称为线下空间）是现有技术中无法（尚未）解决的难题，急需要研发一系列配套设置以及运行的方法，来提高辐照装置钴源射线能量利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用伽玛辐照装置线下空间与射线的辐照机构及其使用方法，通过在辐照线下空间设置一个闭合的悬挂链输送路径和一台可沿着悬挂链输送路径行走的自动旋转换面机构，极大提高了辐照装置钴源射线能量利用率 ，有利于辐照工艺的实施。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种利用伽玛辐照装置线下空间与射线的辐照机构，其特征在于：辐照装置包括一个闭合的悬挂链输送路径和一台与悬挂链输送路径配合的自动旋转换面机构，自动旋转换面机构的下部悬挂有可拆卸的辐照容器；自动旋转换面机构包括定位销车和悬挂主轴，悬挂主轴的一端设置于悬挂链输送路径上，另一端与辐照容器相连，悬挂主轴上设有旋转机构，带动辐照容器进行旋转换面。

优选的，悬挂链输送路径的轨道沿着辐照室产品的出入口、迷道和检查通道的顶部进行设置，并形成一个闭合的回路；悬挂链输送路径包括悬挂链，悬挂链下方设有吊架，悬挂主轴通过轴承与吊架形成可转动连接，悬挂链输送路径还包括一组与自动旋转换面机构相配合的辊子列轨。

进一步，辊子列轨与旋转机构相配合，定位销车的下方左右两侧分别对称设有一升降轮，升降轮下方设有固定座，悬挂链输送路径上设有用于升降轮升降的斜坡轨道。

一种利用伽玛辐照装置线下空间与射线的辐照机构的使用方法，其特征在于：所述的使用方法包括如下步骤：a、在辐照室产品出入口、迷道和辐照室检查通道的顶部空间安装悬挂链输送路径，悬挂链输送路径上配合有自动旋转换面机构；b、辐照室内设有若干个辐照容器，这些辐照容器均匀排列在辐照室内源板两侧的辐照位置；c、自动旋转换面机构设置于悬挂链输送路径上的一直线段，当辐照容器进入这一直线段需要进行旋转时，自动旋转换面机构开启定位销，自动旋转换面机构在旋转齿轮的带动下旋转180度，从而带动辐照容器完成旋转，然后定位销关闭，辐照容器与自动旋转换面机构脱离。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，辐照机构包括一个闭合的悬挂链输送路径和一台与悬挂链输送路径配合的自动旋转换面机构，由于悬挂链输送路径设置于辐照室内的线下空间，即辐照室产品出入口、迷道和辐照室检查通道的顶部空间，通过自动旋转换面机构带动辐照容器旋转换面，提升对于线下空间的利用，极大地提高了辐照室内辐照装置钴源射线能量的利用率；

2、本发明的技术方案的中，悬挂链输送路径是在线下安全空间内形成循环闭路，以实现辐照产品输送的自动化控制；

3、本发明自动旋转换面机构包括定位销车和悬挂主轴，悬挂主轴的一端设置于悬挂链输送路径的轨道上，另一端与辐照容器相连，悬挂主轴上设有旋转机构，使得辐照容器进行自动旋转换面，整个换面过程高效安全，灵活便捷；

4、本发明的利用伽玛辐照装置线下空间与射线的辐照机构可以适用在大部分的辐照室内，使用方便，效果好，便于推广和利用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的具体实施中辐照室内线下空间结构示意图。

图3为图2中A-A剖面剂量场数学模型平面图。

图4为图2中B-B剖面剂量场数学模型平面图。

图5为本发明的具体实施中悬挂链输送路径的示意图。

图6为本发明的具体实施中悬挂主轴的结构示意图。

图7为本发明的具体实施中旋转齿轮的结构示意图。

图8为本发明的具体实施中辊子列轨的结构示意图。

图9为本发明的具体实施中定位销车的结构示意图。

图10为本发明的具体实施中斜坡轨道的结构示意图。

附图标记：

1悬挂链输送路径、2悬挂主轴、3定位销车、4辐照容器、5旋转齿轮、6辊子列轨、7斜坡轨道；

11辐照室、12贮源井、13源板、14线上空间辐照区、15线下空间辐照区；

21悬挂链、22吊架、23轴承；

31定位销、32升降轮、33固定座；

51定位销孔；

61无齿空挡、62导向引轨。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种利用伽玛辐照装置线下空间与射线的辐照机构，具体参见图1，其与现有技术的区别在于： 辐照装置包括一个闭合的悬挂链输送路径1和一台与悬挂链输送路径配合的自动旋转换面机构，自动旋转换面机构的下部悬挂有可拆卸的辐照容器4，这些辐照容易还可以进行叠加设置；自动旋转换面机构包括定位销车3和悬挂主轴2，悬挂主轴的一端设置于悬挂链输送路径上，另一端与辐照容器相连，悬挂主轴上设有旋转机构，可以带动定位销车进行转动，从而使得辐照容器进行旋转换面。

本发明的辐照机构是设置于线下空间，具体来说，如果称一座辐照装置的加工回路为线上空间，那么辐照室内加工回路周边的空间则可以称为线下空间（图2），即源板两侧及端部的剩余空间，一般以源板垂直面的水平中线区域为最佳利用区域，其射线能量强度相对较高且分布相对均匀，有利于辐照工艺的实施，已投入运行的辐照装置线下空间情况各有不同。

为了实现对线下空间和射线的充分利用，我们有必要获得线下空间的射线强度数据，以使辐照产品获得剂量控制到精准范围满足相关辐照灭菌和改性的相关标准。在生产实践中，通常用剂量率来表示空间内某一坐标点或区域的射线强度，单位时间内受照剂量的不同既表示不同坐标点剂量率的不同，也代表了其射线强度的大小。

首先建立剂量场数学模型，以辐照室的空间轴线（源板中心线）为基线，建立三维坐标系，对每一适用的坐标点对应的实际点位，布置剂量计、设定辐照时间、实施辐照、进行剂量标定测量、统计数据，利用测量数据结果以等剂量线建立剂量场平面模型，以实现对辐照室空间剂量分布或射线强度规律的认识和描述，下面是在某伽玛辐照装置辐照室进行的剂量场测试实验结果中代表性的两个剂量场平面模型。

从（图3）中可以直观的看出，平行源板中心线剖面射线强度的强弱分布以及等剂量区域分布情况，其中，最大剂量率为146.5 kGy/h，最小剂量率为1.2kGy/h。（图4）中显示的是垂直源板中心线剖面的射线强度分布情况，最大剂量率为 122kGy/h，最小剂量率为2.7kGy/h。从中可以发现射线分布规律并指导实践。

通过剂量场数学模型的建立，对后续的工作如辐照路径的选取、辐照时间的确定、适合的辐照产品、辐照过程控制等辐照工艺设计提供技术支持。

通过对剂量场数据分析，确定可利用的辐照空间、线下辐照回路、辐照容器和适用的辐照剂量范围，开展利用方案的设计与辐照传输系统和自动化控制系统的设计安装和验证。至此，形成了线下空间和射线的利用装置并可以投入使用，通过线下辐照装置的自动化控制运行从而实现对产品的辐照和剂量控制。

实施例1

辐照机构包括一个闭合的悬挂链输送路径1和一台与悬挂链输送路径配合的自动旋转换面机构，自动旋转换面机构的下部悬挂有可拆卸的辐照容器4；自动旋转换面机构包括定位销车3和悬挂主轴2，悬挂主轴的一端设置于悬挂链输送路径上，另一端与辐照容器相连，悬挂主轴上设有旋转机构，使得辐照容器进行旋转换面。

悬挂链输送路径沿着辐照室产品的出入口、迷道和检查通道的顶部进行设置，并形成独立的、设置于线下空间的一个闭合回路，这里的辐照室产品的出入口、迷道和检查通道是现有技术，就不再赘述其具体位置了，自动旋转换面机构一般设置在悬挂链输送路径的一个直线段；悬挂链输送路径包括悬挂链21，悬挂链下方设有吊架22，悬挂主轴通过轴承23与吊架形成可转动连接，悬挂主轴可以在旋转齿轮5和定位销车的带动下发生转动，通过悬挂主轴的转动，又可以带动悬挂主轴下方连接的辐照容器进行转向和移动，悬挂链输送路径还包括一组与自动旋转换面机构相配合的辊子列轨6。

进一步，辊子列轨与旋转机构相配合，定位销车的下方左右两侧分别对称设有一升降轮32，升降轮下方设有固定座33，悬挂链输送路径上设有用于升降轮升降的斜坡轨道7。具体来说，旋转机构包括一套设在悬挂主轴上的旋转齿轮，旋转齿轮可绕悬挂主轴进行转动，旋转齿轮的顶部设有一组定位销孔，定位销孔内设有定位销，旋转齿轮与定位销车之间通过定位销31进行定位。斜坡轨道由两根轻轨对称固定而成，斜坡轨道的一端设有15度斜坡，另一端设有60度斜坡，两端之间的高度差为20-40mm,通过设置这一高度差，升降轮进行升降后，对定位销车进行一个整体的升降，从而触发相应位置的行程开关安全联锁。

实施例2

实施中，本发明在确保不影响辐照装置线上空间辐照加工及辐射安全管理的前提下，在辐照室产品出入口、迷道、辐照室检查通道的顶部空间安装悬挂链输送线，悬挂链根据JB/T9016-2013标准和辐照容器的自重和载重最大值等参数选取，轨道及悬挂设施材质及强度具备足够耐辐照特性和安全裕度，输送线具备前进、后退、上坡、下坡、转弯及中停等功能，在线下安全空间内形成循环闭路，其运行自动控制柜设在辐照监督区内，以实现辐照产品输送的自动化控制，具体参见图5。

本发明的辐照机构在可完成在悬挂链输送路径可在辐照室内完成辐照容器的自动换面动作，辐照装置采用型钢、齿轮、轻轨、轴承等耐辐照金属型材制作，是一个随悬挂链行走的联动机构，主要组成构件有悬挂主轴、旋转齿轮、辊子列轨、定位销车、斜坡轨道、安全联锁等结构。其具体的工作原理为：当自动旋转换面机构设置在辐照室内悬挂链输送路径的输送回路上的一直线段，当辐照容器进入该机构的控制区域时，定位销车进入斜坡轨道，随着定位销车升高30mm后，就能自动触动行程开关安全联锁，然后定位销开启，接着旋转齿轮进入辊子列轨，在辊子列轨的推动作用下，旋转齿轮旋转180°，从而带动辐照容器同时旋转180°，然后定位销车在斜坡轨道终端回落30mm，再次触动行程开关安全联锁，使得定位销关闭，最后辐照容器自动旋转180°并定位，同时辐照容器离开旋转机构。实际上这是一组固定构件与行走构件的相对运动组成的动作，从而完成了辐照容器在辐照室内的自动换面工作，具体参见图1。

图6中，悬挂主轴是联接吊架和辐照容器的可旋转的通轴，材质为普通碳素钢，它上端与吊架垂直轴承联接，下端与辐照容器垂直固定连接。吊架是固定的，悬挂主轴和其固定连接的辐照容器是可旋转的。

图7中，旋转齿轮以销键固定联接在悬挂主轴中部，以锻钢材质制作，通过与辊子啮合旋转带动悬挂主轴和辐照容器同时旋转，旋转齿轮180°旋转后离开辊子列轨，同时进入无齿空挡段，并立即停止旋转，以防止过载。具体来说，定位销车下端的两个升降轮进入斜坡轨道后，升降轮的内侧也与设定的辊子列轨相贴合，进一步帮助旋转齿轮在辊子列轨的作用下进行转动并行进，使得旋转齿轮无需提供任何动力就能完成需要的180度转动角度。

图8中，辊子列轨由两组辊子组成的辊子列，平行对称固定构成双侧轨，辊子列轨的有效工作长度L等于旋转齿轮分度圆周长的1/2，即L＝1/2πR,与通过的齿轮啮合，起到啮合推动旋转齿轮的作用。辊子列轨的两端分别设15°导向引轨62，以平衡旋转齿轮行走线路偏差，这里的辊子列轨的有效长度是需要去除两端的导向引轨的长度。

图9中，定位销车由车架、定位销、升降轮组成，车架动联结于悬挂主轴，车架两端固定连接有定位销和升降轮。升降轮直径大于轨道高度（可选用8kg轻轨高度h=65mm），并通过斜坡轨道起到升降作用，带动定位销车升降，实现定位销的开启和关闭。

图10中，斜坡轨道由两根8kg轻轨对称固定两侧，轨道一端为15°斜坡，另一端为60°，高差为正负30毫米，即定位销车的升降高度。当升降轮在斜坡轨道上进行运行时，由于斜坡轨道存在的高度差，会带动定位销车进行上下运动，从而触碰到行程开关安全联锁，以确认定位销车的升降到位，以确保辐照容器的旋转到位并锁定，具体来说，这里的行程开关安全联锁位置：行程开关（A）设置在斜坡轨道的水平轨道面起点处，当定位销车升降轮沿着15°斜坡上升30毫米至轨道水平面处时定位销从旋转齿轮的销孔中全部脱离到达开启位置，并即刻触及行程开关接触轮，悬挂链及旋转机构控制系统按照正常运行程序指令继续运行，否则停止运行并发出报警信号。行程开关（B）设置在斜坡轨道末端处，当定位销车升降轮沿着60°斜坡回落30毫米并定位销完全回落至旋转齿轮的定位销孔中锁定位置，并即刻触及行程开关接触轮，悬挂链及旋转机构控制系统按照正常运行程序指令继续运行，否则停止运行并发出报警信号。安全联锁由两个行程开关和控制柜组成与悬挂链电气控制柜联锁，具体就不再详细赘述其工作原理了。

具体实施中，本发明安装完成后，需进行安装验证并提交报告，以确认该装置符合技术性能要求和安全性能要求，可以在辐照环境下投入使用并正常运转。在辐照加工前，应进行运行验证，例如，可以使用重铬酸钾银（HKAgDc）剂量计和代表性密度的模拟产品，按照设计工艺的装载模式进行装载，按照已建立的辐照容器坐标系剂量计点位布放剂量计，进行线下辐照的剂量场测试，在数据统计分析的基础上提交报告，为线下辐照工艺实施提供技术支持，以实现伽玛辐照装置线下空间和射线的安全有效利用。经剂量测试和剂量场数学模型估算，线下射线利用装置的应用可使钴源射线利用率提高1-5%。

实施例3

一种利用伽玛辐照装置线下空间与射线的辐照机构的使用方法，所述的使用方法包括如下步骤：a、在辐照室产品出入口、迷道和辐照室检查通道的顶部空间安装悬挂链输送路径，悬挂链输送路径上配合有自动旋转换面机构；b、辐照室内设有若干个辐照容器，这些辐照容器均匀排列在辐照室内源板两侧的辐照位置；c、自动旋转换面机构设置于悬挂链输送路径上的一直线段，当辐照容器进入这一直线段需要进行旋转时，自动旋转换面机构开启定位销，自动旋转换面机构在旋转齿轮的带动下旋转180度，从而带动辐照容器完成旋转，然后定位销关闭，辐照容器与自动旋转换面机构脱离。

如图（1）中，自动旋转换面机构的工作原理如下，自动旋转换面机构的各部件中有起到固定作用的固定组件和起到行走作用的行走组件，这里的固定组件即斜坡轨道和棍子列，行走组件即旋转齿轮固定在辐照容器顶部，并固定联接在悬挂主轴的下端，悬挂主轴上端通过吊架与悬挂链联接，定位销车在旋转齿轮上部与悬挂主轴动配合联接并可以沿着悬挂主轴上下滑动起落。当行走组件随悬挂链行进至固定组件时，定位销车自动开启、旋转齿轮进入棍子列导轨，齿轮旋转带动悬挂主轴及辐照容器旋转180度，而斜坡轨道、棍子列导轨的长度既是旋转齿轮周长的一半，当完成旋转动作后，定位销车在斜坡轨道上回落至初始位置锁定辐照容器位置，行走组件随悬挂链行进并自动离开固定组件。

具体来说，a步骤中，自动旋转换面机构包括定位销车和悬挂主轴，悬挂主轴的一端设置于悬挂链输送路径上，另一端与辐照容器相连，悬挂主轴上设有旋转机构，使得辐照容器进行旋转换面。

悬挂链输送路径沿着辐照室产品的出入口、迷道和检查通道的顶部进行设置，并形成一个闭合的回路；悬挂链输送路径包括悬挂链，悬挂链下方设有吊架，悬挂主轴通过轴承与吊架形成可转动连接；辊子列轨与旋转机构相配合，定位销车的下方左右两侧分别对称设有一升降轮，升降轮下方设有固定座，悬挂链输送路径上设有用于升降轮升降的斜坡轨道，同时进入斜坡轨道后，升降轮的内侧与辊子列轨相贴合，进一步帮助旋转齿轮在辊子列轨的作用下进行转动并行进，使得旋转齿轮无需提供任何动力就能完成需要的转动角度，一般是设置转动180度，如果是辐照室的某些特别位置，可以使得旋转齿轮转动所需要的角度，比如90度或者270度这样。

c步骤中，辐照容器进入自动旋转换面机构的下方，并与自动旋转换面机构相连，接着定位销车进入斜坡轨道，使得定位销车升高30mm，然后触动行程开关安全联锁，定位销开启，接着旋转齿轮进入辊子列轨，旋转齿轮旋转180°，从而带动辐照容器同时旋转180°，接着定位销车在斜坡轨道终端回落30mm，接着触动行程开关安全联锁，定位销关闭，辐照容器自动旋转180°并定位，最后辐照容器离开自动旋转换面机构。自动旋转换面机构设置于悬挂链输送路径上的一直线段，该直线段位于辐照室内源板的两侧及端部的位置。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。