CN101490765B - 减少辐射的屏蔽设备及减少透过屏蔽设备的辐射量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种屏蔽设备(11)，其用于减少透过该屏蔽设备的辐射量，包括第一部件(111)和第二部件(112)，其中第一部件设置成能够与第二部件分开，且其中所述第一部件和第二部件均包括抵接部。所述第一部件和第二部件的至少一对对应抵接部具有这样的横截面：所述横截面沿所述横截面的至少一半的部分成曲线形状。

Description

减少辐射的屏蔽设备及减少透过屏蔽设备的辐射量的方法
技术领域
本发明涉及一种用于电离辐射的屏蔽设备。更具体地，本发明涉及一种具有至少一个能移动部件的屏蔽设备，所述部件设置为用于打开所述屏蔽设备。
背景技术
诸如粒子加速器、X射线靶、放射源或废物等辐射放射源发射不需要的电离辐射，例如质子、中子、电子及光子。为了保护人们不受辐射疾病侵害，通常将这些辐射源置于屏蔽设备内。屏蔽设备必须吸收所放射的辐射的大部分，使得透过屏蔽设备的透射量低于法律或公司规格所规定的阈值水平。
屏蔽的基本解决方案是通过将例如回旋加速器的所述辐射源密封于混凝土和/或其它混合物所制成的壁内。从文献GB 2358415中可获知此类的构造。该文献公开了使用建筑物模块来构建屏蔽壁。这些模块设置有紧密配合的凸型侧和凹型侧。凸型侧具有凸舌，凸舌由共面凸肩对接。凸肩占模块总宽度的至少20％。但是，这种解决方案具有如下缺点：当完成绕辐射源的此种壁的安装时，就不能再接近辐射源，除非从该壁移走一个或多个模块。由于模块的重量或数量，这种操作可能相对耗时和繁杂。
在文献US 2005/0218347中描述了另一种解决方案，其中提供了一个或多个用来选择性地接近粒子加速器的射靶组件的门。门的接合壁内的侧面具有阶梯形状以减少辐射透射。但是，经常需要附加的屏蔽设备以减少透过门间隙的透射。
发明内容
本发明的目的是提供一种包括至少一个能被打开和封闭的部件的屏蔽设备，其比现有技术的屏蔽设备在阻止或限制辐射进入屏蔽设备和/或辐射自所述屏蔽设备放射出的方面更为有效。
根据本发明，提供一种屏蔽设备，其用于减少透过屏蔽设备的辐射量。屏蔽设备包括第一部件和第二部件，其中第一部件设置成能够与第二部件分开，且其中所述第一部件和第二部件均包括抵接部。所述第一部件和第二部件的至少一对相应抵接部具有这样的横截面：所述横截面沿所述横截面的至少一部分、且优选地沿所述横截面的至少一半形成曲线形状。
在正常工作状态下，屏蔽设备的第一部件和第二部件互相面对面定位，并且可互相碰触。当操作人员需要接近屏蔽设备所覆盖之物时，至少第一部件设置成能够从第二部件移开，以打开屏蔽设备并能接近屏蔽设备所覆盖之物。
本发明中所用术语“曲线”是指在其所有点处均具有有限曲率半径的线，其中术语“有限”不包括零。横截面的曲线形状部分可沿所述横截面的长度的50％、60％、70％、80％、90％、或者甚至100％延伸。优选地，曲线形状的截面可具有C或S形状。也可以同样地使用其它曲线形状的截面——只要曲线形状部分的总量比直线形状部分的总量大得多即可。更优选地，曲线形状的截面可具有恒定的曲率半径。优选地，对应抵接部的曲线形状部分相匹配。优选地，所述横截面的至少部分示出非零曲率半径倒数的值。
本发明可用于屏蔽诸如粒子加速器、靶、放射源或放射废物等辐射源所产生的辐射。
有利地，辐射源是回旋加速器。
有利地，屏蔽设备包括能填充辐射吸收材料的壳体。
更有利地，所述壳体包括能填充高Z化合物的外部区和能填充低Z化合物的内部区。
优选地，所述高Z化合物包括铅或铁。
优选地，所述低Z化合物包括聚乙烯和/或链烷烃化合物。
优选地，当本发明用于屏蔽包括靶的回旋加速器所产生的辐射时，回旋加速器包括位于所述靶前方的附加的高Z材料屏蔽设备。
有利地，屏蔽设备包括用于移动所述第一部件的轮。更优选地，屏蔽设备包括用于还移动所述第二部件的轮。
有利地，屏蔽设备包括用于所述轮的升降机构。
在本发明的实施方式中，第二部件是用于限制辐射自辐射源放射到外部的容器。此种容器可用于例如运输和/或屏蔽放射源、放射性废物或类似物质。
在本发明的另一更优选实施方式中，所述第一部件是适于配合进所述第二部件的开口内的盖或门。所述开口可指腔室顶壁、或屏蔽设备的拱顶门，其并无任何限制。
根据本发明的第二方面，提供一种用于减少透过屏蔽设备的辐射量的方法，所述方法包括如下步骤：提供包括第一部件和第二部件的屏蔽设备，所述第一部件和所述第二部件包括抵接部；以及使第一部件和第二部件的相应抵接部沿所述抵接部的横截面的主要部分形成曲线形状。所述方法阻止或限制辐射进入屏蔽设备内和/或辐射自屏蔽设备放射出。
优选地，根据本发明的方法包括提供用于移动所述第一部件和所述第二部件的轮的步骤。
可选地，根据本发明的方法包括提供用于向上提升和向下降落所述第一部件和所述第二部件、使得第一部件和第二部件分别移动或搁置的升降机构的步骤。
优选地，根据本发明的方法包括提供填充有辐射吸收材料的壳体的步骤。
更优选地，根据本发明第二方面，所述壳体包括能填充高Z化合物的外部区和能填充低Z化合物的内部区。
有利地，根据本发明第二方面，所述高Z化合物包括铅或铁。
有利地，根据本发明第二方面，所述低Z化合物包括聚乙烯和/或链烷烃化合物。
优选地，根据本发明第二方面，所述辐射由辐射源产生。
更优选地，根据本发明第二方面，所述辐射是回旋加速器。
有利地，根据本发明的方法——其中所述回旋加速器包括靶——包括提供位于所述靶前方的附加的高Z材料屏蔽设备的步骤。
附图说明
图1图示了包封在根据本发明的屏蔽设备内的回旋加速器，其中提供了该屏蔽设备的剖视图；
图2图示了如图1中的C-C线所限定的剖视图，其中回旋加速器并未剖视；
图3图示了如图1中的B-B线所限定的剖视图，其中回旋加速器并未剖视；
图4图示了已打开的屏蔽设备；
图5图示了已封闭的屏蔽设备；
图6图示了S形间隙；
图7图示了处于封闭状态下的屏蔽设备的侧视图；
图8图示了处于打开状态下的屏蔽设备的侧视图；
图9图示了处于打开状态下的屏蔽设备的俯视图；
图10图示了用于Monte Carlo模拟的无间隙的屏蔽设备的示意性截面图；
图11图示了用于Monte Carlo模拟的具有直线间隙32a的屏蔽设备的示意性截面图；
图12图示了用于Monte Carlo模拟的具有阶梯形间隙32b的屏蔽设备的示意性截面图；
图13图示了用于Monte Carlo模拟的具有C形间隙32c的屏蔽设备的示意性截面图；
图14图示了图10的构造的Monte Carlo模拟透射剂量；
图15图示了图11的构造的Monte Carlo模拟透射剂量；
图16图示了图12的构造的Monte Carlo模拟透射剂量；
图17图示了图13的构造的Monte Carlo模拟透射剂量；
图18a图示了根据本发明的优选实施方式；
图18b图示了根据本发明的另一优选实施方式。
具体实施方式
图1示出包封在屏蔽设备11内的辐射源10——在下面的描述中实施为回旋加速器。回旋加速器10搁置在安装于混凝土底板13上的支脚12上。通往回旋加速器的管路可嵌入底板13内。回旋加速器安装于其上的底板水平面131位于比屏蔽设备11搁置于其上的水平面132低的水平面处。屏蔽设备11包括壳体113，壳体113优选地由钢制成。这种壳体可填充有辐射吸收材料。当前，合适的材料例如是铅、铁、聚乙烯或链烷烃化合物。铅设置于屏蔽设备11的外部区114内，以阻挡初生射线和次生射线。屏蔽设备11的内部区115可包括中子吸收材料，例如聚乙烯或链烷烃化合物。优选地，附加的铅制屏蔽设备116设置于回旋加速器的各靶的前方，以减缓或阻挡自辐射源发射的光子。此种附加的铅制过滤器116容许对于规定要求的透射剂量而言减小屏蔽设备11在这些位置处的厚度。
屏蔽设备11包括两个部分，即凸型部件111和凹型部件112，两者均设置有轮14。因此，凸型部件111和凹型部件112均是能移动的，以打开和关闭屏蔽设备11。图4示出处于已打开状态的屏蔽设备11。在这种状态下能够接近回旋加速器。
优选地，移动部件111和移动部件112各自均搁置在三个轮上。由于此种屏蔽设备的质量可能超过10吨，因此轮可设计成能够承载重载荷。轮14在轨道15上滑动。在底板与屏蔽设备移动部件111和屏蔽设备移动部件112之间必需设置间隙以使所述移动部件可移动。在例如图5所示的封闭配置中，这种间隙将构成回旋加速器所释放辐射的底部泄漏路径。
一种减少辐射沿该泄漏路径透射的方法包括提供用于轮的升降机构的步骤。当移动部件111和移动部件112待要移动时，这种机构将 这两个部件向上提升，使得它们可行进。当屏蔽设备封闭时，该机构可将所述移动部件向下降落，使得它们无任何间隙地搁置在底板上。但是，这种方法较为繁重，尤其考虑到屏蔽设备的大质量更是如此。再者，屏蔽设备由于大质量而出现的结构变形可导致间隙总会存在于某处。
另一替代性方法包括，如图1所示，将回旋加速器放置于比屏蔽设备移动部件所处水平面132低的底板水平面131上的步骤。然后，屏蔽设备11和底板13之间的间隙133可通过在屏蔽设备内部处提供辐射吸收材料所制成的条带16进行密封。以此方法，进入间隙的辐射在进入间隙之前必须首先通过辐射吸收材料。条带16覆盖间隙133的入口，并且可由聚乙烯或链烷烃化合物构成。可提供附加步骤，即通过在移动部件111和移动部件112的底侧处提供辐射吸收材料所制成的条带17，进一步减小辐射沿间隙的透射。
当屏蔽设备11封闭时，如图1、2、3及5所示，当移动部件111和移动部件112之一抵接另一个时出现间隙。在当前描述的特定优选实施方式中，参见图4，这出现在凸型部件111和凹型部件112的相应的侧部抵接部18和抵接部19之间(即两个结构或物体交接点处)、以及凸型部件和凹型部件的相应的上部抵接部20和上部抵接部21之间。在更一般的情况下，在屏蔽设备的任何两个移动部件之间以及在屏蔽设备的任何移动部件和固定部件之间都将会出现间隙(即两个物体之间的空隙间隔量或距离)。
必需将间隙保持到尽可能得小，但它是不可能避免的。它们构成机械容差极限。实际上，大质量的屏蔽设备将会使屏蔽设备结构变形，且必需规定间隙以使一个部件尽可能紧密地抵接另一部件。但是，尽管存在这些间隙，然而辐射透过此种间隙的透射能够通过适当地设计抵接部18、19、20及21而显著减小，并且无需提供附加屏蔽设备来覆盖间隙。
抵接部18和抵接部20是凸型类型的，并设置成配合进凹型类型的抵接部19和抵接部21。这些抵接部的横截面沿截面的大部分都是 曲线形状。参见图3，抵接部18和抵接部19完全是曲线形状。两个抵接部18和抵接部19的横截面都具有恒定半径。抵接部19的半径比抵接部18的半径略大，以保持该设计间隙恒定。参见图1，上部抵接部20和上部抵接部21具有沿截面的大部分为曲线形状的横截面。
图10至17图示了针对不同间隙构造的辐射透射的Monte Carlo模拟结果。图10图示无间隙的完全封闭的屏蔽设备的示例。图11图示具有一个直线间隙32a的屏蔽设备的示例。图12图示具有阶梯形间隙32b的屏蔽设备的示例。图13图示具有C形间隙32c的屏蔽设备的示例。在屏蔽设备内部以及沿屏蔽设备外部的多个规则间隔的位置处，由虚拟剂量计测量自靶31发射的入射辐射的中子剂量和光子剂量。这些位置由图10至13上的空心圆圈标示。
该间隙沿其长度的大部分依循曲线路径延伸之事实，使得与具有较大直线部分的间隙相比，透过该间隙行进的辐射(光子、中子......)的反射次数要多得多。因为只有入射辐射的小部分被反射，所以前一种类的间隙提供减少的辐射透射。图1至5示出了具有大致C形横截面的抵接部。只要曲线部分的总体量显著地大于直线部分的总体量，则其它曲线截面就是等同有效的。例如，图6图示了S形间隙。
进而，参见图13，能够观察到，辐射在通过屏蔽设备行进时碰触到的屏蔽设备的总厚度大约是屏蔽设备的厚度减去间隙32c内间隔厚度的两倍，而与自靶31发射的辐射的方向无关。相反，参见图11或12，能够观察到所述总厚度值在某种程度上与辐射方向相关。在图11或12的示例中，也能够容易地认识到一些方向是特殊的，原因是它们使得辐射所碰触到的总厚度值比根据图13示例的总厚度值小得多。
在图10至13中所示示例的这些Monte Carlo模拟结果在图14至17中图示出。图14示出了针对图10示例的模拟得出的入射剂量。左侧曲线图示出沿屏蔽设备内的直线路径的剂量。关于水平轴，0cm表示屏蔽设备的内边界，而60cm表示外边界。竖直虚线用来标记聚乙烯或链烷烃化合物和铅或铁之间的界限。这些剂量是参照第一个计算出的值经过标准化后得到的。右侧曲线图示出沿位于屏蔽设备外部 的弧线(虚拟剂量计)30的剂量。关于水平轴，0cm表示弧线中央。该剂量是参照第一个计算出的值(曲线图上最左侧的值)经过标准化后得到的。类似地，图15至17示出了针对图11至13分别图示的示例的模拟结果。对于图11的直线间隙而言，如图15所示，非常大的剂量通过间隙32a传输。对于图12的阶梯形间隙而言，如图16所示，位于弧线中央处的相对剂量峰值对于中子而言是50，对于光子而言是20。这些峰值通过利用图13的C形间隙而显著地减小，如图17所示。这些峰值分别减小到2.3和2.2。峰值出现的位置也沿弧线移动了(不再位于中央处)。将图17的结果和图14的结果进行比较，可清楚与C形间隙相对应的值与总体上封闭的屏蔽设备的示例的值在同一量级上。因此附加的屏蔽设备就不是必须的了。
在根据本发明的优选实施方式中，屏蔽设备11包括钢制壳体113。屏蔽设备的围绕回旋加速器的总厚度是580mm，而屏蔽设备的位于回旋加速器上方的总厚度是600mm。屏蔽设备的外直径是3.3m。封闭状态下回旋加速器和屏蔽设备之间的间隙间隔是约5cm。这种优选实施方式中的抵接部具有大致C形或S形横截面，并彼此抵接，所述抵接部中的每一个具有相对于彼此互补的形状。
在根据本发明的另一优选实施方式中，如图18a所示，部件182是容器。当部件181和部件182位于封闭配置时，抵接部18和抵接部19的C形形状限制辐射自辐射源10放射到外部。此种容器可用于例如运输和/或屏蔽放射源、放射性废物或类似物质。
在根据本发明的另一优选实施方式中，如图18b所示，具有C形抵接部19的部件184具有开口9，开口9可由同样具有C形抵接部18的能移动部件183封闭。部件184可为腔室顶壁，或者仅为屏蔽设备的拱顶门，其并无任何限制。

Claims (18)

1.一种屏蔽设备(11)，其用于减少透过所述屏蔽设备的辐射量，所述屏蔽设备包括第一部件(111)和第二部件(112)，其中所述第一部件设置成能够与所述第二部件分开，且其中所述第一部件(111)和第二部件(112)包括有抵接部(18、20，19、21)，其特征在于，所述第一部件(111)和第二部件(112)的至少一对对应抵接部(18、19)具有这样的横截面：所述横截面包括成曲线形状的部分，并且所述成曲线形状的部分沿所述横截面的至少一部分延伸。
2.如权利要求1所述的屏蔽设备(11)，其中，所述成曲线形状的部分沿所述横截面的至少一半延伸。
3.如权利要求2所述的屏蔽设备(11)，其中，所述成曲线形状的部分沿所述横截面的至少60％延伸。
4.如权利要求3所述的屏蔽设备(11)，其中，所述成曲线形状的部分沿所述横截面的至少70％延伸。
5.如权利要求1所述的屏蔽设备(11)，其中，所述成曲线形状的部分的曲线形状的曲率半径是恒定的。
6.如权利要求5所述的屏蔽设备(11)，其中，至少所述成曲线形状的部分的曲率半径的倒数具有非零的值。
7.如权利要求1所述的屏蔽设备(11)，其包括能填充辐射吸收材料的壳体(113)。
8.如权利要求7所述的屏蔽设备(11)，其中，所述壳体(113)包括能填充高Z化合物的外部区(114)和能填充低Z化合物的内部区(115)。
9.如权利要求8所述的屏蔽设备(11)，其中，所述高Z化合物包括铅或铁。
10.如权利要求8所述的屏蔽设备(11)，其中，所述低Z化合物包括聚乙烯或链烷烃化合物。
11.如权利要求1所述的屏蔽设备(11)，其设置成用于屏蔽由辐射源(10)产生的辐射，其中所述屏蔽设备设置在所述辐射源的外侧。
12.如权利要求11所述的屏蔽设备(11)，其中，所述辐射源(10)是回旋加速器。
13.如权利要求12所述的屏蔽设备(11)，其中，所述回旋加速器包括靶和位于所述靶前方的附加的高Z材料屏蔽设备(116)。
14.如权利要求1所述的屏蔽设备(11)，其包括设置用于使所述第一部件(111)和/或所述第二部件(112)移动的轮(14)。
15.如权利要求14所述的屏蔽设备(11)，其包括用于所述轮(14)的升降机构。
16.如权利要求1所述的屏蔽设备(11)，其中，所述第二部件(182、184)是容器，其用于对设置于所述容器内的辐射源(10)向外部发出的辐射进行限制。
17.如权利要求1所述的屏蔽设备(11)，其中，所述第一部件(181、183)是适于安装到所述第二部件(182、184)的开口(9)内的盖或门。
18.一种用于减少透过屏蔽设备的辐射量的方法，所述方法包括如下步骤：
提供包括第一部件(111)和第二部件(112)的屏蔽设备(11)，所述第一部件和所述第二部件包括抵接部(18、20，19、21)；以及
使所述第一部件和所述第二部件的对应抵接部沿所述抵接部的横截面的主要部分形成曲线形状。
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