CN104345335A - 一种便携式射线照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式射线照射装置，包括屏蔽体、置于所述屏蔽体内的放射源、所述屏蔽体一侧开设的放射孔、安置于所述放射孔中用于引出放射线的准直器，还包括一设置于所述屏蔽体内的散射腔，用于降低所述照射装置自身的散射辐射，还包括一设置在所述屏蔽体上开设的一通孔中的放射源支架，所述放射源支架采用可升降式设计，照射时放射源位于散射腔中心位置，放射源产生的射线经过准直器以及其中设置的钨合金准直光阑准直塑型后形成参考辐射用于固定式环境辐射监测仪的现场校准工作，所述散射腔和所述钨合金准直光阑降低了参考辐射中的散射辐射和操作人员的职业照射剂量。

Description

一种便携式射线照射装置

技术领域

本发明涉及电离辐射计量装置，具体涉及一种便携式射线照射装置。

背景技术

随着我国国民经济的快速增长，需要新建一大批的核设施(如：核电站反应堆、研究型核反应堆和实验快堆等)以满足能源开发与利用、科学研究等需求。为保障放射性工作人员、周围居民以及环境的安全，相关法律规定在核设施内部及周边地区必须开展辐射监测工作，固定式环境辐射监测仪表是核设施辐射监测的重要设备之一，能够提供用于评价环境辐射污染现状及发展趋势等非常有用的数据。

大多数的核设施周围都安装有多台固定式环境γ辐射连续监测仪，这类仪表长期工作在自然条件下，在没有定期校准的情况下监测结果的可靠性就不能得到保障。我国国家计量检定规程JJG 521-2006“环境监测用X、γ辐射空气比释动能(吸收剂量)率仪”、国家标准GB12379-90“环境核辐射监测规定”和环境技术规范HJ/T 61-2001“辐射环境监测技术规范”中规定这些监测仪表应定期进行检定。但是，固定式仪表的探头、电缆和测量主机通常不便于拆卸和安装，在拆卸、安装和运输中容易造成损坏，而且送检周期较长，影响了监测系统数据的连续性，这些困难阻碍了固定式辐射仪表的按期检定，固定式仪表的使用单位对现场校准工作提出了强烈的需求。因此建立一个精确的参考辐射场用于刻度这些固定或非固定的剂量测量仪器也是非常必要的。

参阅中国专利申请号为CN201110392048的专利《可携式多量程参考辐射装置》，其结构包括置于铅屏蔽内的放射源，铅屏蔽内设有纵向的放射源提升通道，通道内设有控制棒，所述的放射源设在控制棒的下端；在铅屏蔽的一面设有用于引出放射线的准直器，准直器的外侧设有铅衰减片；铅屏蔽体分为上下两部分，能够方便于装卸放射源；采用了简单的锥形准直器，锥形准直器的截面为圆形。

该发明基于对固定式辐射仪表的检测问题而设计，但仍未能有效解决降低参考辐射中的散射辐射的问题。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种便携式射线照射装置，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供了一种便携式射线照射装置，包括屏蔽体、置于屏蔽体内的放射源、屏蔽体一侧开设的放射孔、安置于所述放射孔中用于引出放射线的准直器，其特征在于，还包括一散射腔，所述散射腔设置于所述屏蔽体内，与所述的放射孔相连通，用于降低参考辐射中的散射辐射。

较佳的，所述准直器包括至少两片准直光阑，所述准直光阑排放于所述放射孔中，光阑之间彼此由一空隙隔开，每一空隙作为前一光阑边缘散射光子的捕集器。

较佳的，所述的准直光阑选用钨合金材料。

所述的照射装置还包括一放射源支架，所述的放射源支架设置在所述屏蔽体上开设的一通孔中，所述通孔与所述散射腔相连通，所述放射源支架可在所述通孔中做上下升降动作。

较佳的，所述的放射源支架下端部连接有一用于放置所述放射源的储源盒，上端部可与所述照射装置上设置的一定位单元相结合，所述定位单元用于锁定所述放射源支架所处位置。

较佳的，所述的储源盒还包括一后盖，用于开关后盖来更换所述放射源。

较佳的，所述的照射装置还包括一存储源盒室，所述的存储源盒室设置于所述散射腔下方，并与所述的散射腔相连通，用于存储所述储源盒，同时所述存储源盒室扩大了所述散射腔的空间，有利于降低所述照射装置自身的散射辐射。

较佳的，所述的照射装置还包括一塞子，所述的塞子在所述照射装置非使用状态时插入已装有所述准直器的所述放射孔中，用于减少非使用状态时放射源辐射的泄漏。

较佳的，所述的塞子尾端设置有一用于控制塞子动作的拉环，所述的照射装置外部对应位置设置有一锁止单元，用于非使用状态时对塞子位置的锁定。

较佳的，所述的散射腔优选为长方体或圆柱体结构。

较佳的，所述的长方体结构优选尺寸为20mm×20mm×40mm。

较佳的，所述的屏蔽体包括铅内层和钢板外层，所述的钢板外层设置有钢板作为支撑，钢板内壁加装钢丝倒钩，防止在搬运过程中铅与外壁松动，从而提高了装置整体的强度。

较佳的，所述照射装置还包括侧部安装的一激光定位器，用以确保所述放射源正对待检仪表进行照射。

较佳的，所述放射源为¹³⁷Cs。

本发明的有益效果在于：(1)所述便携式射线照射装置中的散射腔和钨合金准直光阑降低了参考辐射中的散射辐射和操作人员的职业照射剂量。(2)所述存储源盒室的设置扩大了所述散射腔的空间，有利于降低所述照射装置自身的散射辐射。(3)所述的塞子和所述照射装置对应位置设置的锁止单元防止了非使用状态时射线辐射的泄漏(4)所述放射源支架与所述照射装置对应位置设置的定位单元防止了不正规操作。

附图说明

图1为本发明便携式射线照射装置实施例一的结构原理图；

图2为本发明便携式射线照射装置实施例二的结构剖视图；

图3为本发明便携式射线照射装置实施例二的现场校准示意图；

图4为本发明便携式射线照射装置实施例二的距离放射源1米处辐射场均匀性模拟结果图；

图5为本发明便携式射线照射装置实施例二现场校准采用的准直场法原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。

参阅图1所示，为本发明便携式射线照射装置实施例一的结构原理图，如图1中所示，所述便携式射线照射装置包括屏蔽体8、置于屏蔽体8内的放射源4、屏蔽体8一侧开设的放射孔10、安置于所述放射孔10中用于引出放射线的准直器2和一散射腔5。其中，所述的屏蔽体8具有良好的屏蔽效果，用于屏蔽所述放射源4泄漏的辐射，防止向外界超标扩散，所述的准直器2用于约束放射光束的形状和大小，所述的散射腔5设置于所述屏蔽体8内，与所述的放射孔10相连通，用于降低所述照射装置自身的散射辐射。

使用时，所述放射源4在所述散射腔5中产生的射线，经过所述的放射孔10中的准直器2准直塑型后，形成参考辐射用于固定式环境辐射监测仪的现场校准工作。

这样，所述的准直器2和散射腔5降低了参考辐射中的散射辐射和操作人员的职业照射剂量。

参阅如图2所示，为本发明便携式射线照射装置实施例二的结构剖视图，如图中所示，所述便携式射线照射装置包括放射源支架1、准直器2、塞子3、放射源4、散射腔5、储源盒6、存储源盒室7和屏蔽体8。其中，所述的放射源支架1设置于所述屏蔽体8上开设的一通孔中，可在所述通孔中进行升降动作，所述散射腔5位于所述屏蔽体8内，并与所述通孔相连通，所述的准直器2设置于所述屏蔽体8一侧开设的一放射孔10中，所述的放射孔10与所述的散射腔5相连通，所述的储源盒6设置于所述的放射源支架1的下端部，其内部放置所述的放射源4，并设置有一后盖，用于开关后盖来更换所述的放射源4，所述存储源盒室7设置于所述屏蔽体8内，位于所述的散射腔5下侧，并与所述的散射腔5相连通，所述的塞子3可塞入所述的已装有所述准直器2的所述放射孔10中。

所述的屏蔽体包括铅内层8和钢板外层9，所述的铅内层8用于屏蔽所述放射源放射出的射线，防止向环境中各个方向四溢辐射，其具有较好的屏蔽效果和较高的强度；所述的钢板外层9为7mm厚的钢板，设置有钢板作为支撑，钢板内壁加装钢丝倒钩，防止在搬运过程中铅与外壁松动，从而提高了装置整体的强度。

所述的放射源为¹³⁷Cs，其活性区为φ4mm×4mm的圆柱体，密度为3.988g/cm³，活性区外部包有不锈钢包壳，放射源外形尺寸为φ8mm×10mm的圆柱体，能放射出γ射线。

所述的准直器2设置于所述屏蔽体8侧面的放射孔10中，所述的放射孔10与所述散射腔5相连通，所述的准直器用于引出放射线并对辐射射线进行形状和大小的约束，本实施例中所述准直器中设置有四片准直光阑，所述准直光阑由钨合金(W89％、Ni7％、Cu4％)制成，密度为17g/cm³。空气密度为0.001293g/cm³，由氧(23.2％)、氮(76％)以及碳和氩(0.8％)等元素组成；所述的四片准直光阑，由内到外的厚度依次为1.5cm、1.5cm、1.5cm和0.5cm，张角为12°，光阑之间彼此由20mm的空隙隔开，每一空隙作为前一光阑边缘散射光子的捕集器。为了了解准直光阑对辐射场均匀性的影响，利用MCNP蒙卡程序模拟了参考辐射场的横向均匀性，在距离放射源1m处横向分别放置多个小长方体计数栅元对辐射场均匀性进行模拟计算，得到如图4所示，为本发明便携式射线照射装置实施例二的距离放射源1m处辐射场均匀性模拟结果图，由结果得知：由于准直光阑对辐射场的塑型作用，距离放射源1m处，射束轴心±11cm范围内均匀性好于5％，满足设计要求。

所述散射腔5设置于所述屏蔽体8中，与所述放射源支架1和所述屏蔽体8一侧的放射孔10相连通，用于降低所述照射装置自身的散射辐射，散射腔越大其作用就越明显，但是也会大大增加装置的重量。利用MCNP程序对不同散射腔照射装置产生的参考辐射进行了模拟，计算了距离放射源1m处的散射剂量率(主要包括：自身散射和空气散射)占总剂量率的百分比，计算结果如下表1所示：

表1:不同散射腔的散射辐射

由表1可知：圆柱形散射腔的直径对散射辐射影响较小，散射腔的高度h对散射辐射的影响较大,也就是说散射腔的高度越高，由照射装置屏蔽主体带来的散射辐射就越小。当圆柱体散射腔的高度和长方体散射腔的高度相等时在相同尺寸的条件下，长方体散射腔比圆柱体散射腔的散射辐射更小。因此，根据模拟结果将散射腔设计为20mm×20mm×40mm(高)的长方体，可以使参考辐射场中散射辐射的剂量率最低，为总剂量率的3.2％，满足相关标准的要求。所述的散射腔也可以是其他尺寸的长方体或圆柱体结构。

所述的塞子3主要由钨合金构成，可从照射装置外部插入所述准直器2中，用于实验后对装置内部的保护，其尾端设置有一用于控制钨合金塞子动作的拉环，螺纹旋拧入所述塞子3的尾端螺纹孔；所述照射装置外部对应所述拉环位置设置有一锁止单元，所述锁止单元包括一带有限位孔的限位片，所述限位片一端与所述照射装置通过螺杆螺母组合活动连接，另一端可通过对另一螺栓螺母组的装卸实现锁定和松开的效果，其中所述的限位孔在所述所示单元锁止状态时能限制所述拉环拉动所述塞子，这样使得塞子不能非使用状态时的打开，增强了安全性。

所述的发射源支架1材料为铝合金，由铝(93.5％)、硅(0.5％)和其他元素如：铁和铜等(总共6％)组成，密度为2.78g/cm³；其设置在所述屏蔽体8上开设的一通孔中，所述通孔与所述散射腔2相连通，所述放射源支架1可在所述通孔中做上下升降动作，其下端部连接有一用于放置所述放射源4的储源盒6，通过升降动作使得所述储源盒6内的所述放射源4位于所述屏蔽体8内的中心位置，该升降动作可手动升降，也可是其他方式升降。所述放射源支架1上端部可与所述照射装置上设置的一定位单元相结合，用于锁定所述放射源支架所处位置，本实施例中，所述定位单元为螺栓连接方式完成所述放射源支架的上端定位固定，从而避免了非正规操作；也可通过其他方式进行定位固定。

所述储源盒6与所述放射源支架1的下端部相连接，内部放置所述放射源4，所述的储源盒6包括一后盖，用于开关后盖来实现放射源的更换。

所述的存储源盒室7设置于所述散射腔5下方，用于存储所述储源盒5，同时也扩大了所述散射腔5的空间，尤其是所述散射腔的高度，由上述试验可知散射腔的高度越高，由照射装置屏蔽体带来的散射辐射就越小，因此有利于降低所述照射装置自身的散射辐射。

所述照射装置还包括侧部安装的一激光定位器，用以确保所述放射源正对待检仪表进行照射。

所述照射装置整体主要由铅、钨合金和不锈钢构成，具有较好的屏蔽效果，内置¹³⁷Cs放射源(活度为1.85×10⁸Bq)能够将透过辐射的注量减小到有用射线束的千分之一，满足国家标准GB/T12162.1-2000的“散射辐射剂量率不大于总剂量率的5％”的技术要求；且所述照射装置的总重量约为38kg，达到了轻便可携带的效果。

实际操作中还需要一激光测距仪，用于确定放射源与待检仪表参考点之间的距离；以及一三脚架，所述照射装置设在高度可调的铝合金三角架上，三脚架高度调节范围为690mm～1300mm，该三脚架承重90kg，自重7kg。

参阅图3所示，为本发明便携式射线照射装置实施例二的现场校准示意图。实际现场校准使用时，对所述三脚架22进行高度调节，使所述照射装置20与待测装置21处于等高位置；松开外部锁定装置取出所述的塞子3，调节所述放射源支架1进行上下升降调整，并锁定其所处位置；利用所述的激光测距仪，确定所述放射源与待测仪表参考点之间的距离；打开激光定位器，用以确保所述放射源正对待检仪表进行照射。

照射时所述放射源4位于所述散射腔5中心位置，放射源4产生的γ射线经过所述准直器2的钨合金准直光阑准直塑型以后形成参考辐射用于固定式环境辐射监测仪的现场校准工作。该照射装置配合使用活度为1.85×10⁸Bq的¹³⁷Cs放射源能够提供剂量率为0.5μGy/h～12.8μGy/h(距离1m～5m)的参考辐射，基本覆盖了环境水平剂量率仪的全部量程。

参阅图5所示，为本发明便携式射线照射装置实施例二现场校准采用的准直场法原理示意图。所述的“准直场”法是利用参考仪器对便携式¹³⁷Csγ射线照射装置提供的辐射场中某一点的剂量率进行标定，并对放射源的半衰期进行修正。如图5中所示，在辐射场中某检验点空气比释动能率已知的情况下，仪器的校准因子N_I可用下式得到：

$N_I=\frac{\stackrel{\·}{K}}{M_I}---\left(1\right)$

(1)式中N_I为被校仪器的校准因子(无量纲)；M_I为被校仪器的测量值(单位：μGy/h)；为空气比释动能率的约定真值(单位：μGy/h)。选择两处环境γ辐射剂量率连续监测点(放射性废物总排放口监测点和气象站监测点)作为典型现场，对固定式环境γ辐射剂量率仪进行现场校准。根据场地的实际情况将便携式照射装置中的放射源置于距离现场仪表检验点1.5m-3m的范围内，照射装置与现场仪表同高(1.4m)，利用激光对准器将现场仪表的检验点放置在辐射场中的参考点上进行照射，现场校准示意图如图3所示。

为了验证现场校准的可行性，将两处典型现场的固定式仪表拆卸后送往电离辐射一级计量站中的γ射线空气比释动能标准实验室中进行校准，得到实验数据如下表2所示：

表2：校准实验数据

其中，序号1-3号点为放射性废物总排放口放射性环境γ辐射剂量率连续监测点的现场校准数据，序号4-7号点为气象站放射性环境γ辐射剂量率连续监测点的现场校准数据；现场仪表读数已扣除本底辐射剂量率，S300表示照射装置位于现场仪表的南部，放射源到现场仪表参考点距离为300cm，其他类似。

如表2所示，两处固定式环境γ辐射剂量率仪的现场校准因子与实验室得到的校准因子的相对误差在1％以内，说明利用便携式¹³⁷Cs照射装置能够较好的解决固定式环境γ辐射剂量率连续监测仪表的现场校准难题。

这样，实际操作中所述的准直光阑的设计和散射腔的设计降低了参考辐射中的散射辐射和操作人员的职业照射剂量，同时所述散射腔的最优设计也有效地降低了照射装置自身产生的散射辐射；配合使用¹³⁷Cs发射源能够基本覆盖了环境水平剂量率仪的全部量程；而且自身重量仅约38kg，较为轻便容易携带。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种便携式射线照射装置，包括屏蔽体、置于所述屏蔽体内的放射源、所述屏蔽体一侧开设的放射孔、安置于所述放射孔中用于引出放射线的准直器，其特征在于，还包括一散射腔，所述的散射腔设置于所述屏蔽体内，与所述放射孔相连通。

2.如权利要求1所述的便携式射线照射装置，其特征在于，所述的准直器包括至少两片准直光阑，所述的准直光阑排放于所述放射孔中，所述准直光阑之间彼此由一空隙隔开。

3.如权利要求1所述的便携式射线照射装置，其特征在于，所述的照射装置还包括一放射源支架，所述的放射源支架设置在所述屏蔽体上开设的一通孔中，所述通孔与所述散射腔相连通，所述放射源支架可在所述通孔中做上下升降动作。

4.如权利要求3所述的便携式射线照射装置，其特征在于，所述放射源支架下端部连接有一用于放置所述放射源的储源盒，上端部可与所述照射装置上设置的一定位单元相结合，所述定位单元用于锁定所述放射源支架所处位置。

5.如权利要求4所述的便携式射线照射装置，其特征在于，所述的储源盒设置有一后盖，用于开关后盖来更换所述放射源。

6.如权利要求4或5所述的便携式射线照射装置，其特征在于，所述的照射装置还包括一存储源盒室，所述的存储源盒室设置于所述散射腔下方，并与所述散射腔相连通，用于存储所述储源盒。

7.如权利要求2所述的便携式射线照射装置，其特征在于，所述的照射装置还包括一塞子，所述的塞子在所述照射装置非使用状态时插入已装有所述准直器的所述放射孔中。

8.如权利要求7所述的便携式射线照射装置，其特征在于，所述的塞子尾端设置有一用于控制塞子动作的拉环，所述的照射装置外部对应所述拉环位置设置有一锁止单元，所述锁止单元用于非使用状态时对塞子位置的锁定。

9.如权利要求1所述的便携式射线照射装置，其特征在于，所述的散射腔为长方体或圆柱体。

10.如权利要求9所述的便携式射线照射装置，其特征在于，所述的长方体尺寸为20mm×20mm×40mm。