CN104916341A - 一种放射源储存、气动传送和转移装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于放射源应用领域，具体涉及一种放射源储存、气动传送和转移装置。目前在中子源的使用过程中，储存方式简单，有时需要手动完成中子源的取用和转移，辐射危害风险较大。采用本发明所提供的装置，包括第一罐体，第一罐体内填充屏蔽材料，其中第一罐体中沿纵向分别设有放射源通道和第一气流通道，放射源通道和第一气流通道的底端相互连通，放射源通道和第一气流通道的顶端分别设有配备密封盖的放射源通道接口和第一气管接头，放射源通道接口能够与可拆卸的放射源传送管道组件连接。采用本发明的装置，可以灵活调整储存条件；放射源的取用、存放、在储存装置之间转移的全过程人员不必近距离接触放射源，可远程操作；操作过程简单、快速、安全。

Description

一种放射源储存、气动传送和转移装置

技术领域

本发明属于放射源应用领域，具体涉及一种放射源储存、气动传送和转移装置。

背景技术

放射性同位素中子源具有体积小，结构简单，便于携带的优点，在石油勘探、野外找矿、仪表测量、中子照相、反应堆启动、核燃料检验、辐射育种、中子治疗等工业、农业、医疗和科研领域得到应用。但是，中子是一种贯穿能力很强的致电离辐射，使用中子源的时候必须考虑外照射的防护，减小工作人员受到的剂量。

在非照射性工作期间，中子源必须放置在储存罐内，由储存罐的屏蔽结构提供必要的防护，减少相关人员受到的照射剂量，确保人员安全。我国现行的国家标准《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB18871-2002)规定：工作人员连续五年的年平均的全身有效剂量限值为20mSv·a^-1,任何单独一年的有效剂量限值为50mSv·a^-1。《放射性物质安全运输规程》(GB11806—2004)规定：货包或外包装物的辐射水平限值，任何表面不超过2mSv/h；距货包或外包装物外表面1m处，不超过0.1mSv/h。《压水堆核电厂辐射屏蔽设计准则》(NB/T20194-2012)规定：常规工作区的场所剂量率不得高于0.01mSv，每周工作少于40h；间断工作区的场所剂量率不得高于0.1mSv/h，每周工作少于4h，年均工作量小于10人·时每周。由此可以看出，适合于运输要求的剂量率限值比工作场所要求的剂量率限值要高出很多，所以运输过程中使用的中子源储存罐不一定适合工作现场。

使用中子源进行照射前，要将中子源从储存罐传送到照射目标附近，结束后再反向传送回储存罐。在实际工作中，有多种方式实现中子源的传送。一种是手动方式，将中子源固定于操作手柄的一端，工作人员手持操作手柄的另一端，将中子源从储存罐中传送到照射目标附近，用过之后再用同样的方式将中子源放回储存罐内。这种方式适用于强度较弱的中子源，通过手柄增加中子源与工作人员的距离，减少工作人员受到照射的剂量率。一种是气动方式，将中子源放置在传送管道中，管道一端置于储存罐内，屏蔽中子辐射，另一端置于照射目标附近。使用中子源时，利用压缩空气将中子源从储存罐中打出，沿着管道传送到照射目标附近。使用结束时，再利用压缩空气，将中子源沿着管道反向传送到储存罐中。气动方式实现了远距离操作和远距离传送，更大程度的减少了工作人员的受照剂量率，可用于强度较大的中子源。但是在通常的实践中，储存罐与传输管道是独立分离的。在使用气动传送方式前，需要将中子源装到传送管道内，再将传送管道的一端置于储存罐内，然后将中子源转移到传送管道位于储存罐内的这一端，利用储存罐屏蔽中子射线。通常，这种气动传送方式存在两个较大的缺点：一、传送管道一般都比较细，因此将中子源放到传送管道内是一项精准度要求较高的操作，工作人员必须手持夹具近距离操作，因为现场工作条件的限制，往往缺少屏蔽装置，一般都会因此而承受较大剂量率的照射，持续时间与工作人员的熟练程度和操作的难易程度有关；二、传输管道与储存罐存在意外分离的风险，特别是在同时转移储存罐与传输管道的过程中，一旦因意外因素导致传输管道脱离储存罐，尽管中子源仍然处在传输管道内，但它已经失去屏蔽，可能会对工作人员和相关人员造成意外照射。

另外，由于运输或者其他目的，有时需要将中子源从一个储存罐转移到另一个储存罐。在设备完善的场合，工作人员可以通过精巧的机械手隔着防护装置进行远距离操作，但在硬件条件相对简单的场合，一般都由工作人员通过简单的挟持工具近距离手动操作。显然，在手动操作中，工作人员面对的照射剂量率是很大的，特别是操作强中子源的时候。

发明内容

针对现有技术中所存在问题，本发明的目的是提供一种放射源储存、气动传送和转移装置，可以满足运输和使用现场等不同场所对放射源辐射水平剂量率的不同要求；方便向储存罐装入放射源，解决目前在放射源的取用、存放以及在储存装置之间转移时过多依赖人工手动操作的弊端，减少操作过程中工作人员承受的照射剂量；加强放射源在储存罐内驻留的可靠性。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种放射源储存、气动传送和转移装置，包括第一罐体，所述第一罐体内填充屏蔽材料，其中所述第一罐体中沿纵向分别设有放射源通道和第一气流通道，所述放射源通道和第一气流通道的底端相互连通，放射源通道和第一气流通道的顶端分别设有配备密封盖的放射源通道接口和第一气管接头，所述放射源通道接口能够与可拆卸的放射源传送管道组件连接。

进一步，所述放射源通道为能够顺利通过放射源的曲线形通道。

更进一步，所述放射源通道接口为锥形，所述放射源通道和所述第一气流通道连通部分的通道内设有垫圈，所述垫圈能够通过气体并阻挡所述放射源进入第一气流通道。

进一步，还包括设置在所述第一罐体顶部的第一法兰盘和把手。

进一步，还包括第二罐体，所述第二罐体内设置能够容纳所述第一罐体的空腔，其余部分填充屏蔽材料，顶部设置第二法兰盘、螺纹孔及吊耳，能够通过所述螺纹孔将所述第一罐体的第一法兰盘与所述第二罐体的顶部连接，使第一罐体固定在第二罐体的空腔中。

更进一步，还包括第三罐体，所述第三罐体内设置能够容纳所述第二罐体的空腔，其余部分填充屏蔽材料，顶部设置螺纹孔及吊耳，能够通过所述螺纹孔将所述第二罐体的第二法兰盘与所述第三罐体的顶部连接，使第二罐体固定在第三罐体的空腔中。

进一步，所述放射源传送管道组件包括传送管、分别设置在所述传送管两端的传送接头和照射端套筒，所述传送管、照射端套筒采用外管和内管组成的套筒结构，外管和内管之间的空腔构成第二气流通道；还包括与所述第二气流通道连通的第二气管接头；所述内管用于传送放射源。

进一步，所述照射端套筒不与所述传送管连接的一端设置内置有密封垫片的密封螺帽，所述第二气流通道和所述内管通过所述密封螺帽连通。

进一步，所述照射端套筒不与所述传送管连接的一端设置转移接头，所述转移接头能够固定在准备接收放射源的放射源储存罐的放射源通道接口上。

更进一步，所述传送接头和所述转移接头通过螺帽分别固定在进行放射源转移操作的两个放射源储存罐的放射源通道接口上。

本发明的效果在于：

1.放射源储存罐采用组合式结构，可以根据实际需要灵活调整，以满足不同场所对放射源的辐射剂量率的不同要求或者不同辐射强度放射源的存储、转运和使用。

2.放射源可以从储存罐内通过放射源传送管道组件直接到达照射目标所在位置，并可按照相同路线返回储存罐内。

3.放射源在相同结构的储存罐之间可以实现相互转移。

4.放射源在放射源储存罐中的首次装填只需远距离将放射源放置在放射源储存罐的锥形(漏斗状)放射源通道接口中，即可依靠重力作用使放射源滑入储存罐内，而不必进行近距离的精确操作，降低了操作的难度、减少了放射源首次装填操作时暴露的时间。

5.放射源的取用、存放、在储存罐之间转移的全过程中操作人员不必近距离接触放射源，并可以远程操作，减少操作人员受到的照射剂量。

6.操作过程无需复杂的精密仪器协助，也不必再采用额外的屏蔽措施，工具和步骤简单，放射源在储存罐的出入速度以及在放射源传送管道组件中的转移速度均较快，降低了在取用、存放，以及在储存罐之间转移时放射源的暴露时间。

7.放射源传送管道组件和储存罐的放射源通道接口之间通过螺帽连接，牢固不易脱落，可以避免在对放射源进行取用、存放，以及在储存罐之间转移时放射源从放射源传送管道组件中脱落。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中的第一罐体结构示意图；

图2是本发明具体实施方式中的第二罐体结构示意图；

图3是本发明具体实施方式中的第三罐体结构示意图；

图4是本发明具体实施方式中的安装有密封螺帽的放射源传送管道组件剖视图；

图5是本发明具体实施方式中的转移接头剖视图；

图6是本发明实施例中放射源储存、气动传送和转移装置的工作示意图；

图中：1放射源通道接口，2放射源通道，3放射源，4垫圈，5屏蔽材料，6第一气流通道，7第一法兰盘，8第一气管接头，9吊耳，10空腔，11第二法兰盘，12传送接头，13第二气管接头，14螺帽，15第二气流通道，16照射端套筒，17传送管外管，18传送管内管，19密封螺帽，20转移接头，21传送管，22放射源储存罐，23密封垫片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述，采用中子源作为放射源进行举例说明。

我国现行的同位素中子源的标准有：《镅铍中子源》(GB12714-1991)、《工业用锎-252中子源》(EJ/T1129-2001)、《钚铍中子源》(EJ/T855-2008)。它们规定了相应种类同位素中子源产品的编码方式、技术规格、检验规则、质量保证等，特别是规定了中子源的几何尺寸、结构、活度、额定中子发射率等技术要求。根据上述标准的要求，和目前实际使用中出现的问题，设计了本发明所提供的放射源储存、气动传送和转移装置。

本发明包括三层嵌套的组合式放射源储存罐(包括第三罐体、第二罐体和第一罐体)及附属的放射源传送管道组件。针对特定强度的中子源(或放射源)，设计了第三罐体和第二罐体的结构和尺寸，使其具有足够的屏蔽中子和γ射线的能力，以满足不同场所对放射源的泄漏剂量率的不同要求；根据中子源(或放射源)的几何尺寸，选择传送通道和传送管道的通径和弯曲半径等参数。

如图1所示，放射源储存罐的第一罐体用于收容中子源(或放射源)，第一罐体中沿罐体的纵向设置有两段管子，分别为放射源通道2和第一气流通道6；其中放射源通道2为曲线形管道，作为中子源(或放射源)进出第一罐体的通道和在第一罐体中的储存空间，第一气流通道6用于压缩空气的流通，提供中子源进出的动力。其中，放射源通道2设计为曲线形管道可以避免中子源或放射源发射的中子或γ射线或其他射线沿直线传播时从通道直接泄漏到第一罐体外；放射源通道2的曲率半径足够大，中子源(或放射源)可顺利地在通道中运动。这两段通道(放射源通道2和第一气流通道6)的一端互相连通，两段通道在第一罐体中连接成U型，连通位置可以设置在第一罐体的中下部，两段通道的连通处的管道内部，设置有一个环形的垫圈4，用于减少中子源(或放射源)在取用、存放的过程中的撞击力量。此外，环形垫圈4的孔径较小，允许压缩空气气流通过，但可以阻挡中子源(或放射源)，使其不能从放射源通道2进入第一气流通道6中。放射源通道2以及第一气流通道6不相连通的另一端，分别连接设置在第一罐体顶部的放射源通道接口1和第一气管接头8。其中放射源通道接口1内部为锥形(漏斗状)，外围设有螺纹，放射源通道接口1的孔径与放射源通道2直径一致。首次将中子源(或放射源)装入第一罐体时，可以将中子源(或放射源)置于锥形的放射源通道接口1中(不必精确对准)，中子源(或放射源)即可在重力的作用下从放射源通道接口1沿放射源通道2顺畅地滑入第一罐体，到达放射源通道2的底部，。当放射源通道接口1与放射源传送管道组件的传送接头12连接后，第一气管接头8通入压缩空气，可以使压缩空气经过第一气流通道6将中子源(或放射源)沿放射源通道2从第一罐体中推出，沿放射源传送管道到达目标位置。放射源通道接口1和第一气管接头8均配有密封盖。第一罐体的内部其余空间填充能够屏蔽中子和γ射线的屏蔽材料5。在第一罐体的顶部还设有法兰盘一7和两个用于搬运的把手。第一罐体的尺寸和屏蔽材料5的厚度根据实际存放的中子源(或放射源)的辐射强度和工作环境的要求来确定。放射源通道2的通径和弯曲半径根据中子源(或放射源)的几何尺寸确定。

如图2所示，第二罐体中部设有能够容纳第一罐体的空腔10，其余部分填充屏蔽材料5，第二罐体顶部设置法兰盘二11及吊耳9，并且设有多个螺纹孔，可以通过螺纹孔和第一罐体的法兰盘一7将第一罐体同第二罐体的顶部连接，使第一罐体固定在第二罐体的空腔10中。第二罐体的尺寸和屏蔽材料5的厚度根据实际存放的中子源(或放射源)的辐射强度和工作环境的要求来确定。

如图3所示，第三罐体中部设有能够容纳第二罐体的空腔10，其余部分填充屏蔽材料5，第三罐体顶部设置吊耳9，并且设有多个螺纹孔，可以通过螺纹孔和第二罐体的法兰盘二11将第二罐体同第三罐体的顶部连接，使第二罐体固定在第三罐体的空腔10中。第三罐体的尺寸和屏蔽材料5的厚度根据实际存放的中子源(放射源)的辐射强度和工作环境的要求来确定。

本发明还包括配合放射源储存罐使用、传送中子源(放射源)的放射源传送管道组件，如图4所示。

放射源传送管道组件包括双层套筒结构的传送管21和照射端套筒16，其中传送管21包括传送管外管17和设置在传送管外管17内部的传送管内管18，在传送管21的横截面上传送管外管17和传送管内管18呈同心圆结构，传送管内管18用于传送中子源(或放射源)，传送管外管17和传送管内管18之间的空腔构成的第二气流通道15用于通过压缩空气气流。

在传送管21的一端(后端)安装传送接头12，传送接头12的外形为锥形，能够与放射源储存罐的放射源通道接口1相匹配；传送接头12的内部为直孔状通道，其孔径与传送管内管18直径一致；中子源(或放射源)可以在放射源通道接口1、传送接头12和传送管内管18间顺畅通过。传送接头12上设置有螺帽14，通过该螺帽14和放射源储存罐的放射源通道接口1外围的螺纹，可将传送接头12和放射源通道接口1固定连接。放射源传送管道组件还设有第二气管接头13，第二气管接头13同第二气流通道15相连通，用于压缩空气气流进出第二气流通道15。

在传送管21的另一端(前端)安装照射端套筒16，照射端套筒16为双层套筒结构，在照射端套筒16的横截面上外管和内管呈同心圆结构，分别与传送管21的外管17和内管18连接，照射端套筒16的外管和内管之间的空腔为气流通道，并与传送管21的外管17和内管18之间的气流通道共同构成第二气流通道15。照射端套筒16的内管直径同传送管内管18直径一致，中子源(或放射源)可以在传送管内管18和照射端套筒16的内管之间顺畅通过。照射端套筒16不与传送管21连接的一端，设置外螺纹。

在实际使用中，放射源传送管道组件有两种工作方式：

第一种情况，在使用中子源(或放射源)进行照射工作时，放射源传送管道组件的照射端套筒16一端(不与传送管21连接的一端)连接密封螺帽19，密封螺帽19内部为中央(向传送管21方向)凸起的密封垫片23(密封垫片23即可起到气体的密封作用时可减缓放射源与密封螺帽19的撞击)，密封螺帽19和密封垫片23将放射源传送管道组件一端密封，使得放射源传送管道组件的传送管内管18和第二气流通道15连通，这样从放射源储存罐的第一罐体顶部第一气管接头8通入压缩空气就可以把中子源(或放射源)沿放射源通道2从第一罐体中推出，并沿放射源传送管道组件的传送管内管18推送并停留在照射端套筒16内，或者从传送接头12上的第二气管接头13接入压缩空气，使中子源(或放射源)沿上述路线反向从照射端套筒16被推送回放射源储存罐的第一罐体中。

第二种情况，在将中子源(或放射源)从所在的放射源储存罐转移到另一个相同结构的放射源储存罐的时候，照射端套筒16一端(不与传送管21连接的一端)，拆卸密封垫片23和密封螺帽19后，通过外螺纹安装转移接头20。如图5所示，转移接头20的尾部为内螺纹，可以与照射端套筒16的外螺纹一端固定连接。转移接头20的头部外形为锥形，能够与准备接收中子源(或放射源)的放射源储存罐的放射源通道接口1相匹配；转移接头20的内部为直孔状通道，其孔径与传送管内管18直径一致；中子源(或放射源)可以在转移接头20、传送管内管18和放射源通道接口1间顺畅通过。转移接头20上设置有螺帽14，通过该螺帽14和放射源储存罐的放射源通道接口1外围的螺纹，可将转移接头20和放射源通道接口1固定连接。当安装了转移接头20的放射源传送管道组件的两端分别同两个放射源储存罐连接好后，在中子源(或放射源)所在的储存罐的第一气管接头8通入压缩空气，便可以将中子源(或放射源)沿放射源通道2从第一罐体中推出，并沿放射源传送管道组件的传送管内管18推送到另一放射源储存罐中。

最后，举例说明本发明所提供的一种放射源储存、气动传送和转移装置的具体应用。

放射源传送管道组件作为放射源储存罐的附属部件用于传送和转移中子源(或放射源)，可方便拆卸，在运输中子源(或放射源)的过程中，可以拆下放射源传送管道组件，只运输第二罐体和第一罐体，这样既可以减轻运输重量，又能满足运输过程的剂量率要求。此时，中子源(或放射源)位于第一罐体放射源通道2的底端，可向放射源通道2再插入一根软的聚乙烯棒(直径略小于放射源通道2的内径，长度略短于放射源通道2的长度)，使其压住中子源(或放射源)，然后在放射源通道接口1的上方加上密封盖。这样中子源(或放射源)就被限制在放射源储存罐的底部，即使放射源储存罐因为意外因素发生倾倒，中子源(或放射源)也不会因为自然力的作用而脱出储存罐丧失屏蔽。可以在第一气管接头上加盖密封盖,避免异物进入气管。为了增加运输过程的保险性，可在第二罐体上方加盖带锁的盖子，罩住第一罐体。锁的钥匙由专人保管，非经授权不得操作中子源(或放射源)。

如图6所示，在现场使用中子源(或放射源)时，可将第二罐体和第一罐体作为整体放入第三罐体内，并通过螺栓和法兰固定在一起，以进一步降低中子和γ射线的泄漏剂量率；再将放射源传送管道组件连接到第一罐体上的放射源通道接口1，放射源传送管道组件的后端通过螺帽14与第一罐体的放射源通道2相连，前端的照射端套筒安装密封螺帽19。放射源传送管道组件的套筒式结构使得放射源传送管道组件的前端照射端可以方便的移动并固定于照射目标附近。在第一气管接头8和第二气管接头13连接压缩空气输出管(图6中未标出)，即可实现中子源(或放射源)在放射源储存罐22和照射目标之间的往复传送(每次推送过程中只有一个气管接头进入压缩空气)。

当需要将中子源(或放射源)从一个储存罐转移到另一个储存罐时，可拆卸放射源传送管道组件前端的照射端套筒16安装的密封螺帽19，换上转移接头20(通过照射端套筒16的外螺纹与转移接头20尾部后端的内螺纹相接)；转移接头20的头部前端螺帽14再与另一个具有相同结构的放射源储存罐的放射源通道接口1相连。通过中子源(或放射源)所在储存罐的第一气管接头8接入压缩空气即可将中子源(或放射源)沿放射源传送管道组件从一个储存罐转移到另一个储存罐。

在目前常见的气动传送方式中，工作人员需手持夹具近距离精准地将中子源(或放射源)装入细通径的传送管。与此操作相比，本发明第一罐体顶部的放射源通道接口1内部为锥形(漏斗状)，将中子源装入第一罐体变得简单容易。即使不具备机械手，也可以使用更长的夹具，加大工作人员与中子源(或放射源)之间的距离，不必精确对准，只须将中子源投入放射源通道接口1，然后中子源(或放射源)即可在重力的作用下从放射源通道接口1沿放射源通道2顺畅地滑入第一罐体，到达放射源通道2的底部。中子源(或放射源)的首次装源操作难度大大降低，工作人员也可以减少装源过程中受到的照射剂量。

如果使用本发明，在对中子源(或放射源)的操作过程中，所有步骤(包括中子源(或放射源)的首次装入第一罐体)，均无需人工手动接触中子源(或放射源)，并且可以远程控制，操作过程快速简便可靠。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (10)

1.一种放射源储存、气动传送和转移装置，包括第一罐体，所述第一罐体内填充屏蔽材料(5)，其特征是：所述第一罐体中沿纵向分别设有放射源通道(2)和第一气流通道(6)，所述放射源通道(2)和第一气流通道(6)的底端相互连通，放射源通道(2)和第一气流通道(6)的顶端分别设有配备密封盖的放射源通道接口(1)和第一气管接头(8)，所述放射源通道接口(1)能够与可拆卸的放射源传送管道组件连接。

2.如权利要求1所述的放射源储存、气动传送和转移装置，其特征是：所述放射源通道(2)为能够顺利通过放射源(3)的曲线形通道。

3.如权利要求1所述的放射源储存、气动传送和转移装置，其特征是：所述放射源通道接口(1)为锥形，所述放射源通道(2)和所述第一气流通道(6)连通部分的通道内设有垫圈(4)，所述垫圈(4)能够通过气体并阻挡所述放射源(3)进入第一气流通道(6)。

4.如权利要求1所述的放射源储存、气动传送和转移装置，其特征是：还包括设置在所述第一罐体顶部的第一法兰盘(7)和把手。

5.如权利要求4所述的放射源储存、气动传送和转移装置，其特征是：还包括第二罐体，所述第二罐体内设置能够容纳所述第一罐体的空腔(10)，其余部分填充屏蔽材料(5)，顶部设置第二法兰盘(11)、螺纹孔及吊耳(9)，能够通过所述螺纹孔将所述第一罐体的第一法兰盘(7)与所述第二罐体的顶部连接，使第一罐体固定在第二罐体的空腔(10)中。

6.如权利要求5所述的放射源储存、气动传送和转移装置，其特征是：还包括第三罐体，所述第三罐体内设置能够容纳所述第二罐体的空腔(10)，其余部分填充屏蔽材料(5)，顶部设置螺纹孔及吊耳(9)，能够通过所述螺纹孔将所述第二罐体的第二法兰盘(11)与所述第三罐体的顶部连接，使第二罐体固定在第三罐体的空腔(10)中。

7.如权利要求1所述的一种放射源储存、气动传送和转移装置，其特征是：所述放射源传送管道组件包括传送管(21)、分别设置在所述传送管(21)两端的传送接头(12)和照射端套筒(16)，所述传送管(21)、照射端套筒(16)采用外管和内管组成的套筒结构，外管和内管之间的空腔构成第二气流通道(15)；还包括与所述第二气流通道(15)连通的第二气管接头(13)；所述内管用于传送放射源(3)。

8.如权利要求7所述的放射源储存、气动传送和转移装置，其特征是：所述照射端套筒(16)不与所述传送管(21)连接的一端设置内置有密封垫片(23)的密封螺帽(19)，所述第二气流通道(15)和所述内管通过所述密封螺帽(19)连通。

9.如权利要求7所述的放射源储存、气动传送和转移装置，其特征是：所述照射端套筒(16)不与所述传送管(21)连接的一端设置转移接头(20)，所述转移接头(20)能够固定在准备接收放射源(3)的放射源储存罐的放射源通道接口(1)上。

10.如权利要求7或9所述的放射源储存、气动传送和转移装置，其特征是：所述传送接头(12)和所述转移接头(20)通过螺帽(14)分别固定在进行放射源转移操作的两个放射源储存罐的放射源通道接口(1)上。