CN108320833A - 一种提高辐照剂量均匀度的辐照装置 - Google Patents

一种提高辐照剂量均匀度的辐照装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高辐照剂量均匀度的辐照装置，包括辐照源，在所述辐照源一侧的辐照场内设有用于盛装样品的箱体，所述箱体上装设有驱动箱体匀速转动的驱动装置，所述箱体内部设有至少一个样品室，所述样品室中的样品位点随驱动装置运动的轨迹为二维闭环状。本发明装置中的箱体在驱动装置的带动下匀速转动，多个样品所受到的辐照吸收剂量的均匀度非常一致，解决了实际辐照过程中多样品辐照剂量不一致的问题，尤其是在低剂量辐照条件下，使得大批量样品得到精确辐照剂量控制成为可能。

Description

一种提高辐照剂量均匀度的辐照装置
技术领域
本发明属于辐照技术领域，尤其涉及一种辐照装置。
背景技术
辐照是借助电离辐射的高能量、强穿透性等特性来消毒灭菌、抑制或促进生长、改变物质性状的一种技术，辐照技术提供的非接触式、冷加工环境为很多易污染、热敏产品提供了新的净化途径，同时也为新材料、新能源的研发提供了新的选择。
食品、药品、农产品的辐照灭菌过程，需要完善的质量控制体系，辐照加工的质量控制，除微生物检测及感官性状考察外，在电离辐射方面主要通过剂量测量来实现。
辐照科研实验中，很多时候需要一致的辐照剂量。对于大批量、多种样品的辐照实验，样品数量越多，要保持所有被照样品吸收剂量一致就越困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种能提高辐照剂量均匀度的辐照装置。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种提高辐照剂量均匀度的辐照装置，包括辐照源，在所述辐照源一侧的辐照场内设有用于盛装样品的箱体，所述箱体上装设有驱动箱体匀速转动的驱动装置，所述箱体内部设有至少一个样品室，所述样品室中的样品位点随驱动装置运动的轨迹为二维闭环状。
上述提高辐照剂量均匀度的辐照装置中，优选的，所述箱体为圆柱体，所述驱动装置通过传动轴驱动所述箱体做匀速圆周转动，所述传动轴位于所述箱体的中心轴上，且所述样品室设置在传动轴的周围并绕传动轴作圆周运动。
上述提高辐照剂量均匀度的辐照装置中，优选的，所述样品室沿所述传动轴的径向被分隔成多个，且被分隔开的每个样品室呈扇形区域布置。
上述提高辐照剂量均匀度的辐照装置中，优选的，所述箱体内部设有多个沿不同高度位置平行布置的托盘，且所述多个托盘相对于过辐照源中心的水平面呈对称布置，所述样品室设于所述托盘及所述箱体的底板上。
上述提高辐照剂量均匀度的辐照装置中，优选的，所述多个托盘的高度位置可调。
上述提高辐照剂量均匀度的辐照装置中，优选的，所述样品室为铁盘，所述托盘及所述箱体的底板上设有用于将所述铁盘固定的永磁体。
上述提高辐照剂量均匀度的辐照装置中，优选的，所述托盘与所述箱体的底板大小相等，且所述圆柱体的底板、顶板及多个所述托盘上设有至少一根用于与所述传动轴共同支撑所述箱体底板、顶板及托盘的支撑钢筋。
上述提高辐照剂量均匀度的辐照装置中，优选的，所述箱体的外壁一分为二成两半圆侧壁，且两半圆侧壁通过固设于所述支撑钢筋上的转轴连接形成用于控制所述箱体内部是否与外界连通的箱门，所述箱门上设有用于紧扣箱门的锁。
上述提高辐照剂量均匀度的辐照装置中，优选的，所述驱动装置包括电机主体、调速组件与传动组件，所述调速组件位于所述电机主体上，所述传动组件与电机主体连接，且所述传动组件通过齿轮传动系统与所述传动轴连接；所述齿轮传动系统包括位于所述传动组件上的小齿轮与位于所述传动轴上的大齿轮，所述大齿轮通过所述小齿轮的驱动而转动。
上述提高辐照剂量均匀度的辐照装置中，优选的，所述辐照装置还包括底座，所述电机主体设于所述底座内，所述传动轴贯穿所述底座的顶部并至所述底座的底部，所述传动组件贯穿所述底座的顶部，所述传动轴与所述底座的底部接触处设有轴承，所述传动轴与传动组件贯穿所述底座顶部形成的圆孔处也设有轴承。
上述提高辐照剂量均匀度的辐照装置中，优选的，所述底座内设于用于加强所述底座承重性能的加强筋。
本发明中，如图1，在辐照场内，假设面对一个在y轴上的单板源，将其简化为一个点源，距离源板L位置的质点接受到的辐照剂量，由点源比释动能公式可得：
其中，A为源活度，Γk为比释动能率常数。
也就是说吸收剂量率：
做匀速圆周运动的物体其吸收剂量率应该为：
假设我们的简化的点源在原点，(x，y)为匀速圆周运动物体的坐标。将坐标系转化为极坐标。那么其在一个时间微分dt内的累计吸收剂量为：
x＝d+R+R+cosθ
y＝R sinθ
假设物体运动的角速度为ω，现在我们求其环绕圆周一圈的吸收剂量，则：
θ＝ωt
即D为常数，对于不可近似为点源的放射源，我们也可以定性的证明其匀速圆周运动的累计吸收剂量为常数：对于任意确定的辐照场，只要辐照场在任意位置的粒子注量率是恒定的，则在其中做匀速圆周运动的物体，其在轨迹上微小时间点上的吸收剂量是恒定不变的，则整个轨道上所有微小时间点上的累积剂量也是一个恒定不变的常数。
另外辐照加工中的不均匀度为
Dmax为实验中样品接受到的最大剂量，Dmin为实验中样品接受到的最小剂量。不均匀度与1的差值越小，说明实验中样品接受的剂量一致性越好。
因此，让多个样品在辐照场内匀速圆周运动，其理论剂量不均匀度将会趋近于1，可以很好的解决其吸收剂量不一致问题。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明装置中的箱体在驱动装置的带动下匀速转动，多个样品所受到的辐照吸收剂量的均匀度非常一致，解决了实际辐照过程中多样品辐照剂量不一致的问题，尤其是在低剂量辐照条件下，使得大批量样品得到精确辐照剂量控制成为可能。
2、本发明装置结构简单、易于操作、制作成本低，且本发明装置稳定性高，可把电离辐射造成装置停止运行的可能性降至最低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的原理示意图。
图2为本发明实施例中箱体的结构示意图。
图3为本发明实施例中传动组件的结构示意图。
图4为本发明实施例中辐照装置的正面结构示意图。
图5为本发明实施例中辐照装置的背面结构示意图。
图6为本发明实施例中辐照装置拆分结构示意图。
图例说明：
1、箱体；2、传动轴；3、样品室；4、托盘；5、支撑钢筋；6、转轴；7、箱门；8、锁；9、电机主体；10、调速组件；11、传动组件；12、小齿轮；13、大齿轮；14、底座；15、轴承；16、加强筋。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例：
本实施例的提高辐照剂量均匀度的辐照装置，包括辐照源，在辐照源一侧的辐照场内设有用于盛装样品的箱体1，箱体1上装设有驱动箱体1匀速转动的驱动装置，箱体1内部设有至少一个样品室3，样品室3中的样品位点随驱动装置运动的轨迹为二维闭环状。
如图2、图6所示，本实施例中，箱体1为圆柱体，驱动装置通过传动轴2(优选的为空心钢管)驱动箱体1做匀速圆周转动，传动轴2位于箱体1的中心轴上，且样品室3设置在传动轴2的周围并绕传动轴2作圆周运动。另外，本实施例中，若样品的运动轨迹不是圆形，只要保证轨迹到水平面上的投影中的每一处与传动轴2的距离均相等也可实现本实施例的目的。上述设置可以保证待辐照样品受到辐照剂量的均匀性，具体分析过程参见原理部分(图1)。
如图2所示，本实施例中，样品室3沿传动轴2的径向被分隔成多个，且被分隔开的每个样品室3呈扇形区域布置。呈扇形区域布置样品室3可保证同一高度层设有多个样品室3，可以满足同一高度层不同辐照剂量的需求。
如图2、图6所示，本实施例中，箱体1内部设有多个沿不同高度位置平行布置的托盘4，且多个托盘4相对于过辐照源中心的水平面呈对称布置，样品室3设于托盘4及箱体1的底板上。沿不同高度位置设置多个托盘4的目的在于提供不同高度层的样品室3，对于某些剂量率随高度改变的辐照场，设置多个托盘4的结构为一次试验中设置辐照剂量梯度提供了可能(箱体1在此剂量场中不同层托盘4中的剂量率不同，是否会产生梯度取决于剂量场的分布情况)。另外，设置多个托盘4可增加放置样品室3的场地，可一次辐照多个样品，可提高辐照效率。
本实施例中，多个托盘4的高度位置可调。对于某些剂量率随高度改变的辐照场，托盘4的高度位置可调可满足样品对不同高度辐照剂量的需求，也可通过微调托盘4的高度以实现辐照剂量的精准调节。
本实施例中，样品室3为铁盘，托盘4及箱体1的底板上设有用于将铁盘固定的永磁体。本实施例中，样品室3为铁盘，托盘4及箱体1的底板上设有用于将铁盘固定的永磁体。各层托盘4嵌有一块永磁体，与铁盘配合使用，铁盘的制作材料为钢，铁盘吸附在永磁体上，在样品较小、重量较轻时可以起到固定样品的作用，用以防止样品在跟随箱体1做匀速圆周运动时滑动。本实施例中，优选的，永磁体使用市面常见的软磁材料构成，软磁材料为磁粉与橡胶；更优选的，永磁体使用单片磁铁，磁铁主要由钢与稀土金属构成。
本实施例中，托盘4与箱体1的底板大小相等，且圆柱体的底板、顶板及多个托盘4上设有至少一根用于与传动轴2共同支撑箱体1底板、顶板及托盘4的支撑钢筋5。支撑钢筋5的作用在于进一步提升箱体1的稳定性，支撑钢筋5优选的垂直设于箱体1底板、顶板及托盘4的外沿。
如图4、图5所示，本实施例中，箱体1的外壁一分为二成两半圆侧壁，且两半圆侧壁通过固设于支撑钢筋5上的转轴6连接形成用于控制箱体1内部是否与外界连通的箱门7，箱门7上设有用于紧扣箱门7的锁8。本实施例中，焊接转轴6的支撑钢筋5应该比其他钢筋承重能力更强，以承载箱门7的重量。设置箱门7可方便取拿与放置样品，锁8可为各种形式，如门闩式或卡扣式。
如图3所示，本实施例中，驱动装置包括电机主体9、调速组件10与传动组件11，调速组件10位于电机主体9上，传动组件11与电机主体9连接，且传动组件11通过齿轮传动系统与传动轴2连接；齿轮传动系统包括位于传动组件11上的小齿轮12与位于传动轴2上的大齿轮13，大齿轮13通过小齿轮12的驱动而转动。电机主体9为市场上可以购买到的可无级调速交流电机或直流电机，调速组件10的作用在于调节电机主体9旋转速度。
如图4、图5所示，本实施例中，辐照装置还包括底座14(优选长方体形)，电机主体9设于底座14内，传动轴2贯穿底座14的顶部并至底座14的底部，传动组件11贯穿底座14的顶部，传动轴2与底座14的底部接触处设有轴承15，传动轴2与传动组件11贯穿底座14顶部形成的圆孔处也设有轴承15。设置轴承15起稳固传动轴2的方向与减小传动轴2、传动组件11与底座14顶部之间的磨损的作用。优选的，轴承15为普通滚珠轴承。
本实施例中，底座14内设于用于加强底座14承重性能的加强筋16。加强筋16可以根据设计承重增加或减少，主要起加强底座14稳定性的作用。
本实施例中，箱体1、传动轴2、托盘4等部件的材质均可为钢。
本实施例中的装置尤其适用于大批量、多样品、小剂量的辐照实验，如用于辐照种子、愈伤组织、活体植物组织器官等不会发生辐射化学反应的样品辐照。
本实施例还提供一种上述辐照装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)将辐照装置置于辐照场内，打开辐照装置的箱体1的箱门7，将辐照样品与剂量计放置于箱体1的托盘4或箱体1的底板上，关闭箱门7；
(2)在一驱动装置的驱动下，控制所述箱体1匀速转动，且转动速度不超过30r/min；
(3)从贮源水井中升起辐照源对辐照装置进行辐照；
(4)辐照完成后，降下辐照源，并关闭驱动装置，取出样品；
(5)读取辐照剂量，分析实验结果。
本实施例的使用方法中，当辐照样品的重量较大时，可直接将其放置于托盘4或箱体1的底板上，当辐照样品的重量较小时，可将其放置于铁盘上，再将铁盘放置于托盘4或箱体1的底板上，铁盘受永磁体的吸力作用，可固定在某一固定位置。
本实施例的使用方法中，每一层托盘4的设计承重建议为5kg至10kg，取决于支撑钢筋5的选取。
本实施例的使用方法中，剂量400Gy以下使用fricke剂量计，400Gy-5kGy之间使用重铬酸银剂量计，5kGy-50kGy之间使用重铬酸钾银剂量计，50kGy以上使用薄膜剂量计，且以上剂量计均使用分光光度计读取剂量。
本实施例的使用方法简单，无需复杂繁琐的操作，可以解决实际操作过程中辐照剂量均匀度差的问题。
本实施例中，箱体1在驱动装置的带动下匀速转动，样品的运动轨迹为圆形，在同一圆周上的多个样品所受到的辐照吸收剂量的均匀度非常一致，解决了实际辐照过程中多样品辐照剂量不一致的问题，尤其是在低剂量辐照条件下，使得大批量样品得到精确辐照剂量控制成为可能。此外，本实施例装置充分考虑到实验样品的差异性，装置内的装载设计保证样品在箱体1内相对位置的确定性。另外，本实施例中的装置的适用范围广，对于辐照场分布不规律的设备，只要其在特定位置的辐照剂量率确定，本实施例中的装置同样可以适用。

Claims (10)

1.一种提高辐照剂量均匀度的辐照装置，其特征在于，包括辐照源，在所述辐照源一侧的辐照场内设有用于盛装样品的箱体(1)，所述箱体(1)上装设有驱动箱体(1)匀速转动的驱动装置，所述箱体(1)内部设有至少一个样品室(3)，所述样品室(3)中的样品位点随驱动装置运动的轨迹为二维闭环状。
2.根据权利要求1所述的提高辐照剂量均匀度的辐照装置，其特征在于，所述箱体(1)为圆柱体，所述驱动装置通过传动轴(2)驱动所述箱体(1)做匀速圆周转动，所述传动轴(2)位于所述箱体(1)的中心轴上，且所述样品室(3)设置在传动轴(2)的周围并绕传动轴(2)作圆周运动。
3.根据权利要求2所述的提高辐照剂量均匀度的辐照装置，其特征在于，所述样品室(3)沿所述传动轴(2)的径向被分隔成多个，且被分隔开的每个样品室(3)呈扇形区域布置。
4.根据权利要求2所述的提高辐照剂量均匀度的辐照装置，其特征在于，所述箱体(1)内部设有多个沿不同高度位置平行布置的托盘(4)，且所述多个托盘(4)相对于过辐照源中心的水平面呈对称布置，所述样品室(3)设于所述托盘(4)及所述箱体(1)的底板上。
5.根据权利要求4所述的提高辐照剂量均匀度的辐照装置，其特征在于，所述多个托盘(4)的高度位置可调。
6.根据权利要求4所述的提高辐照剂量均匀度的辐照装置，其特征在于，所述样品室(3)为铁盘，所述托盘(4)及所述箱体(1)的底板上设有用于将所述铁盘固定的永磁体。
7.根据权利要求4所述的提高辐照剂量均匀度的辐照装置，其特征在于，所述托盘(4)与所述箱体(1)的底板大小相等，且所述圆柱体的底板、顶板及多个所述托盘(4)上设有至少一根用于与所述传动轴(2)共同支撑所述箱体(1)底板、顶板及托盘(4)的支撑钢筋(5)。
8.根据权利要求7所述的提高辐照剂量均匀度的辐照装置，其特征在于，所述箱体(1)的外壁一分为二成两半圆侧壁，且两半圆侧壁通过固设于所述支撑钢筋(5)上的转轴(6)连接形成用于控制所述箱体(1)内部是否与外界连通的箱门(7)，所述箱门(7)上设有用于紧扣箱门(7)的锁(8)。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的提高辐照剂量均匀度的辐照装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机主体(9)、调速组件(10)与传动组件(11)，所述调速组件(10)位于所述电机主体(9)上，所述传动组件(11)与电机主体(9)连接，且所述传动组件(11)通过齿轮传动系统与所述传动轴(2)连接；所述齿轮传动系统包括位于所述传动组件(11)上的小齿轮(12)与位于所述传动轴(2)上的大齿轮(13)，所述大齿轮(13)通过所述小齿轮(12)的驱动而转动。
10.根据权利要求9所述的提高辐照剂量均匀度的辐照装置，其特征在于，所述辐照装置还包括底座(14)，所述电机主体(9)设于所述底座(14)内，所述传动轴(2)贯穿所述底座(14)的顶部并至所述底座(14)的底部，所述传动组件(11)贯穿所述底座(14)的顶部，所述传动轴(2)与所述底座(14)的底部接触处设有轴承(15)，所述传动轴(2)与传动组件(11)贯穿所述底座(14)顶部形成的圆孔处也设有轴承(15)。
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