CN112121188A - 一种使用γ射线的土壤消毒方法及其附属装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用γ射线的土壤消毒方法，包括S01、第一预处理步骤；S02、第二预处理步骤；S1、土壤的辐照处理步骤；S3、土壤装载装置厚度调节步骤；所述第一预处理步骤S01中对待消毒土壤进行犁翻分离处理，所述第二预处理步骤S02中将待消毒的土壤进行干燥处理，所述土壤辐照处理步骤S1中使得土壤装载装置进行相对于γ射线的辐照源进行水平翻转，所述土壤装载装置厚度调节步骤S3中通过土壤装载装置上装载的剂量计或者剂量计组反馈的实际辐照数据来调整土壤消毒装置的厚度。主要克服了由于土壤密度较大，对射线屏蔽能力较高导致的土壤消毒过程中的照射不均匀度的问题。还公开了一种应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用γ射线的土壤消毒方法及其附属装置，主要应用于土壤消毒技术领域。
背景技术
土壤中各种病原生物众多，真菌，细菌、杂草啮齿动物等生物的存在对农作物的产量和农产品质量构成了严重的威胁。某些引起严重的作物、果树疾病的病原，如引起柑橘黄龙病的革兰氏阴性细菌，大量分布于染病植株的土壤中，如不进行彻底的土壤消毒，则无法再种植同类果树。主流的土壤消毒方法为化学熏蒸法，如使用氯化苦、溴甲烷、异硫氰酸烯丙酯等，这些化学试剂存在药物残留的问题。另外，熏蒸的操作手法和试剂剂量对消毒效果的影响较大。某些无菌栽培实验在药物残留的情况下几乎无法进行。现在有一些物理消毒的方案，如太阳能消毒，其消毒效果不佳；蒸汽消毒，85℃以上蒸汽会产生对作物有害的物质，温度过低则消毒效果不佳。部分新型土壤消毒手段，如CN103814882A在内的微波消毒方案，由于直接在农场等作物种植场所实施，需要进行额外的防护防止对人造成伤害。γ射线消毒具有非接触，无残留，高效彻底等特点，且γ射线对被处理材料加热效应可以忽略，不会分解材料中的热敏成分，是新兴的绿色非热消毒手段。
发明内容
本发明提供了一种使用γ射线的土壤消毒方法，该方法为农作物病虫害防治及科研实验提供一种无残留、消毒彻底的土壤处理技术，可以批量处理土壤，费用经济且可行性较高。主要克服了由于土壤密度较大，对射线屏蔽能力较高导致的土壤消毒过程中的照射不均匀度的问题。
本发明提供的一种电离辐射的土壤消毒方法的技术方案如下：
本发明公开了一种使用γ射线的土壤消毒方法，包括S01、第一预处理步骤；S02、第二预处理步骤；S1、土壤的辐照处理步骤；S3、土壤装载装置厚度调节步骤；所述第一预处理步骤S01中对待消毒土壤进行犁翻分离处理，所述第二预处理步骤S02中将待消毒的土壤进行干燥处理，所述土壤辐照处理步骤S1中使得土壤装载装置进行相对于γ射线的辐照源进行水平翻转，所述土壤装载装置厚度调节步骤S3中通过土壤装载装置上装载的剂量计或者剂量计组反馈的实际辐照数据来调整土壤消毒装置的厚度。
上述技术方案能够通过步骤S1对受辐照土壤相对于辐照源的水平翻转来改善γ射线土壤消毒过程中的照射不均匀度，并且通过步骤S3反馈调节步骤来进一步保证各部分土壤辐照剂量满足要求情况下尽可能多处理单次辐照土壤装载量，通过添加的第一预处理步骤S01犁翻分离土壤深度，确保有害物质或微生物彻底被带走。通过添加第二预处理步骤S02干燥降低水分含量改善衰减指数并进一步降低有害微生物等的活性。辐照剂量不均匀度越大，受照物不同部分的消毒效果差异也就越大，为了抹平这样的不均匀度所付出的措施也越多，辐照的经济性也会越差。对于植物疫区土壤、科研土壤的消毒应用，如果因为剂量不均匀度太大导致消毒不彻底，由于土壤不是标准化产品，无法将未彻底消毒土壤返工，且其后果要作物种下或培养一段时间后才会显现，会导致不可挽回的损失。故控制辐照剂量不均匀度在辐照消毒过程中至关重要。土壤的辐照消毒处理在由辐照装置运输线拖动吊具进行，理想情况下射线水平方向相互平行，不存在竖直方向剂量不均匀度，实际情况下货箱上下两端射线强度要低于中间，传送系统通过上下两个货箱互换位置改善竖直方向剂量不均匀度，竖直方向不均匀度改善虽然属于消毒流程一部分，但不在本发明讨论范围。水平方向不均匀度由射线穿透能力确定，通过步骤S1将货箱水平翻转可以有效改善水平方向不均匀度。调节厚度到此临界厚度解决的是整体的辐照不均匀度和单次照射土壤的量之间矛盾的技术问题，在保证整体的辐照不均匀度趋近于较优值的情况下尽可能提升单次辐照的装载量。
进一步的，所述土壤辐照处理步骤中使用γ射线照射源对土壤进行辐照的辐照剂量范围为5kGy-20kGy，所述土壤辐照处理步骤中土壤装载装置相对于辐照源水平翻转为进行至少一次180度的水平翻转。满足土壤消毒的常规需求的辐照最小剂量范围为5kGy-7kGy即可，对于更严格的土壤微生物要求，可以将土壤中最小剂量增加到10kGy。在合适辐射量情况下，降低水平翻转的圈数有利于提高效率，所以在典型的翻转速度下，最低可以采用只翻转一次的较优实施方式。
进一步的，所述土壤装载装置厚度调节步骤根据以下要素进行确定：所要求达到的灭菌效果情况、不均匀度要求情况、土壤装载装置上所设置的各剂量计组根据实际辐照情况测定的剂量值进行确定。调节厚度到此临界厚度解决的是整体的辐照不均匀度和单次照射土壤的量之间矛盾的技术问题，临界厚度为保证达到灭菌效果以及不均匀度要求的情况下土壤装载装置单次所能够装载的最大土壤容量厚度，由于批次土壤间的理化特性的差异以及辐照强度、照射时间的差异，那么需要根据实际测定的反馈的剂量值进行确定为准，以此来保证达到灭菌效果要求以及不均匀度要求情况下的单次最大装载容量。
进一步的，所述土壤装载装置厚度调节步骤S3中采用的剂量计组为两组分别为设置在土壤装置移动隔板上的第一剂量组和设置在土壤装载装置外护上的第二剂量组，所述第一剂量计组、第二剂量计组中剂量计的数量均为至少9个，均匀分布在土壤装置的移动隔板上或者外护板上。此为剂量计组的较优分布方式，确保单个剂量计无法对不均匀度进行测量，以及以相对较少的剂量计保证尽可能充分的收集剂量反馈信息。
进一步的，所述第一预处理步骤中包括对于农场、田地等大规模种植区域，使用大型耕地机械翻松土壤，犁翻深度不少于30cm；对于手工或者使用小型犁翻机械，犁翻深度不小于12cm翻松深度。翻松的土壤有利于改善土壤辐照的理化特性，有利于后续对土壤进行烘干处理以及土壤衰减特性指标的改善，同时确保有害物质或微生物彻底被带走。
进一步的，所述第二预处理步骤中包括使用工业风扇在四周向土壤鼓风的步骤以及对土壤进行烘干的步骤，所述对土壤进行烘干的步骤为使用带电热丝的鼓风机干燥，在气温25℃晴天情况下至少烘干24小时，或者所述对土壤进行烘干的步骤为对于小范围的土壤使用烘箱在70℃以下温度烘干，在进行烘干时，土壤用塑料袋或烘干时所用编织袋包裹。进行烘干处理降低水分含量改善衰减指数并进一步降低有害微生物等的活性。
进一步的，还包括S03、土壤装载步骤、S2、土壤卸载步骤，所述土壤装载步骤S03为将待消毒土壤装入装载装置后置入辐照处理区域，所述土壤卸载步骤S2为将已辐照处理的土壤装载装置从辐照区移至卸载区卸载已消毒的土壤，在进行大规模土壤消毒处理时，采用流水线循环传送多个土壤装载装置自动进行步骤S03、S1、S2，其中某个土壤装载装置进行S1步骤时，对土壤装载装置循环队列中该土壤装载装置的前一个土壤装载装置进行S2步骤操作，对土壤装载装置循环队列中该土壤装载装置的后续的一个或者多个土壤装载装置进行S03步骤操作，上述S1步骤、S2步骤、S03步骤均由中央控制器进行自动化协同控制。此改进技术方案旨在增加流水线系统，比如采用环形循环传送带式的自动化流水线代替人工来对上述步骤进行自动化的运转以达到提高效率规模化的土壤消毒处理，减少人工依赖等目的。
进一步的，其S03、S1、S2步骤的土壤装载装置的定位检测采用的是驱动电机对流水线的行进距离控制的初步定位加上S03、S1、S2步骤中设置的检测器对于土壤装载装置特定位置上设置的二维码进行检测的二次定位进行，定位确认后的信息传输至中央控制器后，中央控制器进行如下操作包括，对S1步骤中启动辐照装置进行土壤消毒，对S03步骤中提示人工进行土壤装载或者控制土壤装载斗阀门开启对土壤装载装置进行装载，对S2步骤中提示人工进行土壤卸载或者控制抓取部件对处于特定位置的土壤装载装置进行抓取配合进行土壤卸载，上述三个步骤完成后由人工确认或者自动化检测确认后由中央控制器进行新一轮的流水线操作重复上述运作过程。
进一步的，所述S03步骤中采用自动化卸载，所述自动化卸载的方式为箱体的外护板上安装有至少一个卸载抓取凹槽，所述卸载抓取凹槽中设置有卸载卡口，所述卸载抓取凹槽在接收中央控制器指令后配合流水线中机械手或者抓取装置进行的自动化土壤卸载，所述S1步骤中采用自动化匹配辐照启动，所述自动化匹配辐照运转的方式为所述箱体底部设置有旋转轴接入凹槽，所述旋转轴接入凹槽中包括至少一个转动卡槽，所述旋转轴接入凹槽在土壤装载装置进入到辐照处理区域时接收中央控制器指令后对接辐照处理区域的旋转轴后进行启动以及停止。由于伺服电机等惯性驱动原因其控制流水线的距离存在较大的误差会导致装载步骤和卸载步骤中自动化的装载卸载配合不上以及辐照步骤中旋转部件对土壤装载装置的配合出现误差导致配合自动化受阻，因此采用对设置在土壤装载装置的特定位置的二维码进行检测来进行进一步的反馈定位校准将误差降低到毫米级别从而避免上述可能出现的导致流水线运作受阻的问题，其中二维码的设置的典型位置可以设置在底座中心位置也可以设置在侧板的中心位置，二维码的设置位置误差不超过5mm，尽可能控制在1mm以内，二维码检测定位技术目前在AGV导航物流中已有大量运用，但是本技术方案的主要改进点不在于二维码定位技术上，不应以此来限定本发明的保护范围，所述的人工确认具体的操作方式可以为人工检测确认步骤完成后点击控制按钮反馈至中央控制器控制进行下一步的操作，所述的自动化检测确认具体的操作方式可以为S1步骤中辐照时间到便反馈给中央控制器S1步骤完成，S03步骤中土壤装载装置装载一定量后便反馈给中央控制器S03步骤完成，S2步骤中控制抓取部件垂直翻转土壤装载装置步骤完成后反馈给中央控制器S2步骤完成，采用自动化的处理方式能够尽可能的提高效率进行规模化的处理，降低人工依赖以及避免对于操作人员可能产生的辐照伤害问题。
本发明还公开了一种应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置，包括箱体，所述箱体包括底板以及安装在底板上的外护板，其特征在于，还包括使得该土壤消毒装置可以相对于辐照源水平翻转的旋转部件，还包括用于改变土壤装载厚度的可变体积装置，所述可变体积装置包括移动隔板，以及用于调整并固定所述移动隔板位置的隔板位置调节装置，所述隔板位置调节装置包括安装在箱体上的滑轨，滑轨上设置的安装在所述移动隔板上的滑轮以及移动隔板上安装的锁止阀门，所述移动隔板上以及箱体靠近辐照源一侧的外护板上还分别安装有第一辐照剂量计组以及第二辐照剂量计组，所述锁止阀门包括锁止阀门底座、安装在所述锁止阀门底座上的锁止阀门底座安装柱以及锁止阀门锁紧块，所述锁止阀门锁紧块与所述锁止阀门底座安装柱可通过螺纹紧固连接，所述锁止阀门底座安装在移动隔板上，
所述箱体的外护板上安装有至少一个卸载抓取凹槽，所述卸载抓取凹槽中设置有卸载卡口，所述卸载抓取凹槽在进行已消毒土壤卸载步骤时配合流水线中机械手或者抓取装置进行的自动化土壤卸载。所述箱体底部设置有旋转轴接入凹槽，所述旋转轴接入凹槽中包括至少一个转动卡槽，所述旋转轴接入凹槽在土壤装载装置进入到辐照处理区域时对接辐照处理区域的旋转轴，所述旋转部件包括以下装置中的任意一种或者几种的组合：
(1)、安装于所述土壤消毒装置底部的旋转轴以及带动旋转轴旋转的电机装置；
(2)安装于箱体外护板上的撞杆，以及推动或者拉动撞杆的施力部件；
(3)可放置或者可安装所述箱体的的旋转托盘。
上述技术方案为土壤装载装置的具体实施方案，具备结构简洁，安装可靠，辐照厚度调节方便，维护成本低等优点，为本发明记载的土壤消毒方法的实现，以及自动化流线操作的实现提供了有效的支撑。
包括S01、第一预处理步骤；S02、第二预处理步骤；S03、土壤装载步骤；S1、土壤辐照处理步骤；S2、土壤卸载步骤，S3、反馈调节步骤；
所述第一预处理步骤中将待消毒的土壤进行翻松处理，所述第二预处理步骤中将待消毒的土壤进行烘干处理，所述土壤装载步骤中将待消毒土壤装入装载装置后置入辐照处理区域，所述土壤辐照处理步骤中使用γ射线照射源对待消毒土壤进行辐照消毒处理，同时所述土壤辐照处理步骤中使得土壤装载装置进行相对于辐照源的水平翻转，所述土壤卸载步骤为将已辐照处理的土壤装载装置从辐照区移至卸载区卸载已消毒的土壤，所述反馈调节步骤通过土壤装载装置上装载的剂量计或者剂量计组反馈的实际辐照数据来调整土壤消毒装置的厚度值趋近于临界厚度，在第一次处理时进行了S3步骤后，再重复步骤S01、S02、S03、S1、S2即对土壤辐照消毒进行批量处理。
上述技术方案能够通过步骤S1对受辐照土壤相对于辐照源的水平翻转来改善γ射线土壤消毒过程中的照射不均匀度，并且通过步骤S3反馈调节步骤来进一步保证各部分土壤辐照剂量满足要求情况下尽可能多处理单次辐照土壤装载量，通过添加的第一预处理步骤S01、第二预处理步骤S02来改善土壤的辐照特性比如翻松、干燥降低水分含量改善衰减指数，同时循环步骤S01、S02、S03、S1、S2来对土壤进行规模化批量化的消毒处理。辐照剂量不均匀度越大，受照物不同部分的消毒效果差异也就越大，为了抹平这样的不均匀度所付出的措施也越多，辐照的经济性也会越差。对于植物疫区土壤、科研土壤的消毒应用，如果因为剂量不均匀度太大导致消毒不彻底，由于土壤不是标准化产品，无法将未彻底消毒土壤返工，且其后果要作物种下或培养一段时间后才会显现，会导致不可挽回的损失。故控制辐照剂量不均匀度在辐照消毒过程中至关重要。土壤的辐照消毒处理在由辐照装置运输线拖动吊具进行，理想情况下射线水平方向相互平行，不存在竖直方向剂量不均匀度，实际情况下货箱上下两端射线强度要低于中间，传送系统通过上下两个货箱互换位置改善竖直方向剂量不均匀度，竖直方向不均匀度改善虽然属于消毒流程一部分，但不在本发明讨论范围。水平方向不均匀度由射线穿透能力确定，将货箱水平翻面180°可以有效改善水平方向不均匀度。调节厚度到此临界厚度解决的是整体的辐照不均匀度和单次照射土壤的量之间矛盾的技术问题，在保证整体的辐照不均匀度趋近于较优值的情况下尽可能提升单次辐照的装载量。
进一步的，所述土壤辐照处理步骤中使用γ射线照射源对土壤进行辐照的辐照剂量范围为5kGy-20kGy，所述土壤辐照处理步骤中土壤装载装置相对于辐照源水平翻转的角速度范围为0.01rad/s-0.3rad/s之间，水平翻转的圈数为1-3圈。满足土壤消毒的常规需求的辐照最小剂量范围为5kGy-7kGy即可，对于更严格的土壤微生物要求，可以将土壤中最小剂量增加到10kGy。
进一步的，所述临界厚度根据以下要素进行确定：所要求达到的灭菌效果情况、不均匀度要求情况、土壤装载装置上所设置的各剂量计组根据实际辐照测定的剂量值进行确定。调节厚度到此临界厚度解决的是整体的辐照不均匀度和单次照射土壤的量之间矛盾的技术问题，临界厚度为保证达到灭菌效果以及不均匀度要求的情况下土壤装载装置单次所能够装载的最大土壤容量厚度，由于批次土壤间的理化特性的差异以及辐照强度、照射时间的差异，那么需要根据实际测定的反馈的剂量值进行确定为准，以此来保证达到灭菌效果要求以及不均匀度要求情况下的单次最大装载容量。
进一步的，所述第一预处理步骤中包括对于农场、田地等大规模种植区域，使用大型耕地机械翻松土壤，犁翻深度不少于30cm；对于手工或者使用小型犁翻机械，犁翻深度不小于12cm翻松深度。翻松的土壤有利于改善土壤辐照的理化特性，有利于后续对土壤进行烘干处理以及土壤衰减特性指标的改善。
进一步的，所述第二预处理步骤中包括使用工业风扇在四周向土壤鼓风的步骤以及对土壤进行烘干的步骤，所述对土壤进行烘干的步骤为使用带电热丝的鼓风机干燥，在气温25℃晴天情况下至少烘干24小时，或者所述对土壤进行烘干的步骤为对于小范围的土壤使用烘箱在70℃以下温度烘干，在进行烘干时，土壤用塑料袋或烘干时所用编织袋包裹。进行烘干处理有利于改善土壤的辐照特性，减少辐照传输的衰减程度，从而改善整体的辐照不均匀度，有利于同等灭菌要求以及辐照不均匀度要求下尽可能的增加临界厚度来提高单次辐照处理的量。
进一步的，在重复步骤S01、S02、S03、S1、S2进行批量处理时，采用流水线循环传送多个土壤装载装置自动进行步骤S03、S1、S2，其中某个土壤装载装置进行S1步骤时，对土壤装载装置循环队列中该土壤装载装置的前一个土壤装载装置进行S2步骤操作，对土壤装载装置循环队列中该土壤装载装置的后续的一个或者多个土壤装载装置进行S03步骤操作，上述S1步骤、S2步骤、S03步骤均由中央控制器进行自动化协同控制。此改进技术方案旨在增加流水线系统，比如采用环形循环传送带式的自动化流水线代替人工来对上述步骤进行自动化的运转以达到提高效率规模化的土壤消毒处理，减少人工依赖等目的。
进一步的，其S03、S1、S2步骤的土壤装载装置的定位检测采用的是驱动电机对流水线的行进距离控制的初步定位加上S03、S1、S2步骤中设置的检测器对于土壤装载装置特定位置上设置的二维码进行检测的二次定位进行，定位确认后的信息传输至中央控制器后，中央控制器进行如下操作包括，对S1步骤中启动辐照装置进行土壤消毒，对S03步骤中提示人工进行土壤装载或者控制土壤装载斗阀门开启对土壤装载装置进行装载，对S2步骤中提示人工进行土壤卸载或者控制抓取部件对处于特定位置的土壤装载装置进行抓取配合进行土壤卸载，上述三个步骤完成后由人工确认或者自动化检测确认后由中央控制器进行新一轮的流水线操作重复上述运作过程。由于伺服电机等惯性驱动原因其控制流水线的距离存在较大的误差会导致装载步骤和卸载步骤中自动化的装载卸载配合不上以及辐照步骤中旋转部件对土壤装载装置的配合出现误差导致配合自动化受阻，因此采用对设置在土壤装载装置的特定位置的二维码进行检测来进行进一步的反馈定位校准将误差降低到毫米级别从而避免上述可能出现的导致流水线运作受阻的问题，其中二维码的设置的典型位置可以设置在底座中心位置也可以设置在侧板的中心位置，二维码的设置位置误差不超过5mm，尽可能控制在1mm以内，二维码检测定位技术目前在AGV导航物流中已有大量运用，但是本技术方案的主要改进点不在于二维码定位技术上，不应以此来限定本发明的保护范围，所述的人工确认具体的操作方式可以为人工检测确认步骤完成后点击控制按钮反馈至中央控制器控制进行下一步的操作，所述的自动化检测确认具体的操作方式可以为S1步骤中辐照时间到便反馈给中央控制器S1步骤完成，S03步骤中土壤装载装置装载一定量后便反馈给中央控制器S03步骤完成，S2步骤中控制抓取部件垂直翻转土壤装载装置步骤完成后反馈给中央控制器S2步骤完成，采用自动化的处理方式能够尽可能的提高效率进行规模化的处理，降低人工依赖以及避免对于操作人员可能产生的辐照伤害问题。
本发明还提供了的一种电离辐射的土壤消毒装置的技术方案如下：包括箱体，所述箱体包括底板以及安装在底板上的外护板，其特征在于，还包括使得该土壤消毒装置可以相对于辐照源水平翻转的旋转部件，还包括用于改变土壤装载厚度的可变体积装置，所述可变体积装置包括移动隔板，以及用于调整并固定所述移动隔板位置的隔板位置调节装置，所述隔板位置调节装置包括安装在箱体上的滑轨，滑轨上设置的安装在所述移动隔板上的滑轮以及移动隔板上安装的锁止阀门，所述移动隔板上以及箱体靠近辐照源一侧的外护板上还分别安装有第一辐照剂量计组以及第二辐照剂量计组，
所述旋转部件包括以下装置中的任意一种或者几种的组合：
(1)、安装于所述土壤消毒装置底部的旋转轴以及带动旋转轴旋转的电机装置；
(2)安装于箱体外护板上的撞杆，以及推动或者拉动撞杆的施力部件；
(3)可放置或者可拆卸安装述箱体的的旋转托盘。
由于土壤密度较大，对射线屏蔽能力较高导致的土壤消毒过程中的照射不均匀度的问题，对于植物疫区土壤、科研土壤的消毒应用，如果因为剂量不均匀度太大导致消毒不彻底，由于土壤不是标准化产品，无法将未彻底消毒土壤返工，且其后果要作物种下或培养一段时间后才会显现，会导致不可挽回的损失。水平方向不均匀度由射线穿透能力确定，通过添加旋转部件来对将货箱水平翻面180°可以有效改善水平方向不均匀度。由于辐照源较为贵重通常为单侧固定旋转并不方便，所以通常不对辐照源进行旋转。但是采用相对土壤消毒装置的旋转辐照源亦可以实现本发明的目的，不应以此来限定本发明的保护范围。通过剂量刻度计来计量实际的照射情况，然后计算出合理的厚度，然后通过土壤消毒装置中的可变体积装置来改变土壤的厚度以此来进一步改善水平方向照射的不均匀度。所述移动隔板可以通过与滑轨相匹配的凹槽安装于滑轨上，改变土壤消毒装置厚度就只需要移动所述移动隔板至临界厚度位置，然后拧紧锁止阀门即可。
进一步，所述锁止阀门包括锁止阀门底座、安装在所述锁止阀门底座上的锁止阀门底座安装柱以及锁止阀门锁紧块，所述锁止阀门锁紧块与所述锁止阀门底座安装柱可通过螺纹紧固连接，所述锁止阀门底座安装在移动隔板上。此为锁止阀门的具体的一种实施方式，紧凑可靠，安装方便。
进一步的，所述箱体的外护板上安装有至少一个卸载抓取凹槽，所述卸载抓取凹槽中设置有卸载卡口，所述卸载抓取凹槽在进行已消毒土壤卸载步骤时配合流水线中机械手或者抓取装置进行的自动化土壤卸载。所述箱体底部设置有旋转轴接入凹槽，所述旋转轴接入凹槽中包括至少一个转动卡槽，所述旋转轴接入凹槽在土壤装载装置进入到辐照处理区域时对接辐照处理区域的旋转轴。上述进一步的方案，使得土壤装载装置能够方便得配合流水线上的旋转托盘进行旋转以及配合抓取装置进行土壤的卸载，方便进行土壤消毒处理的规模化运作。
附图说明
图1所示为本发明所述的应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例1的箱体部分示意图；
图2所示为本发明应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例1的旋转部件剖面示意图；
图3所示为本发明应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例2的示意图；
图4所示为本发明应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例1的锁止阀门紧固状态示意图；
图5所示为本发明应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例1的锁止阀门松开状态示意图；
图6所示为辐照剂量率在箱体中随水平位置的变化曲线；
图7所示为流水线用的应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例3的正视剖面图；
图8所示为流水线用的应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例3的仰视图；
图9所示为土壤装载装置相对于辐照源水平翻转的示意图；
图10所示为本发明应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例1的装配前透视图；
图11所示为本发明应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例1的装配后透视图。
1-外护板2-移动隔板3-滑轨5-锁止阀门51-锁止阀门锁紧块52-锁止阀门底座53-锁止阀门底座安装柱6-滑轮7-底板81-第一辐照剂量计组82-第二辐照剂量计组11-旋转轴12-电机13-标准装载箱体14-小型装载箱体111-卸载抓取凹槽112-卸载卡口71-旋转轴接入凹槽72-转动卡槽
具体实施方式
实施例1：
本发明所述的土壤消毒装置的实施例1包括了如附图1所示底板7以及安装在底板上的数块外护板1构成的箱体，该底板和外护板由钢材料制作，可以由货箱改造而来，还包括用于改变土壤装载厚度的可变体积装置，所述可变体积装置包括附图1中所示的移动隔板2，滑轨3，滑轮6，锁止阀门5，所述滑轨3安装于所述箱体上，可焊接安装在箱体外护板上，所述滑轮6安装在所述移动隔板2上，所述滑轮可以由工程塑料或者钢材料制作，所述移动隔板2也可以由钢材料制作，所述移动隔板2通过所述滑轮6滚动安装在所述滑轨3上，所述锁止阀门5安装在移动隔板2上，用于锁紧固定所述移动隔板2。安装完成后滑轮卡在滑轨上，方便移动隔板移动，同时可防止移动隔板倾倒，所述锁止阀门可焊接在移动隔板两侧，所述锁止阀门可以由钢材料制作。所述移动隔板2上还安装有第一辐照剂量计组81，靠近辐照源的所述外护板1上安装有第二辐照剂量计组82，所述第一辐照剂量计组81以及所述第二辐照剂量计组82的辐照剂量计数量至少为9个。所述辐照剂量计8可以为化学剂量计或薄膜剂量计，对于小于100kGy的辐照作业，推荐使用化学剂量计。附图2中底板7外部安装了旋转轴11，旋转轴11通过电机12带动整个土壤消毒装置的箱体进行相对于辐照源的水平翻转。实施例1为大批量土壤消毒设计。上述采用电机带动旋转轴的相对于辐照源的旋转方式仅为本发明的一种用来处理辐照均匀度的方式，还可以采用下述方式来实现：顶部电机带动旋转的方式、箱体侧面安装推杆然后通过电动或者其他方式推动推杆来对箱体进行相对于辐照源旋转的方式、箱体本身不设置旋转部件将箱体放置或安装在可相对于辐照源旋转的托盘上，在不影响本发明的主旨情况下，不应以此来限定本发明的保护范围。
为更清楚的描述本发明改善辐照剂量不均匀度的原理，以下附带了土壤辐照中不均匀度产生的推导过程：
辐照剂量不均匀度U指受照物接受的最大剂量Dmax与最小剂量Dmin的商。
辐照剂量不均匀度越大，受照物不同部分的消毒效果差异也就越大，为了抹平这样的不均匀度所付出的措施也越多，辐照的经济性也会越差。对于植物疫区土壤、科研土壤的消毒应用，如果因为剂量不均匀度太大导致消毒不彻底，由于土壤不是标准化产品，无法将未彻底消毒土壤返工，且其后果要作物种下或培养一段时间后才会显现，会导致不可挽回的损失。故控制辐照剂量不均匀度在辐照消毒过程中至关重要。
为了使受辐照土壤达到良好的消毒效果，同时维持辐照处理的良好经济性，有必要控制辐照不均匀度。对于可视为平行的γ射线射线，其射线粒子在受照物内减少的规律为。
N＝N0e-μ(x) (2)
N0为射线初始射线光子数，N为穿过厚度为d的土壤后的射线光子数，μ为该物体的线减弱系数。辐照剂量率
现有的辐照装置在常规辐照过程中，如果在辐照工艺中不进行水平翻转，我们以装载土壤后土壤水平中心为零点如图1，
在不改变放射源的情况下可以视为常数，以c代替。则其在货箱厚度方向的剂量变化规律为
在水平方向翻转一次以改善水平方向剂量不均匀度，则翻转过后，剂量率为(4)可以表达为
对(6)式求导数
μ与c皆大于0，由(7)式可知，剂量率在货箱内水平方向随穿透土壤深度d先减小后增大，最小值在d＝0处，故将土壤水平方向中心位置记为0点，方便计算。
由(5)、(6)与(7)式做图6可知，剂量率在货箱内水平方向随货箱厚度是一个凹函数，则货箱在水平方向越厚，其剂量最低点与最高点的比值，即不均匀度越大，所以可以通过调整土壤装载装置的厚度来保证整体辐照的不均匀度来保证消毒灭菌效果的基础上来最大程度上的保证消毒效率，此调整的厚度值根据所要求达到的灭菌效果情况，不均匀度要求情况，辐照的强度以及照射时间翻转情况所确定。通过上述原理进行厚度调节则可保证了整体辐照的不均匀度来保证达到要求消毒灭菌效果，同时在此基础上尽可能多的保证单次土壤的装载容量来最大程度上的保证规模化处理的消毒效率。
如图4所示为本发明所述的锁止阀门紧固状态示意图，所述锁止阀门包括锁止阀门底座52、安装在所述锁止阀门底座52上的锁止阀门底座安装柱53以及锁止阀门锁紧块51，所述锁止阀门锁紧块51与所述锁止阀门底座安装柱53可通过螺纹紧固连接，所述锁止阀门底座52安装在移动隔板2上，所述锁止阀门底座安装柱53穿过所述外护板1后连接所述锁止阀门锁紧块51，通过将锁止阀门锁紧块51在阀门底座安装柱53上拧紧将所述移动隔板2固定在特定位置，图5所示为本发明所述的锁止阀门松开状态示意图，通过松开紧固在阀门底座安装柱53上的锁止阀门锁紧块51来移动移动隔板2在箱体中的位置。上述通过螺纹紧固连接来固定移动隔板的方式仅为本发明用来固定移动隔板的一种方式，还可以通过例如拨片卡口的方式来进行移动和固定，不应以此记载的用于改变土壤装载装置厚度的方式来限定本发明的保护范围。如图10所示为本发明应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例1的装配前透视图以及图11所示为本发明应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例1的装配后透视图。
实施例2：
如附图3所示，本发明的土壤消毒装置实施例2为一个小型装载箱体14，包括底板和外护板，外护板上装有辐照剂量计，该小型装载箱体由聚苯乙烯或者有机玻璃制作，长宽高各为标准装载箱体13的一半。实施例2为科研实验小批量土壤消毒设计。实施例2土壤装载装置为固定体积装置，高度、厚度与货箱匹配，其长度，即射线出射方向边长由实验测量确定，土壤可以直接装入无需额外包装。该装置为方形，可以使用钢、铝等金属材料，更优的，使用亚克力有机玻璃材料，因为有机玻璃对射线屏蔽能力比大部分金属弱。
实施例3，
如图7所示为流水线用的应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例3的正视剖面图，外护板1上设置有卸载抓取凹槽111，所述卸载抓取凹槽111中设置有卸载卡口112，所述卸载抓取凹槽111在进行已消毒土壤卸载步骤时配合流水线中机械手或者抓取装置进行的自动化土壤卸载，机械手或者抓取装置伸入卸载抓取凹槽111通过弹出式的卡条伸入卸载卡口112后卡紧即可对土壤装载装置进行侧向翻转从而对土壤装载装置中的土壤进行卸载，底板7上设置有旋转轴接入凹槽71，图8所示为流水线用的应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置的实施例3的仰视图，旋转轴接入凹槽71中设置有转动卡槽72，当将实施例3的土壤装载装置放入流水线传送装置时，土壤装载装置进入到辐照区时，中空的流水线传送装置下设置的旋转轴伸入旋转轴接入凹槽中，通过转动卡槽72防止旋转轴与土壤装载装置之间的侧向滑动由此带动土壤装载装置进行相对于辐照源的水平翻转，当辐照处理后，旋转轴便从下部撤出即可等待下一个土壤装载装置进入辐照区域后重复上述流程即可。
实施例4：
本发明还公开的一种使用γ射线的土壤消毒方法，包括土壤的分离运输步骤、土壤的前处理步骤、土壤的辐照处理步骤、通过剂量计反馈的实际辐照数据来调整土壤消毒装置厚度的步骤。所述土壤辐照处理步骤包括一个在照射过程中对土壤消毒装置进行水平旋转的步骤。该步骤能够改善γ射线土壤消毒过程中的照射不均匀度。辐照剂量不均匀度越大，受照物不同部分的消毒效果差异也就越大，为了抹平这样的不均匀度所付出的措施也越多，辐照的经济性也会越差。对于植物疫区土壤、科研土壤的消毒应用，如果因为剂量不均匀度太大导致消毒不彻底，由于土壤不是标准化产品，无法将未彻底消毒土壤返工，且其后果要作物种下或培养一段时间后才会显现，会导致不可挽回的损失。故控制辐照剂量不均匀度在辐照消毒过程中至关重要。通过剂量计反馈的实际辐照数据来调整土壤消毒装置厚度的反馈调节步骤。土壤的辐照消毒处理在由辐照装置运输线拖动吊具进行，理想情况下射线水平方向相互平行，不存在竖直方向剂量不均匀度，实际情况下货箱上下两端射线强度要低于中间，传送系统通过上下两个货箱(即土壤装载装置的一种，不应以此来限制本发明的保护范围)互换位置改善竖直方向剂量不均匀度，竖直方向不均匀度改善虽然属于消毒流程一部分，但不在本发明讨论范围。水平方向不均匀度由射线穿透能力确定，将货箱水平翻面180°可以改善水平方向不均匀度。但土壤密度较大，对射线屏蔽能力较高，本发明在使用剂量计刻度土壤水平方向不均匀度后，调整土壤消毒装置厚度，调整土壤消毒装置厚度的方法与以进一步改善水平方向剂量不均匀度。
所述土壤的前处理步骤，所述土壤的前处理步骤中对于农场、田地等大规模种植区域，使用大型耕地机械翻松土壤，犁翻深度推荐不少于30cm。对于手工或者使用小型犁翻机械，犁翻深度不小于传统耕作12cm翻松深度。将待处理土壤放置在辐照中心仓库厂房内或空地上，用防水塑料编织袋包垫以方便转移。
所述土壤的前处理步骤，在所述土壤的前处理步骤中，使用工业风扇在四周向土壤鼓风，更优的，使用带电热丝的鼓风机干燥，在气温25℃晴天情况下，至少烘干24小时，或者对于小范围的土壤使用烘箱在70℃以下温度烘干。烘干后的土壤转移到土壤消毒装置中，再放入货箱中辐照。
所述土壤的前处理步骤，在所述土壤的前处理步骤中，土壤用塑料袋或烘干时所用编织袋包裹。这样土壤消毒装置就无须额外的密封设计。
如图9所示为土壤装载装置相对于辐照源水平翻转的示意图。
以下为本发明的实验数据资料：
在水平不翻转的工艺下，土壤为d＝55cm厚时其剂量测得为表1，其中包括水平不翻转工艺时面向源板面剂量(第二辐照剂量计组82)测得剂量值，以及背向源版面剂量(第一辐照剂量计组81)测得剂量值
表1
由于土壤满足质量减弱系数μm＝0.0505
(这里根据引用文献M.N.Alamet al.Attenuation coefficients of soils and some building materials ofBangladesh in the energy range 276-1332keV[J].Applied Radiation and Isotopes54(2001)973-976直接给出线减弱系数μ的相关值，方便测算，如果实施过程中理论值与实测值偏差较大，则需要根据测量值同时计算c与μ)，实验放射源60Co光子能量分别为1.17MeV与1.33MeV，内陆土壤密度典型值为1.21g/cm3。辐照时间t＝10小时，由公式(5)乘时间，得，
D＝c·e-μ(x)·t (8)
根据正面剂量，由(8)’式推算得到的背面剂量为表2，水平不翻转工艺时背向源板面剂量。
表2
背面剂量理论值与实测值平均相对误差为7.8％，可知公式(5)适用本发明。同时计算出在不采用水平翻转工艺时的剂量不均匀度为
根据公式(8)计算在正面剂量不变的情况下，通过可移动隔板调节使装载的土壤厚度为27.5cm时，即初始土壤厚度的一半时，采用水平不翻转工艺将背向源板面剂量计测得剂量为表3
表3
根据表3算得的剂量不均匀度为
说明调节土壤装载装置厚度可以降低辐照剂量不均匀度。辐照工艺如图1，第二剂量计组82收集辐照源从A方向照射到面向辐照源的外护板的辐照剂量，第一剂量计组81收集辐照源从A方向照射到背向辐照源的移动隔板的辐照剂量。
在水平翻转工艺下，辐照剂量不均匀度可以进一步得到抑制。土壤厚度d＝55cm。由公式(9)乘时间t，得
由图1与前述可知，水平翻转工艺下，土壤中剂量最小位置为
且该处剂量与表3剂量相等。在水平翻转工艺下，先在货箱面对源板与背对处各布置9个剂量计，实测剂量如表4，
表4水平翻转工艺时货箱表面剂量
其剂量不均匀度为
说明水平翻转工艺可以进一步控制辐照剂量不均匀度，可以有效减少土壤的入射剂量，在保证辐照质量的同时提高辐照的经济性。
实施例1的灭菌效果如表5，辐照作业使用水平翻转工艺。表中剂量采样点
表5辐照剂量对土壤微生物的灭菌效果
为受照土壤中间层，即土壤中剂量最小的位置附件。由表5可知，土壤中最小吸收剂量为5-7kGy剂量可满足土壤消毒的常规需求，对于更严格的土壤微生物要求，可以将土壤中最小剂量增加到10kGy。
实施过程可以简单阐述为，先用水平不翻转工艺辐照厚度为d/2的土壤，调整可移动隔板4位置使该工艺下最小剂量满足消毒要求，此时土壤厚度记为
再将可移动隔板4的位置调整到土壤厚度为d‘，使用水平翻转工艺进行辐照作业。
由表5可知，本发明的辐照剂量设置科学可行，可以有效杀灭土壤微生物。对于实施例2，在标准容器中使用水平不翻转工艺辐照土壤，与实施例1不同的地方在于，实施1中移动可移动隔板4变成直接定制特定尺寸的货箱，以适配小规模辐照需求。
为避免歧义特别指出本发明用于描述辐照剂量计的量词数个均表示至少一个的含义，不应以此来限制本发明的保护范围。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种使用γ射线的土壤消毒方法，其特征在于，包括S01、第一预处理步骤；S02、第二预处理步骤；S1、土壤的辐照处理步骤；S3、土壤装载装置厚度调节步骤；所述第一预处理步骤S01中对待消毒土壤进行犁翻分离处理，所述第二预处理步骤S02中将待消毒的土壤进行干燥处理，所述土壤辐照处理步骤S1中使得土壤装载装置进行相对于γ射线的辐照源进行水平翻转，所述土壤装载装置厚度调节步骤S3中通过土壤装载装置上装载的剂量计或者剂量计组反馈的实际辐照数据来调整土壤消毒装置的厚度。
2.如权利要求1中所述的使用γ射线的土壤消毒方法，其特征还在于，所述土壤辐照处理步骤中使用γ射线照射源对土壤进行辐照的辐照剂量范围为5kGy-20kGy，所述土壤辐照处理步骤中土壤装载装置相对于辐照源水平翻转为进行至少一次180度的水平翻转。
3.如权利要求1中所述的使用γ射线的土壤消毒方法，其特征还在于，所述土壤装载装置厚度调节步骤根据以下要素进行确定：所要求达到的灭菌效果情况、不均匀度要求情况、土壤装载装置上所设置的各剂量计组根据实际辐照情况测定的剂量值进行确定。
4.如权利要求1中所述的使用γ射线的土壤消毒方法，其特征还在于，所述土壤装载装置厚度调节步骤S3中采用的剂量计组为两组分别为设置在土壤装置移动隔板上的第一剂量组和设置在土壤装载装置外护上的第二剂量组，所述第一剂量计组、第二剂量计组中剂量计的数量均为至少9个，均匀分布在土壤装置的移动隔板上或者外护板上。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的使用γ射线的土壤消毒方法，其特征还在于，所述第一预处理步骤中包括对于农场、田地等大规模种植区域，使用大型耕地机械翻松土壤，犁翻深度不少于30cm；对于手工或者使用小型犁翻机械，犁翻深度不小于12cm翻松深度。
6.如权利要求1-4中任意一项所述的使用γ射线的土壤消毒方法，其特征还在于，所述第二预处理步骤中包括使用工业风扇在四周向土壤鼓风的步骤以及对土壤进行烘干的步骤，所述对土壤进行烘干的步骤为使用带电热丝的鼓风机干燥，在气温25℃晴天情况下至少烘干24小时，或者所述对土壤进行烘干的步骤为对于小范围的土壤使用烘箱在70℃以下温度烘干，在进行烘干时，土壤用塑料袋或烘干时所用编织袋包裹。
7.如权利要求1-4中任意一项所述的使用γ射线的土壤消毒方法，其特征还在于，还包括S03、土壤装载步骤、S2、土壤卸载步骤，所述土壤装载步骤S03为将待消毒土壤装入装载装置后置入辐照处理区域，所述土壤卸载步骤S2为将已辐照处理的土壤装载装置从辐照区移至卸载区卸载已消毒的土壤，在进行大规模土壤消毒处理时，采用流水线循环传送多个土壤装载装置自动进行步骤S03、S1、S2，其中某个土壤装载装置进行S1步骤时，对土壤装载装置循环队列中该土壤装载装置的前一个土壤装载装置进行S2步骤操作，对土壤装载装置循环队列中该土壤装载装置的后续的一个或者多个土壤装载装置进行S03步骤操作，上述S1步骤、S2步骤、S03步骤均由中央控制器进行自动化协同控制。
8.如权利要求7中所述的使用γ射线的土壤消毒方法，其特征还在于，其S03、S1、S2步骤的土壤装载装置的定位检测采用的是驱动电机对流水线的行进距离控制的初步定位加上S03、S1、S2步骤中设置的检测器对于土壤装载装置特定位置上设置的二维码进行检测的二次定位进行，定位确认后的信息传输至中央控制器后，中央控制器进行如下操作包括，对S1步骤中启动辐照装置进行土壤消毒，对S03步骤中提示人工进行土壤装载或者控制土壤装载斗阀门开启对土壤装载装置进行装载，对S2步骤中提示人工进行土壤卸载或者控制抓取部件对处于特定位置的土壤装载装置进行抓取配合进行土壤卸载，上述三个步骤完成后由人工确认或者自动化检测确认后由中央控制器进行新一轮的流水线操作重复上述运作过程。
9.如权利要求8中所述的使用γ射线的土壤消毒方法，其特征还在于，所述S03步骤中采用自动化卸载，所述自动化卸载的方式为箱体的外护板上安装有至少一个卸载抓取凹槽，所述卸载抓取凹槽中设置有卸载卡口，所述卸载抓取凹槽在接收中央控制器指令后配合流水线中机械手或者抓取装置进行的自动化土壤卸载，所述S1步骤中采用自动化匹配辐照启动，所述自动化匹配辐照运转的方式为所述箱体底部设置有旋转轴接入凹槽，所述旋转轴接入凹槽中包括至少一个转动卡槽，所述旋转轴接入凹槽在土壤装载装置进入到辐照处理区域时接收中央控制器指令后对接辐照处理区域的旋转轴后进行启动以及停止。
10.一种应用于γ射线土壤消毒的土壤装载装置，包括箱体，所述箱体包括底板以及安装在底板上的外护板，其特征在于，还包括使得该土壤消毒装置可以相对于辐照源水平翻转的旋转部件，还包括用于改变土壤装载厚度的可变体积装置，所述可变体积装置包括移动隔板，以及用于调整并固定所述移动隔板位置的隔板位置调节装置，所述隔板位置调节装置包括安装在箱体上的滑轨，滑轨上设置的安装在所述移动隔板上的滑轮以及移动隔板上安装的锁止阀门，所述移动隔板上以及箱体靠近辐照源一侧的外护板上还分别安装有第一辐照剂量计组以及第二辐照剂量计组，所述锁止阀门包括锁止阀门底座、安装在所述锁止阀门底座上的锁止阀门底座安装柱以及锁止阀门锁紧块，所述锁止阀门锁紧块与所述锁止阀门底座安装柱可通过螺纹紧固连接，所述锁止阀门底座安装在移动隔板上，
所述箱体的外护板上安装有至少一个卸载抓取凹槽，所述卸载抓取凹槽中设置有卸载卡口，所述卸载抓取凹槽在进行已消毒土壤卸载步骤时配合流水线中机械手或者抓取装置进行的自动化土壤卸载。所述箱体底部设置有旋转轴接入凹槽，所述旋转轴接入凹槽中包括至少一个转动卡槽，所述旋转轴接入凹槽在土壤装载装置进入到辐照处理区域时对接辐照处理区域的旋转轴，
所述旋转部件包括以下装置中的任意一种或者几种的组合：
(1)、安装于所述土壤消毒装置底部的旋转轴以及带动旋转轴旋转的电机装置；
(2)安装于箱体外护板上的撞杆，以及推动或者拉动撞杆的施力部件；
(3)可放置或者可拆卸安装所述箱体的的旋转托盘。
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