CN118077017A - 带有与定向无关的内部膨胀容积的辐射源保持架 - Google Patents

Abstract

提供一种辐射源保持架30，具有外壳和基本上填满外壳的内腔52的辐射屏蔽材料主体54。外壳和辐射屏蔽材料主体54限定一个或多个气隙的边界，该气隙允许辐射屏蔽材料主体54在外壳的内腔内膨胀。辐射源保持架30还包括装载在辐射屏蔽材料主体54内的辐射源舱48。辐射源舱48能够从放射源50发射辐射。

Description

带有与定向无关的内部膨胀容积的辐射源保持架

相关申请

本申请是2021年9月9日提交的美国临时申请序列号63/228,287的非临时申请，其全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及用于在放射源材料在火灾或相关灾难事件中受损时防止或减少暴露于辐射的装置和方法。

背景技术

在恶劣的工业环境中，期望的是使用核级别感应仪来探测保持箱或料仓中的产品的级别。核液面传感器通常附接在保持箱或料仓上，并电连接到控制室或其他中央位置的远程测量仪，技术人员或控制系统可以在该控制室或其他中央位置监控料仓的状态，以提供适当的过程控制。

在核级别感应仪中，核辐射源被放置在要进行级别感应的料仓的一侧上的保持架中。核辐射探测器放置在料仓的相对侧。逸出源的辐射呈束状射向料仓的内部。料仓中的产品基本上吸收照射到其上的辐射。基于料仓中的产品的数量，来自源的辐射能量会按比例穿过料仓，照射到料仓的与辐射源相对侧上的辐射探测器。由于料仓中的产品会吸收照射到它的辐射，从而降低穿过料仓的辐射束的强度，因此刺激辐射探测器的辐射量与料仓中的产品量成反比。通常情况下，到达探测器的辐射会在探测器中产生闪耀的光闪烁。光闪烁的次数与入射辐射的强度成正比。高灵敏度光传感器将光闪烁转换为电脉冲，该电脉冲由电子装置放大和评估以得出料仓中的产品量的测量值。

由于辐射能源的危险性，核级别感应仪中的辐射源保持架必须符合严格的安全标准。这些安全标准规定，即使在辐射源舱发生灾难性事件(诸如辐射源保持架从高处跌落或发生大火)的情况下，辐射源保持架也必须防止辐射从辐射源舱向外释放。常规源保持架的内侧通常含有可以提供辐射屏蔽的铅。虽然在正常操作条件期间，源支架内的铅有效屏蔽意外的外部辐射暴露，但铅的低熔点可能导致火灾发生后的铅屏蔽缺陷。一些常规源支架已实施熔点比铅更高的钢外壳。这些源支架通常包括辅助气室，用于处理由铅膨胀导致的压力。辅助气室还有助于防止外壳开裂。

然而，带有辅助气室的辐射源保持架外壳在灾难性事件期间无法提供足够的辐射屏蔽。例如，源支架可以安装在料仓的一侧。如果发生火灾，源支架可以从安装位置掉落和/或受到极端温度(例如，温度超过800℃)的影响。如果辐射源保持架沿与其安装的定向不同的定向着地，则外部气室将无法提供足够和/或有效的辐射屏蔽。此外，如果辐射源保持架掉落使得外部气室的结构损坏，则外部气室可能无法有效和/或高效地提供辐射屏蔽。

因此，为了在所有条件下保持辐射源保持架内的有效屏蔽，期望的是辐射源保持架允许辐射源保持架内的辐射屏蔽材料在火灾期间膨胀，并在火灾后对外部辐射暴露进行充分屏蔽。此外，期望的是辐射源保持架提供有效的辐射屏蔽，无论辐射源保持架的定向或定位如何。

发明内容

此处所述的辐射源保持架通过提供一种结构来改进之前的源保持架，该结构用于在发生火灾的情况下在源保持架内容纳和/或引导熔融的屏蔽材料。

在某些实施例中，辐射源保持架具有外壳和辐射屏蔽材料主体，辐射屏蔽材料主体基本上填满外壳的内腔。外壳和辐射屏蔽材料主体限定一个或多个气隙的边界，该气隙允许辐射屏蔽材料主体在外壳的内腔内膨胀。辐射源保持架还包括装载在辐射屏蔽材料主体内的辐射源舱。辐射源舱能够传输来自放射源的辐射。

在某些实施例中，外壳和辐射屏蔽材料主体可以限定内部膨胀容积的边界。在某些实施例中，内部膨胀容积可以周向地围绕屏蔽材料。在某些实施例中，屏蔽材料主体可以具有圆顶形端部，该圆顶形端部限定内部膨胀容积的第一边界。在某些实施例中，外壳可以具有倒角内部，该倒角内部限定内部膨胀容积的一个或多个其他边界。

在某些实施例中，屏蔽材料主体可以具有圆顶形端部，该圆顶形端部限定内部膨胀容积的第一边界。在某些实施例中，外壳的底板可以限定内部膨胀容积的第二边界。在某些实施例中，外壳的侧板可以限定内部膨胀容积的第三边界。

附加地或备选地，外壳和辐射屏蔽材料主体可以限定辐照孔的边界。在某些实施例中，内部膨胀容积可以周向地围绕辐照孔。在某些实施例中，屏蔽材料主体可以具有球形中间区段，该球形中间区段限定辐照孔的边界。在某些实施例中，屏蔽材料主体可以具有漏斗形中间区段，该漏斗形中间区段限定辐照孔的边界。

本发明的目的和优点将从附图及其描述中进一步显现。

附图说明

本发明及其实施例的上述优点和特征将从以下附图和详细说明中进一步显现，其中：

图1是常规的辐射源保持架的剖视图。

图2展示根据本公开的原理的辐射源保持架的透视图。

图3展示根据本公开的原理的辐射源保持架的横截面图。

图4展示根据本公开的原理的辐射源保持架的横截面透视图。

图5展示根据本公开的原理的对准以插入辐射源保持架中的装载装置的局部横截面图。

图6A展示根据本公开的原理的在发生火灾后沿第一定向定位的辐射源保持架的横截面图。

图6B展示根据本公开的原理的在发生火灾后沿第二定向定位的辐射源保持架的横截面图。

图6C展示根据本公开的原理的在发生火灾后沿第三定向定位的辐射源保持架的横截面图。

图6D展示根据本公开的原理的在发生火灾后沿第四定向定位的辐射源保持架的横截面图。

具体实施方式

图1展示常规辐射源保持架10的剖面图，包括火灾后铅的代表性布置。在本示例中，常规辐射源保持架10包括安装在源固定器14内的源舱12。示出处于关闭位置的快门16在常规辐射源保持架10的源舱12和外壁18之间延伸。虽然没有示出，但孔形成在快门16中，当快门处于打开位置时，辐射束可以从源舱12射入所附的料仓中。如阴影区域所示，快门16的其余部分填充有铅20，以对辐射通过孔以外释放进行屏蔽。在火灾或其他极端高温事件期间，铅20会在常规辐射源保持架10内熔化，最初导致铅膨胀。当铅20熔化时，外部气室22容纳熔化的铅20的膨胀体积和压力，而不会对常规辐射源保持架10造成危害。在冷却过程期间，铅屏蔽收缩，导致在常规辐射源保持架10内的意外位置形成空腔24。附加地，不均匀的冷却和重力可以在铅屏蔽中产生凹坑26。如箭头28所示，当凹坑26在源舱12附近形成时，由凹坑26造成的屏蔽减弱会增加外部辐射暴露的风险。此外，如果常规辐射源保持架10在火灾中掉落，并且沿与安装时的定向不同的定向着地，则外部气室提供的辐射屏蔽不足和/或无效。

图2展示根据本公开的原理的辐射源保持架30的透视图。辐射源保持架30包括圆柱形的支撑壁32和外底板34。圆柱形的支撑壁32、外底板34和内底板44(如图3所示)组合以形成辐射源保持架30的外壳。在某些实施例中，一个或多个支撑板36可以放置在圆柱形的支撑壁32上以提供额外的支撑。在某些实施例中，一个或多个手柄38可以放置在圆柱形的支撑壁32上。圆柱形的支撑壁32、外底板34、一个或多个支撑板36和/或一个或多个手柄38可以由钢或其他类似的高熔点材料组成。

辐射源保持架30的主要用途是保持放射源。在某些情况下，辐射源保持架30可用于测量料仓中的产品的级别。例如，辐射源保持架30可以附接到容器或料仓上，使得外底板34安装或固定到容器或料仓上。放射源(诸如放射性同位素)可以放置到放射源舱中，放射源舱可以安装或放置到源通道40中。为了测量料仓中的产品的级别，转子机构42可以通过顺时针旋转转子机构42来从关闭位置转到开启位置。这使辐射源舱与辐照孔58(如图3-5所示)对准，从而使得辐射穿过辐照孔并通过料仓。辐射探测器(诸如闪烁晶体)定位在料仓的另一侧。辐射探测器在暴露于辐射时会产生光子。光传感器(诸如光电倍增管PMT)可以耦合到每个辐射探测器上，并可以探测从辐射探测器发出的光子。然后，光传感器会产生指示照射在辐射探测器上的辐射量的信号。这些信号将根取决于料仓中的产品量而变化，因此可由计算机进行放大和处理，以识别料仓中的产品量。

图3展示根据本公开的原理的辐射源保持架30的横截面图。例如，图3展示辐射源保持架30沿线3-3(如图2所示)的横截面。如上所述，辐射源保持架30包括圆柱形的支撑壁32和底板(例如，包括外底板34和内底板44)。支撑壁32和底板组合以形成辐射源保持架30的外壳。在某些实施例中，内底板44的厚度或宽度可以小于圆柱形的支撑壁32和/或外底板34的对应的厚度或宽度。该厚度或宽度可以使得辐射能够穿过底板44发射(例如，到另一侧的料仓)。

包围辐射源舱48的装载装置46可以安装在辐射源通道40的内侧。辐射源舱48提供用于放射源50的外壳。放射源50可以是放射性同位素或其他类型的放射源。

辐射源保持架30可以包括密封的内腔52。密封的内腔52可以包括填充有屏蔽材料54的区域和一组不含任何屏蔽材料54的气隙。填充有屏蔽材料54的区域可以基本周向地围绕辐射源舱48。在某些实施例中，屏蔽材料54可以是铅。在某些实施例中，屏蔽材料54可以是本领域已知的另一种屏蔽材料，但不脱离本发明的范围。屏蔽材料54提供屏蔽以防止或减少辐射暴露的可能性。

密封的内腔52内的一组气隙可以包括内部膨胀容积56和辐照孔58。辐照孔58可以是铸入屏蔽材料54中的气隙，以提供空间或窗口，使辐射可以通过该空间或窗口逃逸。例如，当辐射源保持架30用于测量料仓的内容物时，可以允许辐射穿过辐照孔58并随后穿过料仓。

辐照孔58的形状可以基于由屏蔽材料54建立的边界和/或外壳的边界来限定。例如，屏蔽材料54的主体可以具有球形中间区段，该球形中间区段限定辐照孔58的球形边界。附加地，外壳可以限定辐照孔58的侧面边界。例如，底板44可以限定辐照孔58的侧面边界。在某些实施例中，分隔辐照孔58和源通道40的内镀层可以限定辐照孔58的另一个侧边界。屏蔽材料54的中间区段的形状(以及辐照孔58的形状)可以是球形、圆柱形、圆顶形、漏斗形和/或其他形状。

内部膨胀容积56可以是气隙，该气隙的形状基于由外壳和/或屏蔽材料54建立的边界来限定。例如，屏蔽材料54的主体可以具有圆顶形端部，该圆顶形端部限定内部膨胀容积56的第一边界。附加地，外壳还可以具有倒角内部，该倒角内部限定内部膨胀容积56的一个或多个其他边界。例如，底板44可以限定内部膨胀容积56的第二边界，侧板32可以限定内部膨胀容积56的第三边界。

在某些实施例中，内部膨胀容积56可以是周向地围绕屏蔽材料54的气隙。在某些实施例中，内部膨胀容积56可以是周向地围绕辐照孔58的气隙。

可以形成内部膨胀容积56，使得辐射源保持架30的密封的内腔52可以容纳屏蔽材料54的膨胀。例如，在发生火灾的情况下，熔融的屏蔽材料54(诸如熔融的铅)可以在密封的内腔52内移动和膨胀。在这种情况下，内部膨胀容积56允许熔融的铅在密封的内腔52内移动和膨胀。这样最小化由铅膨胀产生的内部压力，降低外壳破裂的风险，并且无需将附加的辅助气室增加到辐射源保持架30上。此外，通过周向地围绕辐照孔58，内部膨胀容积56允许熔融的铅的移动和膨胀，而不受辐射源保持架30的定向的影响。因此，辐射源保持架30可以在火灾期间掉落，以不同的定向着地，并且辐射源保持架30仍能提供足够的辐射屏蔽。图6A-6D提供了示例定向。

在某些实施例中，密封的内腔52的气隙可以使用一组固定装置来构建。例如，内部膨胀容积固定装置可以放置在辐射源保持架30的内侧，使固定装置定位在密封的内腔52内的示出为内部膨胀容积56的区域中。一个或多个其他固定装置可以用于构建辐射源保持架30的其他部件(例如，辐照孔固定装置、源通道固定装置等)。接着，将熔融的屏蔽材料54(例如，熔融的铅)倒入辐射源保持架30中，使熔融的铅填满辐射源保持架30的内侧。随着铅冷却，可以移除这组固定装置。例如，可以移除内部膨胀容积固定装置和辐照孔固定装置，从而形成内部膨胀容积56和辐照孔58。

这样，即使发生火灾或从高处掉落等灾难性事件，即使辐射源保持架30的位置或定向发生变化，辐射源保持架30的内部膨胀容积56也能提供有效的辐射屏蔽。此外，由于不需要外部气室，辐射源保持架30的制造成本得以降低，同时改进整体辐射屏蔽。

图4展示根据本公开的原理的辐射源保持架30的横截面透视图。例如，图4展示辐射源保持架30沿线4-4(如图2所示)的横截面。

图5展示根据本公开的原理的对准以插入辐射源保持架30中的装载装置60的局部截面图。放射源50可以被封装在辐射源舱48内，而该辐射源舱可释放地固定在装载装置60中。装载装置60便于将辐射源舱48插入和从辐射源保持架30中取出，下文将对此进行更详细的描述。

装载装置60包括致动器端部62、延伸器64和源固定器66。如上所述，源舱48包括由多个密封部件封装在舱内的放射源50。源舱48可释放地固定在源固定器66中的开口70内。

为了将源舱48装载到辐射源保持架30中，源舱的纵向中心线与源固定器开口70的纵向中心线对准。装载装置60可以通过致动器端部62握住，以便将装置的源固定器端部移到源舱48上并向下移动，直到源舱近侧端部与源固定器66的近侧端部基本齐平。在源舱48被存放在源固定器开口70中的情况下，可以将装载装置60插入开口70中。使用致动器端部62，可以沿箭头72所示方向将装载装置60插入辐射源固定器30中，直到装载装置60的近侧端部接触开口70的近侧端部处的铅屏蔽。

一旦源舱48被装载到源通道40中，转子机构42的旋转就将引起装载装置60的对应旋转。这允许源舱48旋转到与辐照孔58对准或不对准。例如，源舱48可以具有与辐照孔58不对准的默认位置，从而提供辐射屏蔽。但是，如果要测量料仓的内容物，则可以旋转源舱48，使其与辐照孔58对准。

图6A-6D展示辐射源保持架30在发生火灾后沿多种定向定位的截面图。虽然沿多个定向示出辐射源保持架30，但应该理解的是，这些都是以示例的方式提供的，铅的确切定位和/或所用铅的确切数量仅作为展示性示例示出。

图6A展示辐射源保持架30的横截面图，根据本公开的原理，该辐射源保持架在发生火灾后沿第一定向定位。在火灾期间，极端温度(通常高于800℃)会导致屏蔽材料54在辐射源保持架30的内侧内熔化。随着屏蔽材料54熔化，铅最初会膨胀，填满辐射源保持架30的内侧。在所示的辐射源保持架30处于第一定向的示例中，火灾可能会导致熔融的屏蔽材料54填满密封的内腔52。随着熔融的屏蔽材料54开始冷却，屏蔽材料54可以收缩并且在重力作用下沉降。在此示例中，火灾已有效地使内部膨胀容积56和辐照孔58被气隙取代，该气隙由屏蔽材料54上方的白色空间示出。然而，由于内部膨胀容积56周向地围绕辐照孔58，屏蔽材料54能够熔化/膨胀、冷却、收缩和沉降，而不会产生任何可能导致辐射屏蔽不良的空洞或凹坑。

图6B展示辐射源保持架30的横截面图，根据本公开的原理，该辐射源保持架在发生火灾后沿第二定向定位。在火灾期间，极端温度(通常高于800℃)会导致屏蔽材料54在辐射源保持架30的内侧内熔化。随着屏蔽材料54熔化，铅最初会膨胀，填满辐射源保持架30的内侧。在所示的辐射源保持架30处于第二定向的示例中，火灾可能会导致熔融的屏蔽材料54填满密封的内腔52。随着熔融的屏蔽材料54开始冷却，屏蔽材料54可以收缩并且在重力作用下沉降。在此示例中，火灾已有效地使内部膨胀容积56和辐照孔58被气隙取代，该气隙由屏蔽材料54上方的白色空间示出。然而，由于内部膨胀容积56周向地围绕辐照孔58，屏蔽材料54能够熔化/膨胀、冷却、收缩和沉降，而不会产生任何可能导致辐射屏蔽不良的空洞或凹坑。

图6C展示辐射源保持架30的横截面图，根据本公开的原理，该辐射源保持架在发生火灾后沿第三定向定位。在火灾期间，极端温度(通常高于800℃)会导致屏蔽材料54在辐射源保持架30的内侧内熔化。随着屏蔽材料54熔化，铅最初会膨胀，填满辐射源保持架30的内侧。在所示的辐射源保持架30处于第三定向的示例中，火灾可能会导致熔融的屏蔽材料54填满密封的内腔52。随着熔融的屏蔽材料54开始冷却，屏蔽材料54可以收缩并且在重力作用下沉降。在此示例中，火灾已有效地使内部膨胀容积56和辐照孔58被气隙取代，该气隙由屏蔽材料54上方的白色空间示出。然而，由于内部膨胀容积56周向地围绕辐照孔58，屏蔽材料54能够熔化/膨胀、冷却、收缩和沉降，而不会产生任何可能导致辐射屏蔽不良的空洞或凹坑。

图6D展示辐射源保持架30的横截面图，根据本公开的原理，该辐射源保持架在发生火灾后沿第四定向定位。在火灾期间，极端温度(通常高于800℃)会导致屏蔽材料54在辐射源保持架30的内侧内熔化。随着屏蔽材料54熔化，铅最初会膨胀，填满辐射源保持架30的内侧。在所示的辐射源保持架30处于第四定向的示例中，火灾可能会导致熔融的屏蔽材料54填满密封的内腔52。随着熔融的屏蔽材料54开始冷却，屏蔽材料54可以收缩并且在重力作用下沉降。在此示例中，火灾已有效地使内部膨胀容积56和辐照孔58被气隙取代，该气隙由屏蔽材料54上方的白色空间示出。然而，由于内部膨胀容积56周向地围绕辐照孔58，屏蔽材料54能够熔化/膨胀、冷却、收缩和沉降，而不会产生任何可能导致辐射屏蔽不良的空洞或凹坑。

本发明已结合多个实施例进行了描述，并对其中一些实施例进行了详细阐述。但是，本发明的范围不受这些实施例的限制，这些实施例是作为示例而提出的，并不具有排他性。本发明的范围由以下权利要求书规定。

Claims (9)

1.一种辐射源保持架，包括：

外壳；

基本上填满外壳的内腔的辐射屏蔽材料主体，其中外壳和辐射屏蔽材料主体限定一个或多个气隙的边界，所述气隙允许辐射屏蔽材料主体在外壳的内腔内膨胀；以及

装载在辐射屏蔽材料主体内的辐射源舱，辐射源舱能够传输来自放射源的辐射。

2.根据权利要求1所述的辐射源保持架，其中，外壳和辐射屏蔽材料主体限定内部膨胀容积的边界。

3.根据权利要求2所述的辐射源保持架，其中，屏蔽材料主体具有圆顶形端部，所述圆顶形端部限定内部膨胀容积的第一边界，并且其中，外壳是倒角内部，所述倒角内部限定内部膨胀容积的一个或多个其他边界。

4.根据权利要求2所述的辐射源保持架，其中，屏蔽材料主体具有圆顶形端部，所述圆顶形端部限定内部膨胀容积的第一边界，其中，外壳的底板限定内部膨胀容积的第二边界，并且其中，外壳的侧板限定内部膨胀容积的第三边界。

5.根据权利要求2所述的辐射源保持架，其中，内部膨胀容积周向地围绕屏蔽材料。

6.根据权利要求2所述的辐射源保持架，其中，外壳和辐射屏蔽材料主体限定辐照孔的边界。

7.根据权利要求6所述的辐射源保持架，其中，内部膨胀容积周向地围绕辐照孔。

8.根据权利要求6所述的辐射源保持架，其中，屏蔽材料主体具有球形中间区段，所述球形中间区段限定辐照孔的边界。

9.根据权利要求6所述的辐射源保持架，其中，屏蔽材料主体具有漏斗形中间区段，所述漏斗形中间区段限定辐照孔的边界。