CN214152471U - 辐照实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种辐照实验装置，包括：辐照盒，其上设置有相配合的电子束产生设备；用于向辐照盒内提供氮气的供气机构；用于将辐照盒进行抽真空的真空泵；其中，所述供气机构与辐照盒连通的第一管路上设置有第一阀门；所述真空泵与辐照盒连通的第二管路上设置有第二阀门。本实用新型提供一种辐照实验装置，其应用在辐照实验中，可有效降低氮气耗量，缩短实验时间，降低运行成本和劳动强度，提高实验效率的方法，采用本专利技术，一次实验仅仅耗费20L高纯氮气，耗量减少了10倍左右，时间仅需30s，缩短了10倍以上。

Description

辐照实验装置

技术领域

本实用新型涉及辐照领域。更具体地说，本实用新型涉及一种用在电子束实验情况下的辐照实验装置。

背景技术

电子束辐射固化具有：基本不含挥发性溶剂；固化彻底，无残留单体及光引发剂，尤其可以应用到食品包装领域；产品性能优异，无异味；能耗仅为紫外光固化能耗的5％，为普通热固化能耗的1％；固化温度低，尤其适合热敏基材，是典型的绿色环保技术。但是，电子束辐射固化存在一个明显的瓶颈：会出现氧阻聚现象，因此，需要在惰性气体保护下进行固化。一般需要在高纯氮气(或其他惰性气体)环境下进行，氧气的含量必须低于规定值，通常需要小于50-200ppm，以避免氧阻聚的发生。目前采用的高纯氮气保护技术，是将整个电子加速器束下空间做成高纯氮气环境，高纯氮气进入后，排除整个束下空间的氧气，保证整个空间的氧气含量低于规定值。由于束下空间结构通常比较复杂，存在很多微小的含气空间结构，表面积很大，需要较长时间才能完全排除内部氧气，造成开机准备时间较长，效率低。

目前，在实验室内，利用电子束实验设备开发电子束涂料、油墨等配方时，氮气量消耗很大，例如：普通充氮气排除氧气法，从正常环境空气条件开始，充入高纯氮气，需要耗费200～300L(一个标准大气压)的高纯氮气，耗时5～7分钟，一瓶15MPa、40L容量的瓶装氮气，能做20-25次实验。因此，成本高，搬运气瓶工作量大，实验准备时间长，开发效率低。如果使用制氮机，则价格昂贵、体积大，利用率比较低。因此，急需降低氮气消耗量的技术，缩短实验时间，提高实验效率，降低运行成本和劳动强度的方法。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种辐照实验装置，包括：

辐照盒，其上设置有相配合的电子束产生设备；

用于向辐照盒内提供氮气的供气机构；

用于将辐照盒进行抽真空的真空泵；

其中，所述供气机构与辐照盒连通的第一管路上设置有第一阀门；

所述真空泵与辐照盒连通的第二管路上设置有第二阀门。

优选的是，所述辐照盒上通过相配合第三管路设置有对其内含氧量进行检测的有对其内含氧量进行检测的第一氧含量检测仪或对其内氮气进行检测的第一测氮仪；

其中，所述第三管路上还设置有辅助氮气在第三管路内进行循环的气体循环泵。

优选的是，所述辐照盒上设置有与外界连通的第四管路；

其中，所述第四管路上设置有相配合的第二氧含量检测仪或第二测氮仪；

所述第四管路上的排气口上设置有相配合的风扇；所述第四管路上还设置有与第二氧含量检测仪或第二测氮仪相配合的第三阀门。

优选的是，所述第二管路或辐照盒的一侧还设置有对辐照盒内真空度进行检测的测量仪。

本实用新型至少包括以下有益效果：其一，本装置对于需要氮气保护的样品辐照实验，比如：涂层的辐射固化，可以大幅度减少氮气的消耗量，实验成本低，实验的耗时短，效率高。

其二、本实用新型对于材料辐照改性，消毒灭菌一类的无需氮气或其他惰性气体保护的样品实验，在空气中辐照，会产生臭氧，对环境和操作人员有害。采用抽真空后，不充入氮气的辐照方式，则不会产生臭氧，也不消耗氮气。

其三，本实用新型通过阀门与检测仪、测量仪的配合，可以精确控制气体的成分及含量，有利于精确开发配方及今后工业化辐照工艺条件。

其四，本实用新型的装置用于涂布实验时，可能将气体包含在涂层内部，影响辐照样品的品质，抽真空时，气体会溢出涂层，降低对涂料辐射固化品质的影响。

其五，相对于现有技术而言，本实用新型应用装置在辐照实验中，可有效降低氮气耗量，缩短实验时间，降低运行成本和劳动强度，提高实验效率的方法，采用本专利技术，一次实验仅仅耗费20L高纯氮气，耗量减少了10 倍左右，时间仅需30s，缩短了10倍以上。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为采用循环检测方式下，本实用新型的一个实施例中的辐照实验装置的结构示意图；

图2为采用排放检测方式下，本实用新型的另一个实施例中辐照实验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1示出了根据本实用新型的一种辐照实验装置的实现形式，其中包括：

辐照盒2，其上设置有相配合的电子束产生设备1，在这种结构中，电子束产生设备用于产生相应的电子束，对辐照盒内的待测样品进行辐照固化或改性，而辐照盒用于将待测样品与外部环境进行隔绝，防止电子束产生的X 射线外泄；

用于向辐照盒内提供氮气的供气机构3，其被配置为氮气瓶或其它可以直接制造氮气的装置，用于向辐照盒提供保护用的氮气；

用于将辐照盒进行抽真空的真空泵4，其用于将辐照盒内进行抽真空，其作用在于减小辐照盒内的氧气含量，使得其在向辐照盒内输入氮气时，可以快速使其内的氮气含量达到预定值或是氧气含量低于预定值，节约氮气，控制成本，更进一步，在使用中对于材料辐照进行改性、消毒灭菌一类的无需氮气或其他惰性气体保护的样品实验，如在空气中直接辐照，会产生臭氧，对环境和操作人员有害，采用抽真空后，不充入氮气的辐照方式，则不会产生臭氧，也不消耗氮气，实用性更好；

其中，所述供气机构与辐照盒连通的第一管路9a上设置有第一阀门8；

所述真空泵与辐照盒连通的第二管路9b上设置有第二阀门7，通过在第一管路、第二管路上设置相配合的第一阀门、第二阀门，对其不同工序下供气机构和真空泵与辐照盒的连通状态进行控制，在这种方案中，通过对辐照盒进行结构设计，使得其相对于现有技术而言，其在使用过程中，通过在进行辐照以及充入氮气之前，先对辐照盒内抽真空操作，使得其内的氧气快速减少，使得氮气在充入辐照盒内时，内部氧气含量较少，故而使辐照盒内达到预定氮气含量的时间可以显著减少，比如：涂层的辐射固化，可以大幅度减少氮气的消耗量，实验成本低，实验的耗时短，效率高，更进一步地可以根据需要通过第一阀门的工作状态控制，使得辐照只在真空环境下进行，其原因在于空环境下，辐射固化实验，快速，低成本。开发高分子材料辐照改性实验时，由于无需氮气保护，可以在空气中辐照，但是要产生臭氧，采用本技术，抽真空后，进行辐照实验，无臭氧排放，不对环境和人员造成伤害。

如图1，在另一种实施例中，所述辐照盒上通过相配合第三管路9c设置有对其内含氧量进行检测的有对其内含氧量进行检测的第一氧含量检测仪6 或对其内氮气进行检测的第一测氮仪，其作用在于通过对辐照盒内的氧含量或氮气含量(浓度)进行检测，以适应不同辐射固化实验中对不同氧含量或氮浓度环境的需要；

其中，所述第三管路上还设置有辅助氮气在第三管路内进行循环的气体循环泵5，在这种方案中，通过第三管路的配置，在气体循环泵的推动下，将辐照盒内的气体向第一氧含量检测仪或第一测氮仪方向流动，对辐照盒内的氧含量或氮气含量进行检测，进而可以得知辐照盒内氧含量或氮气含量，而通过在第三管路9c的设置，使得抽出的气体以返回至辐照盒内形成循环，而在这个检测过程中，采用的是气体循环检测，整个过程无气体损耗。

其中，所述第三管路上设置有相配合的第一氧含量检测仪或第一测氮仪 6，可以换成其他特定气体含量检测仪，其用于实现在特殊气体环境下的辐照实验，其辐照盒内的气体组分比例可以设定，只需要配套相应的特定气体检测仪，进而具有更好的适应性；

其中，所述第一氧含量检测仪或第一测氮仪，首选方案是放置在射线铅屏蔽盒外部，通过第三管路进入射线屏蔽铅盒12与工作盒连通，避免X射线对第一氧含量检测仪或第一测氮仪造成辐照损伤。

如图2，在另一种实施例中，氮气进口在辐照区附近，紧靠引出窗，可在不预抽真空的条件下，外部高纯氮气进入后，直接先将辐照区内的氧气排挤出去，在辐照区局部形成高纯氮气环境，实现达到高纯氮气浓度的时间短，耗量少的目标；

所述辐照盒上设置有与外界连通的第四管路9d；

其中，所述第四管路上设置有相配合的第二氧含量检测仪或第二测氮仪 10，可以换成其他特定气体含量检测仪，其用于实现在特殊气体环境下的辐照实验，其辐照盒内的气体组分比例可以设定，只需要配套相应的气体检测仪，进而具有更好的适应性；

所述第四管路上的排气口上设置有相配合的风扇，其用于在排气口处对内部气体检测后的气体直排进行辅助；

所述第四管路上还设置有与第二氧含量检测仪或第二测氮仪相配合的第三阀门11，在这种结构中，通过不同阀门与第二氧含量检测仪或第二测氮仪的配合，可以在工作以及使用过程中，通过各阀门的状态切换，可以精确控制气体的成分及含量，有利于精确开发配方及今后工业化辐照工艺条件，同时通过另外设置的第四管路，配合第三阀门11，其用于做氮气检测的溢出量可控性好，其流量可以控制在小于1L/min。

其中，所述第二氧含量检测仪或第二测氮仪、风扇，首选方案是放置在射线铅屏蔽盒外部，通过第四管路进入射线屏蔽铅盒12与工作盒连通，避免 X射线对第二氧含量检测仪或第二测氮仪造成辐照损伤。

在另一种实施例中，所述第二管路或辐照盒的一侧还设置有对辐照盒内真空度进行检测的测量仪(未示出)，在这种方案中，通过测量仪的设置，可以适用于不同的操作实验场景中，以适应于不同的应用环境，具有更好的适应性，可操作性。

首选方案是将真空测量仪放置在射线铅屏蔽盒外部，通过管道与工作盒连通，避免X射线对真空测量仪造成辐照损伤。一种辐照实验装置的应用方法，包括：

将待辐照样品放入辐照盒中，关闭辐照盒上的样品进出料口；

将第一阀门设置为关闭状态，打开第二阀门，启动真空泵对辐照盒进行抽真空；

采用测量仪对辐照盒内真空度进行检测，以在真空度达到预定要求时，关闭第二阀门，在开发高分子材料辐照改性实验时，由于无需氮气保护，可以在空气中辐照，但是要产生臭氧，而应用本方案的技术在抽真空后进行辐照实验，不充入氮气的辐照方式，不会有臭氧排放，不消耗氮气，不对环境和人员造成伤害采用在真空环境下，可直接对样品进行辐射固化实验，具有快速，低成本的效果。

在另一种实施例中，在第二阀门关闭后，打开第一阀门，向辐照盒内部充入高纯氮气至预设值时，关闭第一阀门，然后启动电子束设备，对样品进行电子束辐射固化；

辐照完毕后，打开辐照盒的样品进出料门，取出样品，完成对样品的电子束辐射固化过程，在这种方案中，通过对于需要氮气保护的样品辐照实验，比如：涂层的辐射固化，可以大幅度减少氮气的消耗量，实验成本低，实验的耗时短，效率高。

在另一种实施例中，在向辐照盒内通入氮气时，气体循环泵驱动辐照盒中的气体，沿第三管路进行循环，流经第一氧含量检测仪或第一测氮仪时，完成辐照盒内气体含氧量氮气浓度的测量，以在氧含量低于预设值或氮浓度高于预设值时关闭第二阀门，采用这种方案进行循环检测，可以在辐照过程中根据需要实时检测氮气含量，进而保证其辐照环境的稳定性，也可以根据检测情况实时补充氮气，保证其辐照效果，在检测过程中使用氮气的循环检测，整个过程无氮气消耗，成本可控。

在另一种实施例中，在向辐照盒内通入氮气一定时间后打开第三阀门，以通过流经第四管路上的第二氧含量检测仪或第二测氮仪对辐照室内的气体含量进行检测，以在氧含量低于预设值或氮浓度高于预设值时关闭第二阀门，在这种方案中，通过第二氧含量检测仪或第二测氮仪，应用于排放式检测方式中，可以通过第三阀门的配合，实现小流量的氮气溢出检测，其溢出量 <1L/min，可控性好。

在另一种实施例中，辐照盒内的真空度通过相配合的测量仪进行检测，其实际在应用中，可以通过测量仪的作用对于辐照盒内的真空压力进行检测，以根据需要适应于在具体的工作场合或工作方式下，以在具体实施的不同工作方式下，对于氮气用量与用时之间进行取舍。

实施例：

如图1，辐照实验装置包括：电子束设备1，辐照盒2，氮气源3，真空泵4，气体循环泵5，氧含量检测仪6或测氮仪，真空阀门(第二阀门)7，氮气阀门(第一阀门)8，气体管道(第一管路9a、第二管路9b、第三管路 9c)，在具体实施过程中，本发明可通过与测量仪、各检测仪、各阀门、供气机构、真空泵、气体循环泵通信连接的控制设备，根据测量仪、检测仪检测到实时数据，对各阀门、供气机构、真空泵、气体循环泵的工作状态进行控制式切换，通过软件的控制，实现自动化控制，也可以根据需要通过人工观察检测仪器的数据，再采用手动的方式对各部件的工作方式进行控制。

所述辐照盒设计成其气体密封结构，样品进出口配置成真空密封结构门。

所述氮气源，通过气体管道9a，向辐照盒提供高纯度氮气；

所述真空泵，通过气体管道9b，对辐照盒内部抽真空，排除辐照盒、真空管道和气体管道内的气体；

所述气体循环泵，通过气体管道驱动辐照盒内部监测点部位的气体，沿着气体管道9c，流经氧气含量检测仪，再重新回到工作盒内部。气体进口(取样口)在电子束设备的引出窗附近，直接实时反映辐照区的气体含量。

所述氧含量检测仪，检测流经其内部的气体中氧气的含量。(也可以是氮气纯度检测仪)

所述氮气阀门，配置在辐照盒与氮气源之间，通过气体管道9a与辐照盒及氮气源联通。

所述真空阀门，配置在辐照盒与真空泵之间，通过气体管道9b与辐照盒及真空泵联通。

二、工作原理：

将待辐照样品放入辐照盒2中，关闭辐照盒2进出样品门，氮气阀门8 处于关闭状态，打开真空阀门7，启动真空泵4，通过气体管道9b对辐照盒 2抽真空，排除其内部空气，达到预设真空度时，关闭真空阀门7，开启氮气阀门8，通过气体管道9a向辐照盒2内部充入高纯氮气，至预设压力。此时，气体循环泵5驱动辐照盒中的气体，沿气体管道9c循环，流经氧含量检测仪 6或测氮仪时，完成气体含氧量氮气浓度的测量，氧含量低于预设值或氮浓度高于预设，关闭氮气阀门，然后启动电子束设备1，开始对样品进行电子束辐射固化，辐照完毕后，打开辐照盒样品进出料口，取出样品，完成样品电子束辐射固化过程。

如图1的装置配置，其用于氮气循环检测方式，其整个过程中几乎无氮气消耗。

如图2的装置配置，其用于排放式检测方式，采用小流量的方式实现氮气溢出检测，其检测过程中氮气的溢出量<1L/min，其相对于图1而言增加了一点氮气耗量，减少了一个气泵，增加了一个阀门。

实例例1，一次性地将辐照盒内的真空抽到小于50Pa，然后充入氮气，使得辐照盒内的氧含量小于100ppm，在这种方式下的氮气耗量最小，抽真空时间约为60s。

实施例2，先将辐照盒内的抽真空至2000Pa，充入氮气至一个大气压，然后再抽真空至2000Pa，再充入氮气至一个大气压，使得辐照盒内的氧含量小于100ppm。此方法，缩短氧含量达标的时间约10s，增加一倍的氮气耗量。

实施例3，只对辐照盒内进行抽真空操作，通过氧含量检测仪对辐照盒内的氧含量进行检测，以适应不同氧含量环境下的辐射固化实验，通过真空环境下，直接对样品进行辐射固化实验，具有快速，低成本。

以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种辐照实验装置，其特征在于，包括：

辐照盒，其上设置有相配合的电子束产生设备；

用于向辐照盒内提供氮气的供气机构；

用于将辐照盒进行抽真空的真空泵；

其中，所述供气机构与辐照盒连通的第一管路上设置有第一阀门；

所述真空泵与辐照盒连通的第二管路上设置有第二阀门。

2.如权利要求1所述的辐照实验装置，其特征在于，所述辐照盒上通过相配合第三管路设置有对其内含氧量进行检测的有对其内含氧量进行检测的第一氧含量检测仪或对其内氮气进行检测的第一测氮仪；

其中，所述第三管路上还设置有辅助氮气在第三管路内进行循环的气体循环泵。

3.如权利要求1所述的辐照实验装置，其特征在于，所述辐照盒上设置有与外界连通的第四管路；

其中，所述第四管路上设置有相配合的第二氧含量检测仪或第二测氮仪；

所述第四管路上的排气口上设置有相配合的风扇；

所述第四管路上还设置有与第二氧含量检测仪或第二测氮仪相配合的第三阀门。

4.如权利要求1所述的辐照实验装置，其特征在于，所述第二管路或辐照盒的一侧还设置有对辐照盒内真空度进行检测的测量仪。

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