DE112022004341T5

DE112022004341T5 - Strahlenquellen-Schutzbehälter mit ausrichtungsunabhängigem inneren Expansionsvolumen

Info

Publication number: DE112022004341T5
Application number: DE112022004341.5T
Authority: DE
Inventors: Shawn Gregory Ahlers; Randall L. Flower
Original assignee: Vega Americas Inc
Current assignee: Vega Americas Inc
Priority date: 2021-09-09
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2024-07-18
Also published as: DE112022004336T5; AU2022343565A1; GB2625229A; GB202403677D0; WO2023039214A1; CN118160049A; GB2625012A; WO2023039121A1; CN118077017A; GB202403757D0; AU2022343180A1

Abstract

Es wird ein Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 mit einem Gehäuse und einem Körper aus strahlenabschirmendem Material 54 bereitgestellt, der im Wesentlichen einen Innenhohlraum 52 des Gehäuses ausfüllt. Das Gehäuse und der Körper aus strahlenabschirmendem Material 54 bilden die Begrenzungen eines oder mehrerer Luftzwischenräume, die es der Masse aus strahlenabschirmendem Material 54 ermöglichen, sich innerhalb des Innenhohlraums des Gehäuses auszudehnen. Der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 beinhaltet ferner eine Strahlenquellen-Kapsel 48, welche in den Körper aus strahlenabschirmendem Material 54 eingelegt ist. Die Strahlenquellen-Kapsel 48 ist in der Lage, von einer radioaktiven Strahlenquelle 50 kommende Strahlen zu übertragen.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine nicht vorläufige Version der am 9. September 2021 eingereichten Vorläufigen U.S.-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 63/228,287, welche hierin in ihrer Gesamtheit miteingeschlossen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren, welche für den Fall, dass radioaktive Strahlenquellenmaterialien bei einem Brand oder einem ähnlichen Katastrophenereignis in Mitleidenschaft gezogen werden, darauf abzielen, eine Strahlenbelastung zu verhindern oder zu verringern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Unter rauen industriellen Einsatzbedingungen kann es wünschenswert sein, nukleare Füllstandmessgeräte zu verwenden, um den in einem Speichertank oder Behälter vorhandenen Produktfüllstand zu ermitteln. Nukleare Füllstandsensoren sind in der Regel an dem Speichertank oder -behälter angebracht und elektrisch mit Fernmessgeräten verbunden, die sich in einem Kontrollraum oder in einer anderen zentralen Räumlichkeit befinden, wo Techniker oder Steuersysteme den Zustand des Behälters im Hinblick auf eine angemessene Prozesssteuerung überwachen können.
Bei einem nuklearen Füllstandmessgerät wird eine Nuklearstrahlenquelle in einem Schutzbehälter an einer Seite des Behälters positioniert, dessen Füllstand erfasst werden soll. Auf der gegenüberliegenden Seite des Behälters befindet sich ein Nuklearstrahlendetektor. Die aus der Strahlenquelle austretende Strahlung hat die Form eines auf das Innere des Behälters gerichteten Strahlenbündels. Durch das in dem Behälter befindliche Produkt wird die darauf auftreffende Strahlung im Wesentlichen absorbiert. Basierend auf der in dem Behälter befindlichen Produktmenge durchdringt eine proportional entsprechende Menge der aus der Strahlenquelle kommenden Strahlenenergie den Behälter und trifft auf den Strahlendetektor auf, der sich auf der der Strahlenquelle gegenüberliegenden Seite des Behälters befindet. Da das in dem Behälter befindliche Produkt die darauf auftreffende Strahlung absorbiert und somit die Intensität des den Behälter durchdringenden Strahlenbündels verringert, ist die den Strahlendetektor anregende Strahlenmenge umgekehrt proportional zu der in dem Behälter befindlichen Produktmenge. Durch die Strahlung, die den Detektor erreicht, werden im Detektor typischerweise szintillierende Lichtblitze erzeugt. Die Anzahl der Lichtblitze verhält sich proportional zu der Intensität der einfallenden Strahlung. Ein hochempfindlicher Lichtsensor wandelt die Lichtblitze in elektrische Impulse um, die von einer Elektronik verstärkt und ausgewertet werden, um ein Messergebnis für die in dem Behälter befindliche Produktmenge zu erzeugen.
Aufgrund der Gefährlichkeit der Strahlungsenergiequelle muss der Strahlenquellen-Schutzbehälter in einem nuklearen Füllstandmessgerät strengen Sicherheitsnormen entsprechen. Diese Sicherheitsnormen schreiben vor, dass der Strahlenquellen-Schutzbehälter selbst bei einem Katastrophenereignis, wie z. B. einem Sturz des Strahlenquellen-Schutzbehälters aus großer Höhe oder einem Großbrand, die Freisetzung von Strahlung aus der Strahlenquellen-Kapsel verhindern muss. Das Innere herkömmlicher Strahlenquellen-Schutzbehälter enthält zumeist Blei, das zur Abschirmung der Strahlung dient. Das in dem Strahlenquellen-Schutzbehälter enthaltene Blei stellt zwar unter normalen Betriebsbedingungen eine wirksame Abschirmung vor einer Belastung durch unbeabsichtigt nach außen dringende Strahlung dar, doch kann es aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts von Blei nach einem Brand zu Defekten an der Bleiabschirmung kommen. Mehrere herkömmliche Strahlenquellen-Schutzbehälter sind mit einem Gehäuse aus Stahl ausgestattet, das einen höheren Schmelzpunkt als Blei aufweist. Diese Strahlenquellen-Schutzbehälter enthalten häufig eine Hilfsluftkammer zum Ausgleich des Drucks, der durch das sich ausdehnende Blei entsteht. Die Hilfsluftkammer trägt außerdem dazu bei, eine Rissbildung an dem Gehäuse zu verhindern.
Ein Strahlenquellen-Schutzbehältergehäuse mit einer solchen Hilfsluftkammer bietet jedoch keine ausreichende Strahlenabschirmung beim Eintreten von Katastrophenereignissen. So kann beispielsweise ein Strahlenquellen-Schutzbehälter an einer Seite eines Behälters montiert sein. Im Brandfall kann der Strahlenquellen-Schutzbehälter von seiner Montagestelle herunterfallen und/oder extremen Temperaturen (z. B. Temperaturen von über 800° C) ausgesetzt werden. Wenn der Strahlenquellen-Schutzbehälter in einer Ausrichtung landet, die sich von der Ausrichtung, in welcher er montiert war, unterscheidet, stellt die äußere Luftkammer eine unzureichende und/oder unwirksame Strahlenabschirmung bereit. Überdies kann es sein, dass wenn beim Herunterfallen des Strahlenquellen-Schutzbehälters die Struktur der äußeren Luftkammer beschädigt wird, die äußere Luftkammer keine effiziente und/oder wirksame Strahlenabschirmung mehr bereitstellt.
Um unter allen möglichen Bedingungen eine wirksame Abschirmung innerhalb eines Strahlenquellen-Schutzbehälters aufrechtzuerhalten, ist es demgemäß wünschenswert, über einen Strahlenquellen-Schutzbehälter zu verfügen, der während eines Brandes die Ausdehnung von strahlenabschirmendem Material innerhalb des Strahlenquellen-Schutzbehälters sowie eine angemessene Abschirmung gegenüber einer Belastung durch nach außen dringende Strahlung erlaubt. Darüber hinaus ist es wünschenswert, über einen Strahlenquellen-Schutzbehälter zu verfügen, der ungeachtet der Ausrichtung oder Positionierung des Strahlenquellen-Schutzbehälters eine wirksame Strahlenabschirmung bereitstellt.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Der hier beschriebene Strahlenquellen-Schutzbehälter stellt eine Verbesserung gegenüber vorbekannten Strahlenquellen-Schutzbehältern dar, indem für den Fall eines Brandes eine Struktur zum Umschließen und/oder Leiten von geschmolzenem Abschirmmaterial innerhalb des Strahlenquellen-Schutzbehälters vorgesehen ist.
Gemäß mancher Ausführungsformen ist ein Strahlenquellen-Schutzbehälter mit einem Gehäuse und einem Körper aus strahlenabschirmendem Material vorgesehen, der im Wesentlichen einen Innenhohlraum des Gehäuses ausfüllt. Das Gehäuse und der Körper aus strahlenabschirmendem Material bilden die Begrenzungen eines oder mehrerer Luftzwischenräume, die es der Masse aus strahlenabschirmendem Material ermöglichen, sich innerhalb des Innenhohlraums des Gehäuses auszudehnen. Der Strahlenquellen-Schutzbehälter beinhaltet ferner eine Strahlenquellen-Kapsel, welche in den Körper aus strahlenabschirmendem Material eingelegt ist. Die Strahlenquellen-Kapsel ist in der Lage, von einer radioaktiven Strahlenquelle kommende Strahlen zu übertragen.
Gemäß mancher Ausführungsformen können das Gehäuse und der Körper aus strahlenabschirmendem Material Begrenzungen eines inneren Expansionsvolumens definieren. Gemäß mancher Ausführungsformen kann das innere Expansionsvolumen das Abschirmmaterial umlaufend umgeben. Gemäß mancher Ausführungsformen kann der Körper aus Abschirmmaterial ein kuppelförmiges Ende aufweisen, das eine erste Begrenzung des inneren Expansionsvolumens definiert. Gemäß mancher Ausführungsformen kann das Gehäuse einen abgeschrägten Innenraum aufweisen, der eine oder mehrere weitere Begrenzungen des inneren Expansionsvolumens definiert.
Gemäß mancher Ausführungsformen kann der Körper aus Abschirmmaterial ein kuppelförmiges Ende aufweisen, das eine erste Begrenzung des inneren Expansionsvolumens definiert. Gemäß mancher Ausführungsformen kann eine Bodenplatte des Gehäuses eine zweite Begrenzung des inneren Expansionsvolumens definieren. Gemäß mancher Ausführungsformen kann eine Seitenplatte des Gehäuses eine dritte Begrenzung des inneren Expansionsvolumens definieren.
Überdies, oder alternativ dazu, können das Gehäuse und der Körper aus strahlenabschirmendem Material Begrenzungen einer Bestrahlungsöffnung definieren. Gemäß mancher Ausführungsformen kann das innere Expansionsvolumen die Bestrahlungsöffnung umlaufend umgeben. Gemäß mancher Ausführungsformen kann der Körper aus Abschirmmaterial einen kugelförmigen Mittelbereich aufweisen, der eine Begrenzung der Bestrahlungsöffnung definiert. Gemäß mancher Ausführungsformen kann der Körper aus Abschirmmaterial einen trichterförmigen Mittelbereich aufweisen, der eine Begrenzung der Bestrahlungsöffnung definiert.
Die Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen und deren Beschreibung weiter verdeutlicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben erwähnten Vorteile und Merkmale der Erfindung und deren Ausführungsformen erschließen sich näher aus der detaillierten Beschreibung der nachfolgenden Zeichnungen, in denen Folgendes gezeigt ist:

1 zeigt eine Schnittansicht eines herkömmlichen Strahlenquellen-Schutzbehälters.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Strahlenquellen-Schutzbehälters gemäß der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Strahlenquellen-Schutzbehälters gemäß der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt eine im Querschnitt dargestellte perspektivische Ansicht des Strahlenquellen-Schutzbehälters gemäß der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.
5 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer Ladevorrichtung, die für die Einbringung in den Strahlenquellen-Schutzbehälter gemäß der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung ausgerichtet ist.
6A zeigt eine Querschnittsansicht des Strahlenquellen-Schutzbehälters, der gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung infolge eines Brandes in einer ersten Ausrichtung positioniert ist.
6B zeigt eine Querschnittsansicht des Strahlenquellen-Schutzbehälters, der gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung infolge eines Brandes in einer zweiten Ausrichtung positioniert ist.
6C zeigt eine Querschnittsansicht des Strahlenquellen-Schutzbehälters, der gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung infolge eines Brandes in einer dritten Ausrichtung positioniert ist.
6D zeigt eine Querschnittsansicht des Strahlenquellen-Schutzbehälters, der gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung infolge eines Brandes in einer vierten Ausrichtung positioniert ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Schnittansicht eines herkömmlichen Strahlenquellen-Schutzbehälters 10 mit einer repräsentativen Anordnung von Blei nach einem Brand. Bei diesem Beispiel beinhaltet der herkömmliche Strahlenquellen-Schutzbehälter 10 eine Strahlenquellen-Kapsel 12, die in einer Strahlenquellen-Aufnahme 14 montiert ist. Ein in einer geschlossenen Stellung gezeigter Verschluss 16 erstreckt sich zwischen der Strahlenquellen-Kapsel 12 und einer Außenwand 18 des herkömmlichen Strahlenquellen-Schutzbehälters 10. In dem Verschluss 16 ist eine hier zwar nicht gezeigte Durchbrechung für den Durchgang eines von der Strahlenquellen-Kapsel 12 ausgehenden Strahlenbündels in einen daran angebrachten Silo ausgebildet, wenn sich der Verschluss in einer offenen Stellung befindet. Der Rest des Verschlusses 16 ist, wie durch die schattierten Bereiche angezeigt, mit Blei 20 gefüllt, das zur Abschirmung gegen einen Strahlenaustritt an anderen Stellen als durch die Durchbrechung hindurch dient. Während eines Brandes oder eines sonstigen Ereignisses mit extremer Hitzeentwicklung schmilzt das im Inneren des herkömmlichen Strahlenquellen-Schutzbehälters 10 befindliche Blei 20, was zunächst eine Ausdehnung des Bleis bewirkt. Wenn das Blei 20 schmilzt, nimmt die äußere Luftkammer 22 das expandierende Volumen und den Druckanstieg des geschmolzenen Bleis 20 auf, ohne dass dabei der herkömmliche Strahlenquellen-Schutzbehälter 10 in Mitleidenschaft gezogen wird. Während des Abkühlvorgangs zieht sich die Bleiabschirmung zusammen, wodurch sich im Inneren des herkömmlichen Strahlenquellen-Schutzbehälters 10 an unbeabsichtigten Stellen Hohlräume 24 bilden. Überdies kann es durch eine ungleichmäßige Abkühlung und durch die Schwerkraft zur Ausbildung von Kratern 26 in der Bleiabschirmung kommen. Wenn sich ein solcher Krater 26 in der Nähe der Strahlenquellen-Kapsel 12 bildet, so kann es infolge der durch den Krater 26 verursachten verminderten Abschirmung zu einem erhöhten Risiko einer Strahlenbelastung nach außen kommen, wie dies durch die Pfeile 28 angezeigt ist. Wenn darüber hinaus der herkömmliche Strahlenquellen-Schutzbehälter 10 während eines Brands herabfällt und in einer Ausrichtung landet, die sich von der Ausrichtung, in welcher er montiert war, unterscheidet, stellt die äußere Luftkammer eine unzureichende und/oder unwirksame Strahlenabschirmung bereit.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 gemäß der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung. Der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 umfasst eine zylindrische Stützwand 32 und eine äußere Bodenplatte 34. Die zylindrische Stützwand 32, die äußere Bodenplatte 34 und eine innere Bodenplatte 44 (in 3 gezeigt) bilden zusammen ein Gehäuse des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30. Gemäß mancher Ausführungsformen können eine oder mehrere Stützplatten 36 an der zylindrischen Stützwand 32 platziert sein, um eine zusätzliche Stützwirkung bereitzustellen. Gemäß mancher Ausführungsformen können ein oder mehrere Griffe 38 an der zylindrischen Stützwand 32 platziert sein. Die zylindrische Stützwand 32, die äußere Bodenplatte 34, die eine oder die mehreren Stützplatten 36, und/oder der eine oder die mehreren Griffe 38 können aus Stahl oder aus einem anderen, ähnlichen Material bestehen, das einen sehr hohen Schmelzpunkt aufweist.
Der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 dient in erster Linie dem Zweck der Unterbringung einer radioaktiven Strahlenquelle. In bestimmten Fällen kann der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 dazu verwendet werden, den Produktfüllstand in einem Behälter zu messen. Beispielsweise kann der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 derart an einem Kessel oder Behälter angebracht werden, dass die äußere Bodenplatte 34 an dem Kessel oder Behälter anmontiert oder fixiert ist. Eine radioaktive Strahlenquelle wie etwa ein radioaktives Isotop kann in einer radioaktiven Strahlenquellen-Kapsel platziert sein und die radioaktive Strahlenquellen-Kapsel kann in einen Strahlenquellen-Durchgang 40 eingesetzt oder darin platziert sein. Zum Messen des Produktfüllstands in dem Behälter kann ein Rotormechanismus 42 von einer AUS-Stellung in eine EIN-Stellung gedreht werden, indem der Rotormechanismus 42 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Dadurch wird die Strahlenquellen-Kapsel derart mit einer Bestrahlungsöffnung 58 (in den 3-5 gezeigt) zur Ausrichtung gebracht, dass die Strahlung durch die Bestrahlungsöffnung und durch den Behälter hindurchtritt. Auf der anderen Seite des Behälters sind Strahlendetektoren, wie etwa Szintillationskristalle, positioniert. Die Strahlendetektoren erzeugen Lichtphotonen, wenn sie der Strahlung ausgesetzt werden. Ein Lichtsensor, z. B. eine Photomultiplier-Röhre (PMT), kann mit jedem Strahlendetektor gekoppelt sein und die von dem Strahlendetektor ausgehenden Lichtphotonen detektieren. Der Lichtsensor kann dann ein Signal erzeugen, das die auf den Strahlendetektor auftreffende Strahlenmenge angibt. Diese Signale variieren in Abhängigkeit von der in dem Behälter vorhandenen Produktmenge und können daher verstärkt und von einem Computer verarbeitet werden, um die Produktmenge in dem Behälter zu ermitteln.
3 zeigt eine Querschnittsansicht des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 gemäß der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung. In 3 ist zum Beispiel ein Querschnitt des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 entlang der Linie 3-3 (wie in 2 gezeigt) veranschaulicht. Wie weiter oben beschrieben, umfasst der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 die zylindrische Stützwand 32 und eine Bodenplatte (z. B. umfassend die äußere Bodenplatte 34 und die innere Bodenplatte 44). Die Stützwand 32 und die Bodenplatte bilden zusammen das Gehäuse des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30. Gemäß mancher Ausführungsformen kann die innere Bodenplatte 44 eine Dicke oder Breite aufweisen, die geringer ist als eine entsprechende Dicke oder Breite der zylindrischen Stützwand 32 und/oder der äußeren Bodenplatte 34. Die Dicke oder Breite kann so gewählt werden, dass die Strahlung durch die Bodenplatte 44 hindurch (und z. B. zu einem Behälter auf der anderen Seite) abgegeben werden kann.
Eine Ladevorrichtung 46, die eine Strahlenquellen-Kapsel 48 umfasst, kann im Inneren des Strahlenquellen-Durchgangs 40 angebracht sein. Die Strahlenquellen-Kapsel 48 stellt ein Gehäuse für eine radioaktive Strahlenquelle 50 bereit. Bei der radioaktiven Strahlenquelle 50 kann es sich um ein radioaktives Isotop oder um eine andere Art von radioaktiver Strahlenquelle handeln.
Der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 kann einen abgedichteten Innenhohlraum 52 beinhalten. Der abgedichtete Innenhohlraum 52 kann einen Bereich beinhalten, der mit Abschirmmaterial 54 gefüllt ist, und kann eine Reihe von Luftzwischenräumen beinhalten, die kein solches Abschirmmaterial 54 enthalten. Der mit dem Abschirmmaterial 54 gefüllte Bereich kann die Strahlenquellen-Kapsel 48 im Wesentlichen umgeben. Gemäß mancher Ausführungsformen kann es sich bei dem Abschirmmaterial 54 um Blei handeln. Gemäß mancher Ausführungsformen kann es sich bei dem Abschirmmaterial 54 um eine andere Art von in der Technik bekanntem Abschirmmaterial handeln, ohne dass dadurch von dem Umfang der Erfindung abgewichen wird. Das Abschirmmaterial 54 dient der Abschirmung, um eine Strahlenbelastung hintanzuhalten oder die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer solchen zu verringern.
Die Reihe von Luftzwischenräumen innerhalb des abgedichteten Innenhohlraums 52 kann ein inneres Expansionsvolumen 56 und eine Bestrahlungsöffnung 58 miteinschließen. Bei der Bestrahlungsöffnung 58 kann es sich um einen Luftzwischenraum handeln, der in das Abschirmmaterial 54 eingegossen ist, um einen Frei- oder Fensterraum bereitzustellen, durch den hindurch die Strahlung entweichen kann. So kann beispielsweise, wenn der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 zur Messung des Inhalts eines Behälters verwendet wird, die Strahlung durch die Bestrahlungsöffnung 58 und anschließend durch den Behälter hindurchgehen.
Die Form der Bestrahlungsöffnung 58 kann basierend auf den Begrenzungen, die durch das Abschirmmaterial 54 festgelegt sind, und/oder basierend auf Begrenzungen des Gehäuses definiert sein. So kann beispielsweise eine Masse des Abschirmmaterials 54 einen kugelförmigen Mittelbereich aufweisen, der eine kugelförmige Begrenzung der Bestrahlungsöffnung 58 definiert. Überdies kann das Gehäuse eine seitliche Begrenzung der Bestrahlungsöffnung 58 definieren. Beispielsweise kann die Bodenplatte 44 eine seitliche Begrenzung der Bestrahlungsöffnung 58 definieren. Gemäß mancher Ausführungsformen kann eine innere Beschichtung, welche die Bestrahlungsöffnung 58 von dem Strahlenquellen-Durchgang 40 trennt, eine weitere seitliche Begrenzung der Bestrahlungsöffnung 58 definieren. Die Form des Mittelbereichs des Abschirmmaterials 54 (und somit die Form der Bestrahlungsöffnung 58) kann eine Kugel, ein Zylinder, eine Kuppel, ein Trichter und/oder eine andersgeartete Form sein.
Bei dem inneren Expansionsvolumen 56 kann es sich um einen Luftzwischenraum mit einer Form handeln, welche basierend auf den Begrenzungen definiert ist, die durch das Gehäuse und/oder durch das Abschirmmaterial 54 festgelegt sind. So kann beispielsweise eine Masse des Abschirmmaterials 54 ein kuppelförmiges Ende aufweisen, das eine erste Begrenzung des inneren Expansionsvolumens 56 definiert. Überdies kann das Gehäuse einen abgeschrägten Innenraum aufweisen, der eine oder mehrere weitere Begrenzungen des inneren Expansionsvolumens 56 definiert. Zum Beispiel kann eine Bodenplatte 44 eine zweite Begrenzung des inneren Expansionsvolumens 56 definieren und kann eine Seitenplatte 32 eine dritte Begrenzung des inneren Expansionsvolumens 56 definieren.
Gemäß mancher Ausführungsformen kann das innere Expansionsvolumen 56 einen Luftzwischenraum darstellen, der das Abschirmmaterial 54 umlaufend umgibt. Gemäß mancher Ausführungsformen kann das innere Expansionsvolumen 56 einen Luftzwischenraum darstellen, der die Bestrahlungsöffnung 58 umlaufend umgibt.
Das innere Expansionsvolumen 56 kann derart ausgebildet sein, dass der abgedichtete Innenhohlraum 52 des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 die Ausdehnung des Abschirmmaterials 54 aufnehmen kann. Im Fall eines Brandes kann sich beispielsweise geschmolzenes Abschirmmaterial 54, wie etwa geschmolzenes Blei, innerhalb des abgedichteten Innenhohlraums 52 verschieben und ausdehnen. In diesem Fall kann das innere Expansionsvolumen 56 die Bewegung und Ausdehnung des geschmolzenen Bleis innerhalb des abgedichteten Innenhohlraums 52 ermöglichen. Dadurch werden die durch die Ausdehnung des Bleis entstehenden Innendrücke minimiert, wird die Gefahr einer Rissbildung im Gehäuse verringert und kann auf eine zusätzliche, am Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 angebrachte Hilfsluftkammer verzichtet werden. Außerdem ermöglicht das innere Expansionsvolumen 56, indem es die Bestrahlungsöffnung 58 umlaufend umgibt, die Bewegung und Ausdehnung des geschmolzenen Bleis, und zwar unabhängig von der Ausrichtung des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30. Insofern könnte der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 im Zuge eines Brandes herunterfallen und in einer anderen Ausrichtung landen, und der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 würde immer noch eine ausreichende Strahlenabschirmung bieten. Beispielhafte Ausrichtungen sind in Verbindung mit den aufgeführt.
Gemäß mancher Ausführungsformen können die Luftzwischenräume des abgedichteten Innenhohlraums 52 unter Verwendung eines Positioniervorrichtungssatzes gebildet werden. Beispielsweise kann eine Innenexpansionsvolumen-Positioniervorrichtung derart im Inneren des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 platziert werden, dass die Positioniervorrichtung innerhalb des abgedichteten Innenhohlraums 52 in dem als inneres Expansionsvolumen 56 gezeigten Bereich positioniert ist. Eine oder mehrere andere Positioniervorrichtungen können zur Ausbildung anderer Bauteile des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 verwendet werden (z. B. eine Bestrahlungsöffnungs-Positioniervorrichtung, eine Strahlenquellendurchgangs-Positioniervorrichtung usw.). Anschließend wird geschmolzenes Abschirmmaterial 54 (z. B. geschmolzenes Blei) derart in den Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 eingegossen, dass das geschmolzene Blei das Innere des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 ausfüllt. Wenn das Blei abgekühlt ist, kann der Positioniervorrichtungssatz entfernt werden. Es können beispielsweise die Innenexpansionsvolumen-Positioniervorrichtung und die Bestrahlungsöffnungs-Positioniervorrichtung entfernt werden, wodurch das innere Expansionsvolumen 56 und die Bestrahlungsöffnung 58 geschaffen werden.
Auf diese Weise bietet das innere Expansionsvolumen 56 des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 eine wirksame Strahlenabschirmung, und zwar selbst dann, wenn ein Katastrophenereignis eintritt, wie z. B. ein Brand oder ein Herunterfallen aus großer Höhe, und selbst dann, wenn sich die Position oder Ausrichtung des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 ändert. Durch den Wegfall einer externen Luftkammer lassen sich die Herstellungskosten des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 senken und lässt sich gleichzeitig die Strahlenabschirmung insgesamt verbessern.
4 zeigt eine im Querschnitt dargestellte perspektivische Ansicht des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 gemäß der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung. In 4 ist zum Beispiel ein Querschnitt des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 entlang der Linie 4-4 (wie in 2 gezeigt) veranschaulicht.
5 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer Ladevorrichtung 60, die für die Einbringung in den Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 gemäß der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung ausgerichtet ist. Die radioaktive Strahlenquelle 50 kann in der Strahlenquellen-Kapsel 48 eingeschlossen sein, die ihrerseits lösbar in der Ladevorrichtung 60 gehalten wird. Die Ladevorrichtung 60 erleichtert das Einsetzen der Strahlenquellen-Kapsel 48 in den Strahlen-quellen-Schutzbehälter 30 bzw. das Entnehmen aus diesem, wie dies im Folgenden näher beschrieben wird.
Die Ladevorrichtung 60 umfasst ein stellgliedseitiges Ende 62, ein Verlängerungsstück 64 und eine Strahlenquellen-Aufnahme 66. Wie weiter oben beschrieben, beinhaltet die Strahlenquellen-Kapsel 48 eine radioaktive Strahlenquelle 50, die durch eine Mehrzahl von Abdichtkomponenten innerhalb der Kapsel eingefasst ist. Die Strahlenquellen-Kapsel 48 wird lösbar in einer Öffnung 70 in der Strahlenquellen-Aufnahme 66 gehalten.
Zum Laden der Strahlenquellen-Kapsel 48 in den Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 wird die Längsmittellinie der Strahlenquellen-Kapsel mit der Längsmittellinie der Strahlenquellen-Aufnahmeöffnung 70 ausgerichtet. Die Ladevorrichtung 60 kann an dem stellgliedseitigen Ende 62 gefasst werden, um das Strahlenquellen-Aufnahmeende der Vorrichtung über die Strahlenquellen-Kapsel 48 zu bewegen und dort dann so weit abzusenken, bis das proximale Ende der Strahlenquellen-Kapsel im Wesentlichen mit dem proximalen Ende der Strahlenquellen-Auf-nahme 66 bündig ist. Wenn sich die Strahlenquellen-Kapsel 48 in der Strahlenquellen-Aufnahmeöffnung 70 befindet, kann die Ladevorrichtung 60 in die Öffnung 70 eingesetzt werden. Mit Hilfe des stellgliedseitigen Endes 62 kann die Ladevorrichtung 60 so weit in die von dem Pfeil 72 angezeigte Richtung in den Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 eingeführt werden, bis das proximale Ende der Ladevorrichtung 60 die Bleiabschirmung am proximalen Ende der Öffnung 70 berührt.
Sobald die Strahlenquellen-Kapsel 48 in den Strahlenquellen-Durchgang 40 geladen ist, führen Drehungen des Rotormechanismus 42 zu entsprechenden Drehungen der Ladevorrichtung 60. Dadurch kann die Strahlenquellen-Kapsel 48 durch eine Drehbewegung mit der Bestrahlungsöffnung 58 ausgerichtet werden und auch wieder aus dieser Ausrichtposition herausgedreht werden. Zum Beispiel kann die Strahlenquellen-Kapsel 48 eine Grundstellung einnehmen, die nicht mit der Bestrahlungsöffnung 58 ausgerichtet ist und somit eine Strahlenabschirmung bietet. Wenn allerdings der Inhalt eines Behälters gemessen werden soll, kann die Strahlenquellen-Kapsel 48 derart gedreht werden, dass sie mit der Bestrahlungsöffnung 58 ausgerichtet ist.
Die 6A-6D veranschaulichen Querschnittsansichten des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30, der infolge eines Brandes in mehreren Ausrichtungen positioniert ist. Der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 ist zwar in mehreren Ausrichtungen gezeigt, es versteht sich jedoch von selbst, dass diese Ausrichtungen nur beispielhaft angegeben sind und die genaue Positionierung des Bleis und/oder die genaue Menge des verwendeten Bleis nur als veranschaulichendes Beispiel dargestellt ist.
6A zeigt eine Querschnittsansicht des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30, der gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung infolge eines Brandes in einer ersten Ausrichtung positioniert ist. Bei einem Brand bringen extreme Temperaturen, typischerweise über 800° C, das Abschirmmaterial 54 im Inneren des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 zum Schmelzen. Wenn das Abschirmmaterial 54 schmilzt, dehnt sich das Blei zunächst aus und füllt das Innere des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30. In dem gezeigten Beispiel, in dem sich der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 in der ersten Ausrichtung befindet, kann ein Brand dazu führen, dass geschmolzenes Abschirmmaterial 54 den abgedichteten Innenhohlraum 52 füllt. Wenn das geschmolzene Abschirmmaterial 54 abzukühlen beginnt, kann sich das Abschirmmaterial 54 zusammenziehen und sich unter dem Einfluss der Schwerkraft absetzen. In diesem Beispiel hat der Brand effektiv dazu geführt, dass das innere Expansionsvolumen 56 und die Bestrahlungsöffnung 58 durch einen Luftzwischenraum ersetzt wurden, der durch die weiße Fläche oberhalb des Abschirmmaterials 54 angezeigt wird. Da das innere Expansionsvolumen 56 die Bestrahlungsöffnung 58 jedoch um den Umfang herum umgab, konnte das Abschirmmaterial 54 schmelzen/expandieren, abkühlen, sich zusammenziehen und absetzen, ohne dass es dabei zu einer Ausbildung von Hohlräumen oder Kratern kam, die zu einer unzureichenden Strahlenabschirmung führen könnten.
6B zeigt eine Querschnittsansicht des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30, der gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung infolge eines Brandes in einer zweiten Ausrichtung positioniert ist. Bei einem Brand bringen extreme Temperaturen, typischerweise über 800° C, das Abschirmmaterial 54 im Inneren des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 zum Schmelzen. Wenn das Abschirmmaterial 54 schmilzt, dehnt sich das Blei zunächst aus und füllt das Innere des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30. In dem gezeigten Beispiel, in dem sich der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 in der zweiten Ausrichtung befindet, kann ein Brand dazu führen, dass geschmolzenes Abschirmmaterial 54 den abgedichteten Innenhohlraum 52 füllt. Wenn das geschmolzene Abschirmmaterial 54 abzukühlen beginnt, kann sich das Abschirmmaterial 54 zusammenziehen und sich unter dem Einfluss der Schwerkraft absetzen. In diesem Beispiel hat der Brand effektiv dazu geführt, dass das innere Expansionsvolumen 56 und die Bestrahlungsöffnung 58 durch einen Luftzwischenraum ersetzt wurden, der durch die weiße Fläche oberhalb des Abschirmmaterials 54 angezeigt wird. Da das innere Expansionsvolumen 56 die Bestrahlungsöffnung 58 jedoch umlaufend umgab, konnte das Abschirmmaterial 54 schmelzen/expandieren, abkühlen, sich zusammenziehen und absetzen, ohne dass es dabei zu einer Ausbildung von Hohlräumen oder Kratern kam, die zu einer unzureichenden Strahlenabschirmung führen könnten.
6C zeigt eine Querschnittsansicht des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30, der gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung infolge eines Brandes in einer dritten Ausrichtung positioniert ist. Bei einem Brand bringen extreme Temperaturen, typischerweise über 800° C, das Abschirmmaterial 54 im Inneren des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 zum Schmelzen. Wenn das Abschirmmaterial 54 schmilzt, dehnt sich das Blei zunächst aus und füllt das Innere des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30. In dem gezeigten Beispiel, in dem sich der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 in der dritten Ausrichtung befindet, kann ein Brand dazu führen, dass geschmolzenes Abschirmmaterial 54 den abgedichteten Innenhohlraum 52 füllt. Wenn das geschmolzene Abschirmmaterial 54 abzukühlen beginnt, kann sich das Abschirmmaterial 54 zusammenziehen und sich unter dem Einfluss der Schwerkraft absetzen. In diesem Beispiel hat der Brand effektiv dazu geführt, dass das innere Expansionsvolumen 56 und die Bestrahlungsöffnung 58 durch einen Luftzwischenraum ersetzt wurden, der durch die weiße Fläche oberhalb des Abschirmmaterials 54 angezeigt wird. Da das innere Expansionsvolumen 56 die Bestrahlungsöffnung 58 jedoch umlaufend umgab, konnte das Abschirmmaterial 54 schmelzen/expandieren, abkühlen, sich zusammenziehen und absetzen, ohne dass es dabei zu einer Ausbildung von Hohlräumen oder Kratern kam, die zu einer unzureichenden Strahlenabschirmung führen könnten.
6D zeigt eine Querschnittsansicht des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30, der gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung infolge eines Brandes in einer vierten Ausrichtung positioniert ist. Bei einem Brand bringen extreme Temperaturen, typischerweise über 800° C, das Abschirmmaterial 54 im Inneren des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30 zum Schmelzen. Wenn das Abschirmmaterial 54 schmilzt, dehnt sich das Blei zunächst aus und füllt das Innere des Strahlenquellen-Schutzbehälters 30. In dem gezeigten Beispiel, in dem sich der Strahlenquellen-Schutzbehälter 30 in der vierten Ausrichtung befindet, kann ein Brand dazu führen, dass geschmolzenes Abschirmmaterial 54 den abgedichteten Innenhohlraum 52 füllt. Wenn das geschmolzene Abschirmmaterial 54 abzukühlen beginnt, kann sich das Abschirmmaterial 54 zusammenziehen und sich unter dem Einfluss der Schwerkraft absetzen. In diesem Beispiel hat der Brand effektiv dazu geführt, dass das innere Expansionsvolumen 56 und die Bestrahlungsöffnung 58 durch einen Luftzwischenraum ersetzt wurden, der durch die weiße Fläche oberhalb des Abschirmmaterials 54 angezeigt wird. Da das innere Expansionsvolumen 56 die Bestrahlungsöffnung 58 jedoch umlaufend umgab, konnte das Abschirmmaterial 54 schmelzen/expandieren, abkühlen, sich zusammenziehen und absetzen, ohne dass es dabei zu einer Ausbildung von Hohlräumen oder Kratern kam, die zu einer unzureichenden Strahlenabschirmung führen könnten.
Die vorliegende Erfindung ist im Zusammenhang mit mehreren Ausführungsformen beschrieben worden und auf einige dieser Ausführungsformen wurde detaillierter eingegangen. Der Umfang der Erfindung soll jedoch durch diese Ausführungsformen, die als beispielhaft und nicht als ausschließlich anzusehen sind, nicht eingeschränkt werden. Der Umfang der beanspruchten Erfindung wird vielmehr in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Strahlenquellen-Schutzbehälter umfassend: ein Gehäuse; eine Masse aus strahlenabschirmendem Material, welche einen Innenhohlraum des Gehäuses im Wesentlichen füllt, wobei das Gehäuse und der Körper aus strahlenabschirmendem Material die Begrenzungen eines oder mehrerer Luftzwischenräume definieren, die es der Masse aus strahlenabschirmendem Material ermöglichen, sich innerhalb des Innenhohlraums des Gehäuses auszudehnen; und eine Strahlenquellen-Kapsel, welche in den Körper aus strahlenabschirmendem Material eingelegt ist, wobei die Strahlenquellen-Kapsel in der Lage ist, von einer radioaktiven Strahlenquelle kommende Strahlen zu übertragen.
Strahlenquellen-Schutzbehälter nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse und der Körper aus strahlenabschirmendem Material Begrenzungen eines inneren Expansionsvolumens definieren.
Strahlenquellen-Schutzbehälter nach Anspruch 2, wobei der Körper aus Abschirmmaterial ein kuppelförmiges Ende aufweist, das eine erste Begrenzung des inneren Expansionsvolumens definiert, und wobei es sich bei dem Gehäuse um einen abgeschrägten Innenraum handelt, welcher eine oder mehrere weitere Begrenzungen des inneren Expansionsvolumens definiert.
Strahlenquellen-Schutzbehälter nach Anspruch 2, wobei der Körper aus Abschirmmaterial ein kuppelförmiges Ende aufweist, das eine erste Begrenzung des inneren Expansionsvolumens definiert, wobei eine Bodenplatte des Gehäuses eine zweite Begrenzung des inneren Expansionsvolumens definiert und wobei eine Seitenplatte des Gehäuses eine dritte Begrenzung des inneren Expansionsvolumens definiert.
Strahlenquellen-Schutzbehälter nach Anspruch 2, wobei das innere Expansionsvolumen das Abschirmmaterial umlaufend umgibt.
Strahlenquellen-Schutzbehälter nach Anspruch 2, wobei das Gehäuse und der Körper aus strahlenabschirmendem Material Begrenzungen einer Bestrahlungsöffnung definieren.
Strahlenquellen-Schutzbehälter nach Anspruch 6, wobei das innere Expansionsvolumen die Bestrahlungsöffnung umlaufend umgibt.
Strahlenquellen-Schutzbehälter nach Anspruch 6, wobei der Körper aus Abschirmmaterial einen kugelförmigen Mittelbereich aufweist, der eine Begrenzung der Bestrahlungsöffnung definiert.
Strahlenquellen-Schutzbehälter nach Anspruch 6, wobei der Körper aus Abschirmmaterial einen trichterförmigen Mittelbereich aufweist, der eine Begrenzung der Bestrahlungsöffnung definiert.