CN105923339B - 一种用于辐照作业的自动化物品传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于辐照作业的自动化物品传输装置，该装置由射线探测器、辐照端口、传输管道、换路器、样品盒、自动进样系统、自动出样系统、动力系统以及控制系统构成。该装置可以通过射线探测器监测被传输样品的受辐照强度，实现远距离传输样品接受定量辐照的功能。同时结合自动进/出样系统可以实现多样品的自动辐照作业功能。该发明可以大大降低辐照作业操作人员的学习成本，提高辐照作业的工作效率，降低辐照作业中的超剂量辐照风险，既能满足企业对辐照作业的批量化自动化的作业需求，也能满足科研单位高精确度的辐照控制需求，具有很大的应用前景。

Description

一种用于辐照作业的自动化物品传输装置

技术领域

本发明涉及物品传输及控制设备的技术领域，特别涉及一种用于辐照作业的自动化物品传输装置。

背景技术

随着核能研究的发展，射线装置(如反应堆、同位素射线装置、加速器射线装置等等)在能源、医疗、食品、军工、基础科学等领域的使用越来越广泛。利用射线装置辐照不同类型的样品，是研究和利用射线装置的基本方法。然而高剂量射线会对人体产生损伤，为确保工作与科研人员的安全，通常会使用物品传输装置从远离射线装置的安全区域传输待辐照样品至辐照区，如已公布的专利CN 101334477 B以及周琴琴等.基于神光Ⅲ原型ICF中子活化样品“跑兔”系统运动特性的数值模拟.《原子核物理评论》，2007，第24卷(第一期)上公开的一种跑兔装置等。

但是传统的传输设备无法探测射线强度，对样品辐照剂量的调节需要操作人员按照仪表信息和操作经验进行控制，学习成本高；同时，作业全程需要专业操作人员跟踪，不同辐照剂量的样品难以连续作业，工作效率低；再者，加速器或反应堆射线装置本身存在的功率波动，样品上的辐照剂量难以精确定量控制，存在辐照剂量偏离预设值的可能。

射线装置的工作功率可以由其发射的射线能量和通量进行表征。对于特定的射线装置，在固定位置上的探测器可以测量出该点射线的能量和通量。利用该测量结果可以计算出射线装置的瞬时功率，进而计算出被辐照样品的辐照剂量率。

射线探测器的种类多样，且技术成熟，如《核辐射探测器及其实验技术手册》(汲长松，原子能出版社)中公开的多种射线探测器。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种用于中子或光子射线装置的自动化物品传输装置，其目的是通过结合射线探测器解决现有传输装置无法精确控制样品的受辐照剂量及实现自动化连续作业功能。

本发明采用的技术方案为：

一种用于辐照作业的自动化物品传输装置，该装置由射线探测器、辐照端口、传输管道、换路器、样品盒、自动进样系统、自动出样系统、动力系统以及控制系统构成，射线探测器安装于辐照端口附近，通过模拟和数字两种信号接口与控制系统连接；辐照端口通过传输管道经换路器分别与自动进样系统和自动出样系统连接；样品盒由动力系统驱动在传输管道内运动；控制系统依据输入的辐照指标，通过采集射线探测器信号，控制自动进样系统、换路器、动力系统、自动出样系统联合运作，自动完成样品的辐照任务。

其中，所述的辐照端口的外壳由铝合金材料制造，其末端安装有带弹簧的伸缩式触碰开关，带弹簧的伸缩式触碰开关与样品的接触面材料为减震橡胶，辐照端口的入口处安装有电动插销，伸缩式触碰开关与电动插销均与控制系统相连接。

其中，所述的自动进样系统由气动活塞、电动传送带和进样通道构成，电动传送带平行于所述的传输管道的方向运行，其上安装有隔板，隔板间隔和进样通道宽度一致；进样通道垂直于电动传送带，一端与传输管道窗口相连接，另一端与电动传送带相连接；活塞垂直于电动传送带方向在进样通道内运动，活塞前端呈凸型设计，前端面尺寸与传输管道窗口尺寸一致，突出厚度与传输管道壁厚相同；活塞前端的两肩尺寸略大于传输管道窗口，两肩上可选择性的嵌有O型橡胶密封圈。

其中，所述的自动出样系统通过传送带一端与传输管道垂直连接，另一端与铅室相连接；传送带在由铅板组成的管道内运行，传输管道正对的铅板内侧贴有减震橡胶。

其中，所述的控制系统具有以下功能：控制自动进样系统实现进样，控制自动出样系统实现出样，控制动力系统和换路器实现样品从进样端到辐照端以及从辐照端到出样端的传输，从射线探测器获取数据，并计算转化为样品的辐照剂量。

本发明的原理在于：

本发明第一方面，提供了一种自动化物品传输装置，其包括射线探测器、辐照端口、传输管道、换路器、样品盒、自动进样系统、自动出样系统，动力系统以及控制系统。样品被装载于样品盒内从自动进样系统进入传输管道，控制系统驱动动力系统和换路器将其沿传输管道传输至辐照端口接受辐照，射线探测器采集射线反馈给控制系统；控制系统经过判断，在达到辐照指标要求后驱动动力系统和换路器将样品盒传输给自动出样系统，自动出样系统将样品盒储存于铅室中，实现自动辐照作业。

本发明第二方面，所述的辐照端口包含铝合金外壳，伸缩式触碰开关和电动插销，铝合金外壳可以减小对光子和中子射线的干扰。触碰开关在样品盒进入时被压缩，当压缩量足够时，触碰开关触发控制系统激活电控插销将样品盒锁定在辐照端口内，同时启动射线探测器开始工作。触碰开关上装有的弹簧一方面可以保证样品盒未进入时，触碰开关处于断开状态，同时为样品盒进入辐照端时提供缓冲，确保样品盒内样品的安全。

本发明第三方面，所述的自动进样系统的传送带上的样品盒将按排列顺序依次进入进样通道。控制系统控制气动活塞推动进入进样通道的样品盒从传输管道窗口进入传输管道，凸形活塞两肩用于密封传输管道窗口，若动力系统选用高压气体驱动，两肩可安装O形橡胶密封圈，提高气密性。每次进样操作时，气动活塞缩回传送带外。传送带移动一个进样通道宽度的距离，使得一个样品盒正对进样通道，传送带隔板和进样通道侧板对接；之后气动活塞动作，推动样品盒进入进样通道，并穿过传输管道窗口进入传输管道。活塞封闭传输管道窗口，完成进样操作，等待动力系统传输样品盒。

本发明第四方面，所述出样系统的传送带垂直于传输管道，从传输管道出来的样品盒将被安装有减震橡胶一侧铅板阻挡而停留在传送带上，进而由传送带通过被铅板围成的传输管道中传输至铅室存放。铅板和铅室用于屏蔽样品辐照后由自发衰变产生的射线。

本发明第五方面，控制系统运行逻辑如图3所示。操作人员需首先将辐照样品数和辐照指标(辐照剂量或辐照时间)输入控制系统，并发出辐照指令。控制系统接受辐照指令后将通过射线探测器检查射线装置状态，若中子源运行状态不正常，系统将暂停辐照任务，并提示操作人员；若中子源运行正常，控制系统将驱动进样装置执行进样操作。下一步，控制系统将驱动动力系统和换路器，将装有样品的样品盒从进样端传输至辐照端。辐照端伸缩式触碰开关在样品到位后激活电动插销锁定样品并触发射线探测器开始工作。控制系统读取探测器数据，并计算出当前样品的辐照剂量。当辐照剂量或辐照时间满足操作员预先设定的辐照指标时，控制系统将拔出辐照端的电动插销，并驱动动力系统和换路器，将样品从辐照端口传回至自动出样系统并完成出样并运输样品至铅室，完成第一个样品的辐照工作。控制系统依据输入的辐照样品数判断是否完成所有样品的辐照任务，若没有，将自动进入第二个样品的作业循环，并以此类推，直到完成所有辐照样品后，显示作业结束，停止工作。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明相比现有的辐照作业传输装置，安装有射线探测器。射线探测器可以测量射线装置产生的射线强度，并计算出被辐照样品所受辐照剂量。满足辐照剂量要求时，将从辐照端口弹出样品，停止辐照，实现精确辐照剂量控制功能，可以避免由于射线装置工作波动而导致的辐照过量或不达标的风险。

(2)、本发明设计了自动进样系统和自动出样系统，自动进样系统自动将样品载入传输管道，自动出样系统自动将样品退出传输管道，并储存在铅室中。这两个设备结合辐照剂量控制功能，按图3所示的运行逻辑，具备多样品不同辐照剂量的自动辐照作业功能，相比现有的辐照作业传输装置不但提高了工作效率，还降低了操作难度，做到即学即用。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的自动化物品传输装置简图。

图2是本发明自动进样系统气动活塞的一个实施方式的简图。

图3是本发明控制系统逻辑图。

图中附图标记含义为：A1为射线探测器，A2为辐照端口，A3为传输管道，A4为换路器，A5为样品盒，A6为控制系统，A7为电动插销，A8为气动活塞，A9为电动传送带，A10为进样通道，A11为隔板，A12为铅室，A13为屏蔽通道，A14为减震橡胶，A15为带弹簧的伸缩式触碰开关，B1为活塞前端，B2为传输管道窗口，B3为两肩，B4为O型密封圈。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

图1展示了一种用于辐照作业的自动化物品传输装置，该装置由射线探测器A1、辐照端口A2、传输管道A3、换路器A4、样品盒A5、自动进样系统、自动出样系统、动力系统以及控制系统A6构成。射线探测器A1安装于辐照端口附近，通过模拟和数字两种信号接口与控制系统A6连接；辐照端口通过传输管道A3及换路器A4后分别与自动进样系统和自动出样系统相连接；样品盒A5经由电动传送带式或高压气式的动力系统驱动在传输管道A3内运动。

射线探测器A1由探测器探头、电荷收集电路、信号放大电路、模数转换电路、直流电源构成，含有模拟和数字两种输出接口。探测器探头根据射线装置的不同而选择不同类型，如针对伽马射线装置，可选择碘化钠探头；针对中子射线装置可以选择NE213液体闪烁体探头，探测器信号经过前置放大器后分路，一路直接以模拟信号输出给控制系统A6，另一路经过甄别电路，去除本底和噪声信号后，经过模数转换电路转化为数字信号输出给控制系统A6。

辐照端外壳为长方体形，铝合金材质。端口底部设计有带弹簧的伸缩式触碰开关A15，辐照端入口处安装有电动插销A7。两者均通过信号电缆线与控制系统A6连接。带弹簧的伸缩式触碰开关A15前端面材料为减震橡胶，其余部分为铝合金材质。触碰开关激活时会触发控制系统A6插入电动插销A7锁定进入辐照端的样品盒A5并激活射线探测器A1工作。

控制系统A6通过数据接口分别与射线探测器A1、自动进样系统、自动出样系统、动力系统、换路器A4、带弹簧的伸缩式触碰开关A15和电动插销A7连接，并设有鼠标、键盘、屏幕作为人机交互接口。控制系统A6按照图3所示的逻辑图工作，其采集射线探测器A1的信号转化为样品的受辐照剂量的方法是：通过采集射线探测器A1单位时间的模拟信号和数字信号计算得到射线装置单位时间内产生射线的数量和能量，该数据在带弹簧的伸缩式触碰开关A15给出的起始辐照时间到辐照开始后任一时刻之间的时间进行积分再乘以系统内置的样品受辐照系数，得到辐照开始后任一时刻样品的受辐照剂量。

自动进样系统由电动传送带A9、气动活塞A8和进样通道A10组成。传送带运行方向平行于传输管道，两者之间通过进样通道垂直连接。待辐照样品在传送带上依次排列，由隔板A11相互隔开。气动活塞在进样通道内往返运动，将样品从传送带上通过传输管道窗口B2推入传输管道A3内。进样活塞如图2所示，活塞前端B1呈凸型设计，前端面尺寸与传输管道窗口B2尺寸一致，突出厚度与传输管道壁厚相同；活塞凸型前端的两肩B3尺寸略大于传输管道舱门。样品进仓后，两肩面将于传输管道舱门紧密接触。若传输系统选用高压气动力，两肩面将增加O型密封圈B4，以改善气密性。

自动出样系统由电动传送带，铅室A12和屏蔽通道A13组成，电动传送带在由铅板构成的屏蔽通道内运行。传送带一端与传输管道A3垂直连接，另一端与铅室相连接。

换路器A4接受控制系统A6指令，采用电动连杆驱动进入换路器的样品进入控制系统A6指定的传输管道。

Claims (4)

1.一种用于辐照作业的自动化物品传输装置，该装置由射线探测器(A1)、辐照端口(A2)、传输管道(A3)、换路器(A4)、样品盒(A5)、自动进样系统、自动出样系统、动力系统以及控制系统(A6)构成，其特征在于：射线探测器(A1)安装于辐照端口(A2)附近，通过模拟和数字两种信号接口与控制系统(A6)连接；辐照端口(A2)通过传输管道(A3)经换路器(A4)分别与自动进样系统和自动出样系统连接；样品盒(A5)由动力系统驱动在传输管道(A3)内运动；控制系统(A6)依据输入的辐照指标，通过采集射线探测器(A1)信号，控制自动进样系统、动力系统、换路器(A4)、自动出样系统联合运作，自动完成样品的辐照任务；

所述的辐照端口(A2)的外壳由铝合金材料制造，其末端安装有带弹簧的伸缩式触碰开关(A15)，带弹簧的伸缩式触碰开关(A15)与样品的接触面材料为减震橡胶(A14)，辐照端口(A2)与传输管道(A3)连接的入口处安装有电动插销(A7)，带弹簧的伸缩式触碰开关(A15)与电动插销(A7)均与控制系统(A6)相连接。

2.如权利要求1所述的用于辐照作业的自动化物品传输装置，其特征在于，所述的自动进样系统由气动活塞(A8)、电动传送带(A9)和进样通道(A10)构成，电动传送带(A9)平行于传输管道(A3)的方向运行，其上安装有隔板(A11)，隔板间隔和进样通道(A10)宽度一致；进样通道(A10)垂直于电动传送带(A9)，一端与传输管道窗口(B2)相连接，另一端与电动传送带(A9)相连接；气动活塞(A8)垂直于电动传送带(A9)方向在进样通道(A10)内运动，气动活塞前端(B1)呈凸型设计，前端面尺寸与传输管道窗口(B2)尺寸一致，突出厚度与传输管道壁厚相同；活塞凸型前端的两肩(B3)尺寸略大于传输管道窗口(B2)，两肩(B3)上可选择性的嵌有O型橡胶密封圈(B4)。

3.如权利要求1所述的用于辐照作业的自动化物品传输装置，其特征在于，所述的自动出样系统通过传送带一端与传输管道(A3)垂直连接，另一端与铅室(A12)相连接；传送带在由铅板(A13)组成的管道内运行，传输管道(A3)正对的铅板内侧贴有减震橡胶(A14)。

4.如权利要求1所述的用于辐照作业的自动化物品传输装置，其特征在于，所述的控制系统(A6)具有以下功能：控制自动进样系统实现进样，控制自动出样系统实现出样并传输至铅室(A12)，控制动力系统和换路器(A4)实现样品盒(A5)从进样端到辐照端以及从辐照端到出样端的传输，从射线探测器(A1)获取数据，并计算转化为样品的辐照剂量。