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大型鈷源輻照裝置技術創新與產業化


  彭偉

  (北京三強核力輻射工程技術有限公司,北京100037)


  摘要:圍繞大型鈷源輻照裝置在工藝、控制、安全、運行管理等方面的技術創新和如何推進大型鈷源輻照裝置的產業化進行探討,重點描述了怎么進行技術創新和產業化推進,簡述了青年應該在技術創新與產業化實踐中發揮積極作用。

  關鍵詞:大型鈷源裝置;輻照裝置;輻射防護;安全聯鎖系統

  1概述

  據不完全統計,全世界現有大型鈷源輻照裝置210多座,總裝源量超過9.25×1018Bq(2.5億Ci)。美國已設計建造了裝源能力超過3.7×1017貝可(1000萬Ci)的大型輻射滅菌裝置。國外大型輻照裝置的特點主要是大型化、專業化、高度機械化、高度自動化、高運行率。

  近10多年來,我國輻射加工有了長足的進步,據不完全統計,目前我國正在運行和使用的各類y輻照裝置150多座,可以商用的工業y輻照裝置設計裝源能力1.11×1016Bq(30萬Ci)以上的約101座,此外還有多座新裝置正在建設中,總設計裝源能力已超過3.7×1018Bq(1億Ci),實際裝源超過1.48×1018Bq(4000萬Ci)。近幾年國產工業輻照裝置的建設發展很快,目前最大設計裝源能力已達1.85×1017Bq(500萬Ci)。去年我國又出口了1臺設計裝源能力為2.22×1017Bq(600萬Ci)的大型鉆源輻照裝置,該裝置已經通過驗收現已實際裝源7.4×1016Bq(200萬Ci)且運行良好近年來我國輻照裝置從數量上、技術上和管理上都取得了非常大的進步,盡管在某些技術細節和運行管理上還與國外存在一定的差異,但總體上說我國的鉆源輻照裝置已經處于國際先進水平并已經成為國際認可的供貨商。現在我就結合我公司和我個人的情況談談我們如何根據中國的實際國情并結合國際先進技術進行不斷的技術創新,改進設計和管理,使我們的裝置達到國際先進水平,在國內外市場競爭中占有一席之地的。

  2先進的裝置需要創新

  要保持輻照裝置的先進性,技術上就需要創新,并不斷創新。多年來,我們直注意我們的裝置與國際上先進裝置的差異,關注我們已建成運行的裝置存在什么題,并且時刻留意市場的需要,在此基礎上我們對裝置進行不斷改進、不斷創新、不斷完善,這樣才保證了我們裝置始終處于國內外的先進水平。

  2.1優化輻射防護設計

  鈷源輻照裝置的輻射防護設計一般采用標準或相關手冊推薦的經驗計算公式計算即可,我們最早也是采用這樣的方法但這樣的方法,需要進行大量繁瑣和重復的計算,并且很容易出錯。針對以上弊端,我們設計了自己的輻射防護軟件,可以很方便快速的計算出各項數據。比如迷道的計算,采用手算,需要大概1周時間才能完成,但采用計算軟件1天即可完成。在此基礎上,我們還廣泛的應用蒙特卡羅和點核積分方法和程序(如MCNP、QAD等)進行輻射防護的優化和校算。

  2.2完善安全聯鎖系統

  由于放射性的原因,安全聯鎖系統對于輻照裝置來說是至關重要的。許多事故的發生都是由于安全聯鎖系統不完善或者功能不全造成的。同時國家監管部門也對輻照裝置的安全聯鎖系統提出了一系列要求。我們在裝置的設計中,始終把安全聯鎖系統的設計和完善放在很高的位置上,最大程度上確保裝置的運行安全。我們在實際中對安全聯鎖的技術創新主要體現在適當增加一些能對安全起關鍵作用的安全設備和完善已有成熟設備。這樣的技術創新有很多,下面是兩個簡單的例子:

  例一:在水井底部增加一個水下攝像頭,該攝像頭置于貯源井的遠離源架的個角落,離源架的距離一般可以大于三米且有水作為輻射防護屏蔽實體,因此,不必再對攝像頭采取特殊的屏蔽措施,只需要對其進行防水處理即可,而普通水下攝像頭的技術是非常成熟的,價格也是比較低廉的。安裝攝像頭后,操作人員每次進入輻照室之前可以很清晰直觀的看到源架是否完全位于貯存位置,起到很好的安全作用。當然還可以對其進行進一步的設計如設計成可以控制攝像頭的角度和高度這樣還可以為緊急情況發生時提供一個觀察源架位置的途徑

  例二:對于輻照室屋頂設有進源孔的輻照裝置,監管部門與國家標準都明確要求其屏蔽塞應該與源的升降聯鎖,以便在防護塞被卸下的情況下不能進行升源探作。而現在大多數情況是在輻照室天花板設有信號探測屏蔽塞是否就位,然而實際上的屏蔽塞通常由兩塊或三塊組成的,為了充分保證屏蔽塞的完整性,我們還在輻照室屋頂上設置探測信號以監測是否所有屏蔽塞就位,這樣才能充分達到對屏蔽塞控制的目的。

  2.3選擇合適的輻照工藝

  輻照工藝需要考慮的方面非常多,首先要考慮的是源架、過源機械以及貨箱的設計,這是決定輻照裝置性能的關鍵。對此,我們開發了輻照裝置劑量計算軟件可以很方便的計算出各種模式下的產量、劑量不均勻度、能量利用率、產品內的劑量分布情況、輻照時間等參數,對于不同的客戶需要,我們進行詳細的計算以確定最適合的設計,比如源架與貨箱的關系,源架與輻照工位的關系等。

  輸送系統的選擇對于大型鈷源輻照裝置是非常重要的,其運行的好壞直接決定著裝置的最終運行效率。我們現在采取的輸送系統一般是電動懸掛鏈與氣動懸掛過源相結合的形式,該系統經過多年的運行證明是十分適合于當今我國的鈷源輻照裝置的。但隨著市場的變化,越來越多的食品和其他高密度產品加入輻照的行列,懸掛系統承重差的弱點也開始暴露,在此情況下,我們很早就著手了輥道輸送系統的研發并進行了一系列的試驗,現已成功的將其應用在杭州某輻照裝置的設計中大多鈷源輻照裝置的過源機械的驅動系統位于輻照室的內部即過源機械的頂部,這樣的設置不僅由于輻射導致驅動系統的頻繁損壞,同時過源機械頂部空間有限給維修工作帶來不便。因此,我們在最新的設計中將過源機械的驅動系統全部放置在輻照室屋頂上的房間內,通過傳動裝置來驅動過源機械確定采取什么樣的方式和路線將放射源從輻照室外運輸到貯源井內也是需要慎重考慮的。對此,國內通常采取的有兩種模式:一種是順輻照室迷道采取人工的方式將源罐推到輻照室,在輻照室內采用手拉葫蘆將源罐轉移到貯源井里;另一種是在輻照室頂部開設一個進源孔并設置2~3塊屏蔽塞,通過進源間內的固定葫蘆直接將源罐輸送到貯源井底部。我們采用的都是后者,主要考慮的因素是后者的操作能夠減少人員的受照劑量并能減小事故發生的概率。

  2.4改進控制系統和軟件

  控制系統的先進程度決定了裝置的先進程度,控制系統能在很大程度上決定裝置的安全正常運行。現在采用PLC可編程邏輯控制器的技術已經比較成熟。在大的功能方面,大型鈷源輻照裝置的控制系統也是比較完善了,但是在細節上還有許多需要改進的地方。

  比如以前安全聯鎖系統中大部分安全觸點采取的是常開信號,即:安全時觸點斷開,而危險時觸點閉合。這樣的設計能夠延長觸點的使用壽命和節約能源,是符合普通控制原理的,但其削弱了安全的功能,比如出現了觸點損壞和線路斷路的情況下則不能發揮應有的報警功能,這樣是不利于輻照裝置的安全運行的。因此,我們將安全聯鎖系統的相關觸點均改為常閉信號便克服了以上的不足。

  控制軟件(SCADA)通常采用組態軟件編制,國內采用的大多是國產二次開發的組態軟件,在這樣的軟件基礎上進行應用軟件的編制比較簡單并且很容易獲得相關的技術支持,但這種應用軟件有其先天的不足,不是國際通用的軟件,不利于輻照裝置的國際化,為了裝置的國際化推廣,我們采用了國際通用軟件Win CC開發了全新的控制軟件,得到了國外用戶和專家的好評。

  3先進的運行管理

  對于裝置使用者來說,不僅需要先進的裝置,同時也需要先進的運行管理先進的運行管理首先應該確定管理運行模式,在確定好管理運行模式的基礎上為了提高運行管理的效率和節約管理成本還應該編制生產控制管理軟件實現網絡化的管理,該生產控制軟件是根據用戶的管理運行模式的要求進行編制的,但其主要包括以下主要內容:待輻照產品信息的收集和處理(市場部),確定待輻照產品的輻照參數(質量部),生產任務的計劃調度和下達(計劃調度部),裝卸產品的信息收集與驗證(裝卸料處),與輻照裝置控制系統的連接(包括向控制系統傳遞輻照參數和接受反饋的加工信息),對加工信息進行匯總和處理并生成完整的產品加工報告(市場部),對輻照裝置的遠程管理與監控(經理)。

  管理者可以在該生產控制軟件上給各種人員以特定的權限,這些賦予權限的人員必須使用給定的用戶和自設的密碼登陸系統后才能進行相關操作,同時所有的操作都能被實時記錄,這就保證了運行管理的可追溯性。

  4專利

  申請專利是保護技術創新和維護專利所有人合法權益的重要手段,因此,在進行技術創新的同時不能忽視了專利的申請。近幾年,我們共申請獲得了6項專利主要涉及源架、裝卸料站、長桿工具、全過程條碼監控、過源機械等方面,這不僅保護了權益,也是對技術創新的肯定。

  5產業化推進

  首先,我們始終堅持以市場為導向研發我們的裝置,市場有什么需求,我們就努力的滿足這個需求。在2000年之前,許多國際大型醫療用品的生產制造單位將工廠建立在中國,但他們在中國找不到合適的輻照裝置進行輻照消毒處理,便把生產好的產品送到美國、澳大利亞和東南亞等地區進行輻照。我們便是瞄準了這一市場需求,開發出了符合國際要求的SQ(H)安全高效多功能大型工業鈷源輻照裝置并在蘇州投入運行,該裝置很快便獲得了TUV認證,也就獲得了大量的輻照訂單。在此基礎上,我們在短短幾年的時間內就將該類型裝置推廣到無錫、南通、張家港、蘇州、蘭州、北京、天津、南京、杭州以及泰國等地,總設計裝源能力達1.35×10Bq(3650萬C),已經成為中國大型鉆源輻照裝置的主流。

  當然,在產業化推進,我們并不滿足現狀,始終將市場和技術創新結合起來以技術創新來滿足市場的需要,在這個過程中比較典型的就是開發了具有國際先進水平的條碼管理監控系統和自動換層裝置,使我們的裝置大大減少了人為因素的影響和生產的可追溯性,得到了用戶和相關認證機構的高度評價。

  產業化的推進還應該借助各種機會來對裝置進行宣傳,這包括參加各種專業的會議以及進行訪問等。我們就先后組團參加了多屆國際輻射加工大會(MRP),并于2006年在吉隆坡召開的14屆國際輻射加工大會上以大會報告的形式向與會代表詳細介紹了我們開發的SQ(H)型大型工業鉆源輻照裝置的性能和設計特點,受到國內外專家的廣泛關注。

  產業化推進的另外一個重要因素是要放眼世界,緊盯國際輻射加工和輻照裝置的發展趨勢,在這方面我們是通過對國外輻照裝置的訪問和與相關國家專家的交流來實現的。

  產業化的推進還應該借助國家相關部門和行業協會的力量。積極申請各種專項資金,參加行業協會的相關認證等,我們在去年和今年就分別獲得了中國同位素與輻射行業協會頒發的《行業認證合格企業》和《輻射加工產業化推進獎優秀集體》的稱號,這些也能起動很好的產業化推進作用

  6青年應在技術創新和產業化

  推進中發揮積極作用輻射行業作為一個特殊的行業,由于歷史的原因,在人員上出現了青黃不接的情況,這就要求我們青年在技術創新和產業化推進中發揮積極的作用。現在仍然有許多老同志活躍在工作崗位上,這對于我們青年來說是一個很好的也是很難得的學習機會。我們青年應該在老同志的帶領下,充分吸收老同志的寶貴經驗,積極主動的在技術創新和產業化推進中發揮作用,并逐漸承擔起主導作用。

  青年的思維是非常活躍、開放的,接受新鮮事物快,又具有計算機應用、外語水平較高等有利條件,我們青年在技術創新中大有用武之地,應成為技術創新的生力軍,為推動我國輻射加工產業化發揮更大的作用。■

  參考文獻

  1.GB17568-1998.y輻照裝置設計建造和使用規范.北京,1999

  2.趙文彥,潘秀苗主編.輻射加工技術及其應用.北京:兵器工業出版社,2003

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  4.國務院令第449號.放射性同位素與射線裝置安全和防護條例.北京2005

  5.中國同位素與輻射行業協會,信息與交流一四屆四次理事會議專刊.北京.2007

  6.Wang Chuanzhen,Zhang Hehu,Peng Wei.Safety,Good-efficiency and Multi-function,SQ(H)-Type Industrial Cobalt-60 Y Irradiator.IMRP 14th.Kuala Lumpur.2006



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