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大型鈷源輻照裝置技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化
彭偉
(北京三強(qiáng)核力輻射工程技術(shù)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(yùn)行管理等方面的技術(shù)創(chuàng)新和如何推進(jìn)大型鈷源輻照裝置的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行探討,重點描述了怎么進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn),簡述了青年應(yīng)該在技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化實踐中發(fā)揮積極作用。
關(guān)鍵詞:大型鈷源裝置;輻照裝置;輻射防護(hù);安全聯(lián)鎖系統(tǒng)
1概述
據(jù)不完全統(tǒng)計,全世界現(xiàn)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(shè)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(yè)化、高度機(jī)械化、高度自動化、高運(yùn)行率。
近10多年來,我國輻射加工有了長足的進(jìn)步,據(jù)不完全統(tǒng)計,目前我國正在運(yùn)行和使用的各類y輻照裝置150多座,可以商用的工業(yè)y輻照裝置設(shè)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(shè)中,總設(shè)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(chǎn)工業(yè)輻照裝置的建設(shè)發(fā)展很快,目前最大設(shè)計裝源能力已達(dá)1.85×1017Bq(500萬Ci)。去年我國又出口了1臺設(shè)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(jīng)通過驗收現(xiàn)已實際裝源7.4×1016Bq(200萬Ci)且運(yùn)行良好近年來我國輻照裝置從數(shù)量上、技術(shù)上和管理上都取得了非常大的進(jìn)步,盡管在某些技術(shù)細(xì)節(jié)和運(yùn)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(jīng)處于國際先進(jìn)水平并已經(jīng)成為國際認(rèn)可的供貨商?，F(xiàn)在我就結(jié)合我公司和我個人的情況談?wù)勎覀內(nèi)绾胃鶕?jù)中國的實際國情并結(jié)合國際先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行不斷的技術(shù)創(chuàng)新,改進(jìn)設(shè)計和管理,使我們的裝置達(dá)到國際先進(jìn)水平,在國內(nèi)外市場競爭中占有一席之地的。
2先進(jìn)的裝置需要創(chuàng)新
要保持輻照裝置的先進(jìn)性,技術(shù)上就需要創(chuàng)新,并不斷創(chuàng)新。多年來,我們直注意我們的裝置與國際上先進(jìn)裝置的差異,關(guān)注我們已建成運(yùn)行的裝置存在什么題,并且時刻留意市場的需要,在此基礎(chǔ)上我們對裝置進(jìn)行不斷改進(jìn)、不斷創(chuàng)新、不斷完善,這樣才保證了我們裝置始終處于國內(nèi)外的先進(jìn)水平。
2.1優(yōu)化輻射防護(hù)設(shè)計
鈷源輻照裝置的輻射防護(hù)設(shè)計一般采用標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)手冊推薦的經(jīng)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(jìn)行大量繁瑣和重復(fù)的計算,并且很容易出錯。針對以上弊端,我們設(shè)計了自己的輻射防護(hù)軟件,可以很方便快速的計算出各項數(shù)據(jù)。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(chǔ)上,我們還廣泛的應(yīng)用蒙特卡羅和點核積分方法和程序(如MCNP、QAD等)進(jìn)行輻射防護(hù)的優(yōu)化和校算。
2.2完善安全聯(lián)鎖系統(tǒng)
由于放射性的原因,安全聯(lián)鎖系統(tǒng)對于輻照裝置來說是至關(guān)重要的。許多事故的發(fā)生都是由于安全聯(lián)鎖系統(tǒng)不完善或者功能不全造成的。同時國家監(jiān)管部門也對輻照裝置的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)提出了一系列要求。我們在裝置的設(shè)計中,始終把安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計和完善放在很高的位置上,最大程度上確保裝置的運(yùn)行安全。我們在實際中對安全聯(lián)鎖的技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在適當(dāng)增加一些能對安全起關(guān)鍵作用的安全設(shè)備和完善已有成熟設(shè)備。這樣的技術(shù)創(chuàng)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(yuǎn)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(hù)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(jìn)行防水處理即可,而普通水下攝像頭的技術(shù)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(jìn)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(dāng)然還可以對其進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計如設(shè)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(fā)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(shè)有進(jìn)源孔的輻照裝置,監(jiān)管部門與國家標(biāo)準(zhǔn)都明確要求其屏蔽塞應(yīng)該與源的升降聯(lián)鎖,以便在防護(hù)塞被卸下的情況下不能進(jìn)行升源探作。而現(xiàn)在大多數(shù)情況是在輻照室天花板設(shè)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(shè)置探測信號以監(jiān)測是否所有屏蔽塞就位,這樣才能充分達(dá)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(jī)械以及貨箱的設(shè)計,這是決定輻照裝置性能的關(guān)鍵。對此,我們開發(fā)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(chǎn)量、劑量不均勻度、能量利用率、產(chǎn)品內(nèi)的劑量分布情況、輻照時間等參數(shù),對于不同的客戶需要,我們進(jìn)行詳細(xì)的計算以確定最適合的設(shè)計,比如源架與貨箱的關(guān)系,源架與輻照工位的關(guān)系等。
輸送系統(tǒng)的選擇對于大型鈷源輻照裝置是非常重要的,其運(yùn)行的好壞直接決定著裝置的最終運(yùn)行效率。我們現(xiàn)在采取的輸送系統(tǒng)一般是電動懸掛鏈與氣動懸掛過源相結(jié)合的形式,該系統(tǒng)經(jīng)過多年的運(yùn)行證明是十分適合于當(dāng)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(chǎn)品加入輻照的行列,懸掛系統(tǒng)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(tǒng)的研發(fā)并進(jìn)行了一系列的試驗,現(xiàn)已成功的將其應(yīng)用在杭州某輻照裝置的設(shè)計中大多鈷源輻照裝置的過源機(jī)械的驅(qū)動系統(tǒng)位于輻照室的內(nèi)部即過源機(jī)械的頂部,這樣的設(shè)置不僅由于輻射導(dǎo)致驅(qū)動系統(tǒng)的頻繁損壞,同時過源機(jī)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(shè)計中將過源機(jī)械的驅(qū)動系統(tǒng)全部放置在輻照室屋頂上的房間內(nèi),通過傳動裝置來驅(qū)動過源機(jī)械確定采取什么樣的方式和路線將放射源從輻照室外運(yùn)輸?shù)劫A源井內(nèi)也是需要慎重考慮的。對此,國內(nèi)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(nèi)采用手拉葫蘆將源罐轉(zhuǎn)移到貯源井里;另一種是在輻照室頂部開設(shè)一個進(jìn)源孔并設(shè)置2~3塊屏蔽塞,通過進(jìn)源間內(nèi)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(fā)生的概率。
2.4改進(jìn)控制系統(tǒng)和軟件
控制系統(tǒng)的先進(jìn)程度決定了裝置的先進(jìn)程度,控制系統(tǒng)能在很大程度上決定裝置的安全正常運(yùn)行?，F(xiàn)在采用PLC可編程邏輯控制器的技術(shù)已經(jīng)比較成熟。在大的功能方面,大型鈷源輻照裝置的控制系統(tǒng)也是比較完善了,但是在細(xì)節(jié)上還有許多需要改進(jìn)的地方。
比如以前安全聯(lián)鎖系統(tǒng)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(shè)計能夠延長觸點的使用壽命和節(jié)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(xiàn)了觸點損壞和線路斷路的情況下則不能發(fā)揮應(yīng)有的報警功能,這樣是不利于輻照裝置的安全運(yùn)行的。因此,我們將安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的相關(guān)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(tài)軟件編制,國內(nèi)采用的大多是國產(chǎn)二次開發(fā)的組態(tài)軟件,在這樣的軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用軟件的編制比較簡單并且很容易獲得相關(guān)的技術(shù)支持,但這種應(yīng)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(fā)了全新的控制軟件,得到了國外用戶和專家的好評。
3先進(jìn)的運(yùn)行管理
對于裝置使用者來說,不僅需要先進(jìn)的裝置,同時也需要先進(jìn)的運(yùn)行管理先進(jìn)的運(yùn)行管理首先應(yīng)該確定管理運(yùn)行模式,在確定好管理運(yùn)行模式的基礎(chǔ)上為了提高運(yùn)行管理的效率和節(jié)約管理成本還應(yīng)該編制生產(chǎn)控制管理軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的管理,該生產(chǎn)控制軟件是根據(jù)用戶的管理運(yùn)行模式的要求進(jìn)行編制的,但其主要包括以下主要內(nèi)容:待輻照產(chǎn)品信息的收集和處理(市場部),確定待輻照產(chǎn)品的輻照參數(shù)(質(zhì)量部),生產(chǎn)任務(wù)的計劃調(diào)度和下達(dá)(計劃調(diào)度部),裝卸產(chǎn)品的信息收集與驗證(裝卸料處),與輻照裝置控制系統(tǒng)的連接(包括向控制系統(tǒng)傳遞輻照參數(shù)和接受反饋的加工信息),對加工信息進(jìn)行匯總和處理并生成完整的產(chǎn)品加工報告(市場部),對輻照裝置的遠(yuǎn)程管理與監(jiān)控(經(jīng)理)。
管理者可以在該生產(chǎn)控制軟件上給各種人員以特定的權(quán)限,這些賦予權(quán)限的人員必須使用給定的用戶和自設(shè)的密碼登陸系統(tǒng)后才能進(jìn)行相關(guān)操作,同時所有的操作都能被實時記錄,這就保證了運(yùn)行管理的可追溯性。
4專利
申請專利是保護(hù)技術(shù)創(chuàng)新和維護(hù)專利所有人合法權(quán)益的重要手段,因此,在進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)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(jiān)控、過源機(jī)械等方面,這不僅保護(hù)了權(quán)益,也是對技術(shù)創(chuàng)新的肯定。
5產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)
首先,我們始終堅持以市場為導(dǎo)向研發(fā)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(yī)療用品的生產(chǎn)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(jìn)行輻照消毒處理,便把生產(chǎn)好的產(chǎn)品送到美國、澳大利亞和東南亞等地區(qū)進(jìn)行輻照。我們便是瞄準(zhǔn)了這一市場需求,開發(fā)出了符合國際要求的SQ(H)安全高效多功能大型工業(yè)鈷源輻照裝置并在蘇州投入運(yùn)行,該裝置很快便獲得了TUV認(rèn)證,也就獲得了大量的輻照訂單。在此基礎(chǔ)上,我們在短短幾年的時間內(nèi)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(shè)計裝源能力達(dá)1.35×10Bq(3650萬C),已經(jīng)成為中國大型鉆源輻照裝置的主流。
當(dāng)然,在產(chǎn)業(yè)化推進(jìn),我們并不滿足現(xiàn)狀,始終將市場和技術(shù)創(chuàng)新結(jié)合起來以技術(shù)創(chuàng)新來滿足市場的需要,在這個過程中比較典型的就是開發(fā)了具有國際先進(jìn)水平的條碼管理監(jiān)控系統(tǒng)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(chǎn)的可追溯性,得到了用戶和相關(guān)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的高度評價。
產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)還應(yīng)該借助各種機(jī)會來對裝置進(jìn)行宣傳,這包括參加各種專業(yè)的會議以及進(jìn)行訪問等。我們就先后組團(tuán)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(xì)介紹了我們開發(fā)的SQ(H)型大型工業(yè)鉆源輻照裝置的性能和設(shè)計特點,受到國內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注。
產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)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(fā)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(guān)國家專家的交流來實現(xiàn)的。
產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)還應(yīng)該借助國家相關(guān)部門和行業(yè)協(xié)會的力量。積極申請各種專項資金,參加行業(yè)協(xié)會的相關(guān)認(rèn)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(yè)協(xié)會頒發(fā)的《行業(yè)認(rèn)證合格企業(yè)》和《輻射加工產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)獎優(yōu)秀集體》的稱號,這些也能起動很好的產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)作用
6青年應(yīng)在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化
推進(jìn)中發(fā)揮積極作用輻射行業(yè)作為一個特殊的行業(yè),由于歷史的原因,在人員上出現(xiàn)了青黃不接的情況,這就要求我們青年在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)中發(fā)揮積極的作用?，F(xiàn)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(xué)習(xí)機(jī)會。我們青年應(yīng)該在老同志的帶領(lǐng)下,充分吸收老同志的寶貴經(jīng)驗,積極主動的在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)中發(fā)揮作用,并逐漸承擔(dān)起主導(dǎo)作用。
青年的思維是非?；钴S、開放的,接受新鮮事物快,又具有計算機(jī)應(yīng)用、外語水平較高等有利條件,我們青年在技術(shù)創(chuàng)新中大有用武之地,應(yīng)成為技術(shù)創(chuàng)新的生力軍,為推動我國輻射加工產(chǎn)業(yè)化發(fā)揮更大的作用?！?/p>
參考文獻(xiàn)
1.GB17568-1998.y輻照裝置設(shè)計建造和使用規(guī)范.北京,1999
2.趙文彥,潘秀苗主編.輻射加工技術(shù)及其應(yīng)用.北京:兵器工業(yè)出版社,2003
3.IAEA Safety Series No107.Y和電子加速器輻照裝置的輻射安全,維也納.1992
4.國務(wù)院令第449號.放射性同位素與射線裝置安全和防護(hù)條例.北京2005
5.中國同位素與輻射行業(yè)協(xié)會,信息與交流一四屆四次理事會議?？?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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