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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(diǎn)描述了怎么進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn),簡(jiǎn)述了青年應(yīng)該在技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化實(shí)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(jì),全世界現(xiàn)有大型鈷源輻照裝置210多座,總裝源量超過(guò)9.25×1018Bq(2.5億Ci)。美國(guó)已設(shè)計(jì)建造了裝源能力超過(guò)3.7×1017貝可(1000萬(wàn)Ci)的大型輻射滅菌裝置。國(guó)外大型輻照裝置的特點(diǎn)主要是大型化、專業(yè)化、高度機(jī)械化、高度自動(dòng)化、高運(yùn)行率。
近10多年來(lái),我國(guó)輻射加工有了長(zhǎng)足的進(jìn)步,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)正在運(yùn)行和使用的各類(lèi)y輻照裝置150多座,可以商用的工業(yè)y輻照裝置設(shè)計(jì)裝源能力1.11×1016Bq(30萬(wàn)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(jì)裝源能力已超過(guò)3.7×1018Bq(1億Ci),實(shí)際裝源超過(guò)1.48×1018Bq(4000萬(wàn)Ci)。近幾年國(guó)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(jì)裝源能力已達(dá)1.85×1017Bq(500萬(wàn)Ci)。去年我國(guó)又出口了1臺(tái)設(shè)計(jì)裝源能力為2.22×1017Bq（600萬(wàn)Ci）的大型鉆源輻照裝置,該裝置已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)收現(xiàn)已實(shí)際裝源7.4×1016Bq(200萬(wàn)Ci)且運(yùn)行良好近年來(lái)我國(guó)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(guó)外存在一定的差異,但總體上說(shuō)我國(guó)的鉆源輻照裝置已經(jīng)處于國(guó)際先進(jìn)水平并已經(jīng)成為國(guó)際認(rèn)可的供貨商。現(xiàn)在我就結(jié)合我公司和我個(gè)人的情況談?wù)勎覀內(nèi)绾胃鶕?jù)中國(guó)的實(shí)際國(guó)情并結(jié)合國(guó)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(jì)和管理,使我們的裝置達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地的。
2先進(jìn)的裝置需要?jiǎng)?chuàng)新
要保持輻照裝置的先進(jìn)性,技術(shù)上就需要?jiǎng)?chuàng)新,并不斷創(chuàng)新。多年來(lái),我們直注意我們的裝置與國(guó)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(shí)刻留意市場(chǎng)的需要,在此基礎(chǔ)上我們對(duì)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(guó)內(nèi)外的先進(jìn)水平。
2.1優(yōu)化輻射防護(hù)設(shè)計(jì)
鈷源輻照裝置的輻射防護(hù)設(shè)計(jì)一般采用標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)手冊(cè)推薦的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式計(jì)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(jì)算,并且很容易出錯(cuò)。針對(duì)以上弊端,我們?cè)O(shè)計(jì)了自己的輻射防護(hù)軟件,可以很方便快速的計(jì)算出各項(xiàng)數(shù)據(jù)。比如迷道的計(jì)算,采用手算,需要大概1周時(shí)間才能完成,但采用計(jì)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(diǎn)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(duì)于輻照裝置來(lái)說(shuō)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(shí)國(guó)家監(jiān)管部門(mén)也對(duì)輻照裝置的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)提出了一系列要求。我們?cè)谘b置的設(shè)計(jì)中,始終把安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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?cè)趯?shí)際中對(duì)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(duì)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(gè)簡(jiǎn)單的例子:
例一：在水井底部增加一個(gè)水下攝像頭,該攝像頭置于貯源井的遠(yuǎn)離源架的個(gè)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(shí)體,因此,不必再對(duì)攝像頭采取特殊的屏蔽措施,只需要對(duì)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(jià)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(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)如設(shè)計(jì)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(shí)提供一個(gè)觀察源架位置的途徑
例二:對(duì)于輻照室屋頂設(shè)有進(jìn)源孔的輻照裝置,監(jiān)管部門(mén)與國(guó)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(hào)探測(cè)屏蔽塞是否就位,然而實(shí)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(cè)信號(hào)以監(jiān)測(cè)是否所有屏蔽塞就位,這樣才能充分達(dá)到對(duì)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(guò)源機(jī)械以及貨箱的設(shè)計(jì),這是決定輻照裝置性能的關(guān)鍵。對(duì)此,我們開(kāi)發(fā)了輻照裝置劑量計(jì)算軟件可以很方便的計(jì)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(shí)間等參數(shù),對(duì)于不同的客戶需要,我們進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算以確定最適合的設(shè)計(jì),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(duì)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(dòng)懸掛鏈與氣動(dòng)懸掛過(guò)源相結(jié)合的形式,該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行證明是十分適合于當(dāng)今我國(guó)的鈷源輻照裝置的。但隨著市場(chǎng)的變化,越來(lái)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(diǎn)也開(kāi)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(yàn),現(xiàn)已成功的將其應(yīng)用在杭州某輻照裝置的設(shè)計(jì)中大多鈷源輻照裝置的過(guò)源機(jī)械的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)位于輻照室的內(nèi)部即過(guò)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(dòng)系統(tǒng)的頻繁損壞,同時(shí)過(guò)源機(jī)械頂部空間有限給維修工作帶來(lái)不便。因此,我們?cè)谧钚碌脑O(shè)計(jì)中將過(guò)源機(jī)械的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)全部放置在輻照室屋頂上的房間內(nèi),通過(guò)傳動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)過(guò)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(duì)此,國(guó)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(kāi)設(shè)一個(gè)進(jìn)源孔并設(shè)置2~3塊屏蔽塞,通過(guò)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。現(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(diǎn)采取的是常開(kāi)信號(hào),即:安全時(shí)觸點(diǎn)斷開(kāi),而危險(xiǎn)時(shí)觸點(diǎn)閉合。這樣的設(shè)計(jì)能夠延長(zhǎng)觸點(diǎn)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(diǎn)損壞和線路斷路的情況下則不能發(fā)揮應(yīng)有的報(bào)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(diǎn)均改為常閉信號(hào)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(guó)內(nèi)采用的大多是國(guó)產(chǎn)二次開(kāi)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(jiǎn)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(guó)際通用的軟件,不利于輻照裝置的國(guó)際化,為了裝置的國(guó)際化推廣,我們采用了國(guó)際通用軟件Win CC開(kāi)發(fā)了全新的控制軟件,得到了國(guó)外用戶和專家的好評(píng)。
3先進(jìn)的運(yùn)行管理
對(duì)于裝置使用者來(lái)說(shuō),不僅需要先進(jìn)的裝置,同時(shí)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(shí)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(chǎng)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(jì)劃調(diào)度和下達(dá)(計(jì)劃調(diào)度部),裝卸產(chǎn)品的信息收集與驗(yàn)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(duì)加工信息進(jìn)行匯總和處理并生成完整的產(chǎn)品加工報(bào)告(市場(chǎng)部),對(duì)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(shí)所有的操作都能被實(shí)時(shí)記錄,這就保證了運(yùn)行管理的可追溯性。
4專利
申請(qǐng)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(shí)不能忽視了專利的申請(qǐng)。近幾年,我們共申請(qǐng)獲得了6項(xiàng)專利主要涉及源架、裝卸料站、長(zhǎng)桿工具、全過(guò)程條碼監(jiān)控、過(guò)源機(jī)械等方面,這不僅保護(hù)了權(quán)益,也是對(duì)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(jiān)持以市場(chǎng)為導(dǎo)向研發(fā)我們的裝置,市場(chǎng)有什么需求,我們就努力的滿足這個(gè)需求。在2000年之前,許多國(guó)際大型醫(yī)療用品的生產(chǎn)制造單位將工廠建立在中國(guó),但他們?cè)谥袊?guó)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(guó)、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(chǎng)需求,開(kāi)發(fā)出了符合國(guó)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?cè)诙潭處啄甑臅r(shí)間內(nèi)就將該類(lèi)型裝置推廣到無(wú)錫、南通、張家港、蘇州、蘭州、北京、天津、南京、杭州以及泰國(guó)等地,總設(shè)計(jì)裝源能力達(dá)1.35×10Bq(3650萬(wàn)C),已經(jīng)成為中國(guó)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(chǎng)和技術(shù)創(chuàng)新結(jié)合起來(lái)以技術(shù)創(chuàng)新來(lái)滿足市場(chǎng)的需要,在這個(gè)過(guò)程中比較典型的就是開(kāi)發(fā)了具有國(guó)際先進(jìn)水平的條碼管理監(jiān)控系統(tǒng)和自動(dòng)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(píng)價(jià)。
產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)還應(yīng)該借助各種機(jī)會(huì)來(lái)對(duì)裝置進(jìn)行宣傳,這包括參加各種專業(yè)的會(huì)議以及進(jìn)行訪問(wèn)等。我們就先后組團(tuán)參加了多屆國(guó)際輻射加工大會(huì)(MRP),并于2006年在吉隆坡召開(kāi)的14屆國(guó)際輻射加工大會(huì)上以大會(huì)報(bào)告的形式向與會(huì)代表詳細(xì)介紹了我們開(kāi)發(fā)的SQ(H)型大型工業(yè)鉆源輻照裝置的性能和設(shè)計(jì)特點(diǎn),受到國(guó)內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注。
產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)的另外一個(gè)重要因素是要放眼世界,緊盯國(guó)際輻射加工和輻照裝置的發(fā)展趨勢(shì),在這方面我們是通過(guò)對(duì)國(guó)外輻照裝置的訪問(wèn)和與相關(guān)國(guó)家專家的交流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)還應(yīng)該借助國(guó)家相關(guān)部門(mén)和行業(yè)協(xié)會(huì)的力量。積極申請(qǐng)各種專項(xiàng)資金,參加行業(yè)協(xié)會(huì)的相關(guān)認(rèn)證等,我們?cè)谌ツ旰徒衲昃头謩e獲得了中國(guó)同位素與輻射行業(yè)協(xié)會(huì)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(jiǎng)優(yōu)秀集體》的稱號(hào),這些也能起動(dòng)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(gè)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(duì)于我們青年來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的也是很難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。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(yàn),積極主動(dòng)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(kāi)放的,接受新鮮事物快,又具有計(jì)算機(jī)應(yīng)用、外語(yǔ)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(dòng)我國(guó)輻射加工產(chǎn)業(yè)化發(fā)揮更大的作用。■
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