一種輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】一種輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)，包括前光闌系統(tǒng)，快門系統(tǒng)，鉛容器，轉(zhuǎn)子，傳動定位系統(tǒng)，底座，激發(fā)裝置，輻射源，門源，監(jiān)控系統(tǒng)，輻射源整體結(jié)構(gòu)，輻射安全監(jiān)測設(shè)備支撐平臺系統(tǒng)，圖像采集、處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，當(dāng)放射源發(fā)出的射線通光闌系時(shí)，其中一部分直接透過，其能量和方向均不發(fā)生改變，一部分被光闌系的壁吸收，還有一部分被散射。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：精確度高，穩(wěn)定性好。為射線在放射治療、輻射工作人員和公眾的輻射防護(hù)、核電、核設(shè)施的安全運(yùn)行等領(lǐng)域的量值統(tǒng)一，提供技術(shù)基礎(chǔ)條件和關(guān)鍵計(jì)量保障，以滿足社會發(fā)展需求。
【專利說明】一種輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測領(lǐng)域，特別涉及了一種輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測 系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在射線強(qiáng)度檢測設(shè)備使用過程中，需要定期對檢測設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)射 線輻射源，通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輻射源強(qiáng)度單一，原源室設(shè)計(jì)為輻射源周圍都是和屏蔽材料緊密 接觸，沒有刻意留下機(jī)械安裝或動作要求以外的縫隙。這種狀態(tài)，由放射源活性區(qū)發(fā)出的射 線在很多情況下只經(jīng)過一次反散射就隨主射束一同射出，使得射束中低能成分大大增加。 而對于作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的輻射束一個(gè)基本要求就是射束的能譜不要太復(fù)雜。
[0003] 為了建立滿足國家量值溯源和傳遞要求的標(biāo)準(zhǔn)輻射場。提供安全聯(lián)鎖和輻射防 護(hù)，給出輻射場本底和輻射場均勻區(qū)尺寸，采用衰減器擴(kuò)展劑量率范圍，提供輻射場基本物 理參數(shù)，使其滿足治療水平和部分防護(hù)儀表的檢定與校準(zhǔn)的要求。輻射場量值溯源至國家 基準(zhǔn)，滿足國家量值溯源和傳遞要求，建立滿足放射治療和部分防護(hù)水平射線標(biāo)準(zhǔn)裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)針對輻射安全監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行檢測，特提供了一種輻射安 全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法。
[0005] 本發(fā)明提供了一種輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述的輻射安全監(jiān) 測設(shè)備檢測系統(tǒng)，包括標(biāo)準(zhǔn)射線輻射源；所述的標(biāo)準(zhǔn)射線輻射源，包括前光闌系統(tǒng)1，快門 系統(tǒng)2,鉛容器3,轉(zhuǎn)子4,傳動定位系統(tǒng)5,底座6,激發(fā)裝置7,輻射源8,門源9,監(jiān)控系統(tǒng) 10,輻射源整體結(jié)構(gòu)11，輻射安全監(jiān)測設(shè)備支撐平臺系統(tǒng)12,圖像采集系統(tǒng)13,圖像處理系 統(tǒng)14,數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)15 ;
[0006] 其中：輻射源整體結(jié)構(gòu)11為圓桶狀結(jié)構(gòu)，輻射源整體結(jié)構(gòu)11前端安裝有光闌系統(tǒng) 1 ;光闌系統(tǒng)1的前端外部安裝有門源9 ;光闌系統(tǒng)1的后端安裝有快門系統(tǒng)2 ;鉛容器3布 置在輻射源整體結(jié)構(gòu)11內(nèi)部；轉(zhuǎn)子4通過轉(zhuǎn)動軸與傳動定位系統(tǒng)5連接；轉(zhuǎn)子4上均布有 2?9個(gè)通孔，通孔中安裝有不同強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)輻射源8 ;激發(fā)裝置7位于轉(zhuǎn)子4的最下端通 孔的后部位置，激發(fā)裝置7位于光闌系統(tǒng)1的軸線上；底座6布置在輻射源整體結(jié)構(gòu)11底 部；
[0007] 輻射源整體結(jié)構(gòu)11和輻射安全監(jiān)測設(shè)備支撐平臺系統(tǒng)12分別與監(jiān)控系統(tǒng)10連 接；
[0008] 圖像采集系統(tǒng)13通過圖像處理系統(tǒng)14和數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)15與監(jiān)控系統(tǒng)10連接。
[0009] 所述的傳動定位系統(tǒng)5的動力源為氣缸驅(qū)動。
[0010] 所述的前光闌系統(tǒng)1包括7?11組，等間距布置。
[0011] 所述的輻射源8為2?9個(gè)。
[0012] 所述的快門系統(tǒng)2由兩個(gè)同心軸承支撐，由固定的機(jī)械裝置定位，快門孔道軸線 與輻射源8射束軸完全重合。
[0013] 所述的輻射安全監(jiān)測設(shè)備支撐平臺系統(tǒng)12,包括導(dǎo)軌1201，底部小車1202,底 部驅(qū)動電機(jī)1203,底部傳動系統(tǒng)1204,上部小車1205,上部驅(qū)動電機(jī)1206,上部傳動系統(tǒng) 1207,旋轉(zhuǎn)平臺1208,旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)1209,旋轉(zhuǎn)平臺連接裝置1210,監(jiān)測設(shè)備支架1211，上 部小車輪1212,底部小車輪1213 ;
[0014] 其中：底部小車1202通過底部小車輪1213安裝在導(dǎo)軌1201上，底部小車1202能 沿導(dǎo)軌1201長度方向移動，底部驅(qū)動電機(jī)1203通過底部傳動系統(tǒng)1204與底部小車輪1213 連接；
[0015] 上部小車1205通過上部小車輪1212安裝在底部小車1202上，上部小車1205能 沿垂直導(dǎo)軌1201長度方向移動，上部驅(qū)動電機(jī)1206通過上部傳動系統(tǒng)1207與上部小車輪 1212連接；
[0016] 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)1209安裝在上部小車1205上，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)1209通過旋轉(zhuǎn)平臺連 接裝置1210與旋轉(zhuǎn)平臺1208連接，監(jiān)測設(shè)備支架1211安裝在旋轉(zhuǎn)平臺1208上。
[0017] 快門的主要作用是使射束射出和關(guān)閉，快門處于出束狀態(tài)時(shí)，快門的孔與射束軸， 即放射源中心和光闌系中心所形成的軸線重合。此時(shí)放射源到光闌系各光闌孔內(nèi)壁的任何 一條連線都不能碰到快門孔的內(nèi)壁。
[0018] 原射線裝置的快門為手動，通過鋼絲繩拉動開啟，繼電器吸合關(guān)閉，設(shè)計(jì)比較原 始，同時(shí)由于常年的吸合關(guān)閉動作，使快門在輻照器上打出凹坑，影響了射線束的準(zhǔn)直，使 快門孔道軸線與射束軸偏差超過Γ 0.25°角度偏差即可造成對射束的明顯影響。
[0019] 本次設(shè)計(jì)的快門由上下二個(gè)同心軸承支撐，可以很輕松的轉(zhuǎn)動，由固定的機(jī)械裝 置定位，保證出束時(shí)快門孔道軸線與射束軸完全重合?？扉T通過步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)放射源的開 關(guān)，其特點(diǎn)是開關(guān)速度可通過步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確控制，系統(tǒng)簡單，故障率低。
[0020] 另外快門均有相關(guān)安全設(shè)計(jì)，在斷電情況下，快門可自行關(guān)閉，保護(hù)工作人員安 全。
[0021] 一種輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：其中包括降低射束低 能成分的方法，當(dāng)光子能量在在〇. 8?4MeV時(shí)，除了低原子序數(shù)物質(zhì)以外的所有元素，以光 電效應(yīng)為主；在6°Co射線所處的范圍，作用都是康普頓效應(yīng)，而與原子序數(shù)關(guān)系不大，只有 能量較高時(shí)才會發(fā)生電子對生成占優(yōu)勢的情況；
[0022] 將光闌材料隔開，光闌的外直徑為125mm，內(nèi)直徑為62mm，長為130mm ;二次散射由 于隔開光闌的作用，不可能射出，保證射束的原始能譜。
[0023] 當(dāng)6°Co放射源發(fā)出的射線通光闌系時(shí)，其中一部分直接透過，其能量和方向均不 發(fā)生改變，一部分被光闌系的壁吸收，還有一部分被散射。被散射的部分產(chǎn)生散射光子和反 沖電子，在光闌系的結(jié)構(gòu)作用下，盡量減少射出。
[0024] 在電離輻射準(zhǔn)直束條件下進(jìn)行校準(zhǔn)和測量時(shí)，如果空氣吸收和散射對于確定能量 的輻射束可以忽略不計(jì)，探測器測量結(jié)果應(yīng)服從點(diǎn)源-點(diǎn)探測器的距離平方反比定律。即 電離輻射測量中，測量點(diǎn)的空氣比釋動能率Κα與測量點(diǎn)到輻射源的距離r的平方成反比。 有公式：

【權(quán)利要求】
1. 一種輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述的輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系 統(tǒng)，包括標(biāo)準(zhǔn)射線輻射源；所述的標(biāo)準(zhǔn)射線輻射源，包括前光闌系統(tǒng)（1)，快門系統(tǒng)（2)，鉛 容器（3)，轉(zhuǎn)子（4)，傳動定位系統(tǒng)（5)，底座（6)，激發(fā)裝置（7)，輻射源（8)，門源（9)，監(jiān) 控系統(tǒng)（10)，輻射源整體結(jié)構(gòu)（11)，輻射安全監(jiān)測設(shè)備支撐平臺系統(tǒng)（12)，圖像采集系統(tǒng) (13)，圖像處理系統(tǒng)（14)，數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)（15)，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（16); 其中：輻射源整體結(jié)構(gòu)（11)為圓桶狀結(jié)構(gòu)，輻射源整體結(jié)構(gòu)（11)前端安裝有光闌系統(tǒng) ⑴；光闌系統(tǒng)⑴的前端外部安裝有門源（9);光闌系統(tǒng)⑴的后端安裝有快門系統(tǒng)⑵； 鉛容器（3)布置在輻射源整體結(jié)構(gòu)（11)內(nèi)部；轉(zhuǎn)子（4)通過轉(zhuǎn)動軸與傳動定位系統(tǒng)（5)連 接；轉(zhuǎn)子（4)上均布有2?9個(gè)通孔，通孔中安裝有不同強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)輻射源（8);激發(fā)裝置 (7)位于轉(zhuǎn)子（4)的最下端通孔的后部位置，激發(fā)裝置（7)位于光闌系統(tǒng)（1)的軸線上；底 座（6)布置在輻射源整體結(jié)構(gòu)（11)底部； 輻射源整體結(jié)構(gòu)（11)和輻射安全監(jiān)測設(shè)備支撐平臺系統(tǒng)（12)分別與監(jiān)控系統(tǒng)（10) 連接；圖像采集系統(tǒng)（13)通過圖像處理系統(tǒng)（14)和數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)（15)與監(jiān)控系統(tǒng)（10) 連接；安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（16)與監(jiān)控系統(tǒng)（10)連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述的傳動定位 系統(tǒng)（5)的動力源為氣缸驅(qū)動。
3. 按照權(quán)利要求1所述的輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述的前光闌系 統(tǒng)⑴包括7?11組，等間距布置。
4. 按照權(quán)利要求1所述的輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述的輻射源（8) 為2?9個(gè)。
5. 按照權(quán)利要求1所述的輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述的快門系統(tǒng) (2)由兩個(gè)同心軸承支撐，由固定的機(jī)械裝置定位，快門孔道軸線與輻射源（8)射束軸完全 重合。
6. 按照權(quán)利要求1所述的輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述的輻射安全 監(jiān)測設(shè)備支撐平臺系統(tǒng)（12)，包括導(dǎo)軌（1201)，底部小車（1202)，底部驅(qū)動電機(jī)（1203)，底 部傳動系統(tǒng)（1204)，上部小車（1205)，上部驅(qū)動電機(jī)（1206)，上部傳動系統(tǒng)（1207)，旋轉(zhuǎn)平 臺（1208)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)（1209)，旋轉(zhuǎn)平臺連接裝置（1210)，監(jiān)測設(shè)備支架（1211)，上部小 車輪（1212)，底部小車輪（1213); 其中：底部小車（1202)通過底部小車輪（1213)安裝在導(dǎo)軌（1201)上，底部小車 (1202)能沿導(dǎo)軌（1201)長度方向移動，底部驅(qū)動電機(jī)（1203)通過底部傳動系統(tǒng)（1204)與 底部小車輪（1213)連接； 上部小車（1205)通過上部小車輪（1212)安裝在底部小車（1202)上，上部小車（1205) 能沿垂直導(dǎo)軌（1201)長度方向移動，上部驅(qū)動電機(jī)（1206)通過上部傳動系統(tǒng)（1207)與上 部小車輪（1212)連接； 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)（1209)安裝在上部小車（1205)上，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)（1209)通過旋轉(zhuǎn)平臺 連接裝置（1210)與旋轉(zhuǎn)平臺（1208)連接，監(jiān)測設(shè)備支架（1211)安裝在旋轉(zhuǎn)平臺（1208) 上。
7. -種權(quán)利要求1所述的輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：其中 包括降低射束低能成分的方法，將光闌材料隔開，光闌的外直徑為125mm，內(nèi)直徑為62mm， 長為130mm;二次散射由于隔開光闌的作用，不可能射出，保證射束的原始能譜；光闌的外 直徑為125mm,內(nèi)直徑為62mm,長為130mm ; 當(dāng)6°Co放射源發(fā)出的射線通光闌系時(shí)，其中一部分直接透過，其能量和方向均不發(fā)生 改變，一部分被光闌系的壁吸收，還有一部分被散射；被散射的部分產(chǎn)生散射光子和反沖電 子，在光闌系的結(jié)構(gòu)作用下，盡量減少射出； 電離輻射測量中，測量點(diǎn)的空氣比釋動能率與測量點(diǎn)到輻射源的距離r的平方成反 t匕；有公式：
式中：Ka(l是源到探測器的有效中心距離r = 0時(shí)的空氣比釋動能率； r是源到探測器的有效中心距離； 準(zhǔn)確測定輻射源焦點(diǎn)到探測器有效中心的距離，并且對于確定的校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)定 位；不論是標(biāo)準(zhǔn)電離室，還是被檢定、校準(zhǔn)的電離室或其他探測器都能夠嚴(yán)格地重復(fù)定位在 校準(zhǔn)的基點(diǎn)上。
8. 按照權(quán)利要求7所述的輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：快門 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，保證快門的孔與射束軸，即放射源中心和光闌系中心所形成的軸線重合，此時(shí) 放射源到光闌系各光闌孔內(nèi)壁的任何一條連線都不能碰到快門孔的內(nèi)壁；使快門孔道軸線 與射束軸偏差不超過0.25° ; 快門由上下二個(gè)同心軸承支撐，可以很輕松的轉(zhuǎn)動，由固定的機(jī)械裝置定位，保證出束 時(shí)快門孔道軸線與射束軸完全重合；快門通過步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)放射源的開關(guān)，其特點(diǎn)是開關(guān) 速度可通過步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確控制；快門均有安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在斷電情況下，快門可自行關(guān)閉， 保護(hù)工作人員安全。
9. 按照權(quán)利要求7所述的輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：監(jiān)控 系統(tǒng)（10)的設(shè)計(jì)，基于虛擬儀器技術(shù)和PID控制理論，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，完成標(biāo)準(zhǔn)裝置 的測量自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；測控系統(tǒng)采用LabVIEW圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境，對導(dǎo)軌、旋轉(zhuǎn) 臺和衰減器等六維進(jìn)行自動控制，并實(shí)時(shí)采集溫度、濕度、氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行測量結(jié)果修正；結(jié) 合現(xiàn)場傳感器及485遠(yuǎn)程通訊技術(shù)，對輻射場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，建立性能可靠、響應(yīng)及時(shí)的安 全連鎖系統(tǒng)。
10. 按照權(quán)利要求7所述的輻射安全監(jiān)測設(shè)備檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：安全 聯(lián)鎖系統(tǒng)（16)由計(jì)算機(jī)、開關(guān)量輸入輸出卡、信號整形電路、多個(gè)控制開關(guān)、狀態(tài)顯示終端 及UPS電源組成； 各路控制點(diǎn)產(chǎn)生的信號經(jīng)過整形后，由開關(guān)輸入輸出卡采集到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過一系列的 邏輯判斷，輸出相應(yīng)的控制信號，控制相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，完成相應(yīng)的動作；采用計(jì)算機(jī)控制 節(jié)省大量硬件設(shè)備，用于邏輯判斷的繼電器，降低了系統(tǒng)的故障率，同時(shí)也完善了控制系統(tǒng) 的功能并為將來擴(kuò)展功能預(yù)留了空間；采用UPS電源，使系統(tǒng)在電網(wǎng)斷電的情況下仍能有 效運(yùn)行，避免意外發(fā)生，同時(shí)進(jìn)一步凈化系統(tǒng)供電電源避免誤動作，保證整套系統(tǒng)的可靠運(yùn) 行；采用開關(guān)量信號作為輸入輸出的信號，信號的冗余度大，可以有效避免電磁干擾；開關(guān) 源控制采用了冗余設(shè)計(jì)，同時(shí)具有計(jì)算機(jī)控制與手動控制兩種控制方式，以計(jì)算機(jī)控制為 主，在計(jì)算機(jī)控制失效時(shí)，可以采用手動方式以免發(fā)生事故； 為確保輻照的安全運(yùn)行，保障操作人員的人身安全，防止發(fā)生人員誤入和輻射源超劑 量照射的放射事故發(fā)生，安全措施如下： 控制系統(tǒng)完成對所有安全、控制信號的采集、判斷、產(chǎn)生，狀態(tài)顯示終端計(jì)算機(jī)顯示器 同時(shí)顯示系統(tǒng)狀態(tài)；開關(guān)源及照射時(shí)自動測量、記錄開關(guān)源及照射時(shí)間，通過計(jì)算機(jī)可以輸 入照射時(shí)間完成自動開關(guān)源的功能，還可以輸入操作者姓名，自動存儲所有運(yùn)行數(shù)據(jù)，在退 出控制程序時(shí)可以自動生成完整的運(yùn)行記錄文件，以便管理； 輻射源的開關(guān)由在控制室的開關(guān)裝置和安全聯(lián)鎖系統(tǒng)控制；源開關(guān)的速度可調(diào)，保證 輻照劑量的可重復(fù)性；源的輻照時(shí)間由計(jì)時(shí)器準(zhǔn)確控制，整個(gè)輻射源整體結(jié)構(gòu)（11)由輻照 室外的控制臺自動或手動控制。
【文檔編號】G01T1/16GK104155671SQ201410174834
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】王俊, 李宏偉, 艾明澤, 楊元第, 陳靖 申請人:遼寧省計(jì)量科學(xué)研究院