一种辐射安全监测设备检测系统及设计方法
【专利摘要】一种辐射安全监测设备检测系统，包括前光阑系统，快门系统，铅容器，转子，传动定位系统，底座，激发装置，辐射源，门源，监控系统，辐射源整体结构，辐射安全监测设备支撑平台系统，图像采集、处理系统，数据上传系统，安全联锁系统。辐射安全监测设备检测系统的设计方法，当放射源发出的射线通光阑系时，其中一部分直接透过，其能量和方向均不发生改变，一部分被光阑系的壁吸收，还有一部分被散射。本发明的优点：精确度高，稳定性好。为射线在放射治疗、辐射工作人员和公众的辐射防护、核电、核设施的安全运行等领域的量值统一，提供技术基础条件和关键计量保障，以满足社会发展需求。
【专利说明】一种辐射安全监测设备检测系统及设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及辐射安全监测设备检测领域，特别涉及了一种辐射安全监测设备检测 系统及设计方法。
【背景技术】
[0002] 在射线强度检测设备使用过程中，需要定期对检测设备进行校准，现有的标准射 线辐射源，通常结构复杂，辐射源强度单一，原源室设计为辐射源周围都是和屏蔽材料紧密 接触，没有刻意留下机械安装或动作要求以外的缝隙。这种状态，由放射源活性区发出的射 线在很多情况下只经过一次反散射就随主射束一同射出，使得射束中低能成分大大增加。 而对于作为计量标准的辐射束一个基本要求就是射束的能谱不要太复杂。
[0003] 为了建立满足国家量值溯源和传递要求的标准辐射场。提供安全联锁和辐射防 护，给出辐射场本底和辐射场均匀区尺寸，采用衰减器扩展剂量率范围，提供辐射场基本物 理参数，使其满足治疗水平和部分防护仪表的检定与校准的要求。辐射场量值溯源至国家 基准，满足国家量值溯源和传递要求，建立满足放射治疗和部分防护水平射线标准装置。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了实现针对辐射安全监测设备进行检测，特提供了一种辐射安 全监测设备检测系统及设计方法。
[0005] 本发明提供了一种辐射安全监测设备检测系统，其特征在于：所述的辐射安全监 测设备检测系统，包括标准射线辐射源；所述的标准射线辐射源，包括前光阑系统1，快门 系统2,铅容器3,转子4,传动定位系统5,底座6,激发装置7,辐射源8,门源9,监控系统 10,辐射源整体结构11，辐射安全监测设备支撑平台系统12,图像采集系统13,图像处理系 统14,数据上传系统15 ;
[0006] 其中：辐射源整体结构11为圆桶状结构，辐射源整体结构11前端安装有光阑系统 1 ;光阑系统1的前端外部安装有门源9 ;光阑系统1的后端安装有快门系统2 ;铅容器3布 置在辐射源整体结构11内部；转子4通过转动轴与传动定位系统5连接；转子4上均布有 2?9个通孔，通孔中安装有不同强度的标准辐射源8 ;激发装置7位于转子4的最下端通 孔的后部位置，激发装置7位于光阑系统1的轴线上；底座6布置在辐射源整体结构11底 部；
[0007] 辐射源整体结构11和辐射安全监测设备支撑平台系统12分别与监控系统10连 接；
[0008] 图像采集系统13通过图像处理系统14和数据上传系统15与监控系统10连接。
[0009] 所述的传动定位系统5的动力源为气缸驱动。
[0010] 所述的前光阑系统1包括7?11组，等间距布置。
[0011] 所述的辐射源8为2?9个。
[0012] 所述的快门系统2由两个同心轴承支撑，由固定的机械装置定位，快门孔道轴线 与辐射源8射束轴完全重合。
[0013] 所述的辐射安全监测设备支撑平台系统12,包括导轨1201，底部小车1202,底 部驱动电机1203,底部传动系统1204,上部小车1205,上部驱动电机1206,上部传动系统 1207,旋转平台1208,旋转驱动电机1209,旋转平台连接装置1210,监测设备支架1211，上 部小车轮1212,底部小车轮1213 ;
[0014] 其中：底部小车1202通过底部小车轮1213安装在导轨1201上，底部小车1202能 沿导轨1201长度方向移动，底部驱动电机1203通过底部传动系统1204与底部小车轮1213 连接；
[0015] 上部小车1205通过上部小车轮1212安装在底部小车1202上，上部小车1205能 沿垂直导轨1201长度方向移动，上部驱动电机1206通过上部传动系统1207与上部小车轮 1212连接；
[0016] 旋转驱动电机1209安装在上部小车1205上，旋转驱动电机1209通过旋转平台连 接装置1210与旋转平台1208连接，监测设备支架1211安装在旋转平台1208上。
[0017] 快门的主要作用是使射束射出和关闭，快门处于出束状态时，快门的孔与射束轴， 即放射源中心和光阑系中心所形成的轴线重合。此时放射源到光阑系各光阑孔内壁的任何 一条连线都不能碰到快门孔的内壁。
[0018] 原射线装置的快门为手动，通过钢丝绳拉动开启，继电器吸合关闭，设计比较原 始，同时由于常年的吸合关闭动作，使快门在辐照器上打出凹坑，影响了射线束的准直，使 快门孔道轴线与射束轴偏差超过Γ 0.25°角度偏差即可造成对射束的明显影响。
[0019] 本次设计的快门由上下二个同心轴承支撑，可以很轻松的转动，由固定的机械装 置定位，保证出束时快门孔道轴线与射束轴完全重合。快门通过步进电机实现放射源的开 关，其特点是开关速度可通过步进电机准确控制，系统简单，故障率低。
[0020] 另外快门均有相关安全设计，在断电情况下，快门可自行关闭，保护工作人员安 全。
[0021] 一种辐射安全监测设备检测系统的设计方法，其特征在于：其中包括降低射束低 能成分的方法，当光子能量在在〇. 8?4MeV时，除了低原子序数物质以外的所有元素，以光 电效应为主；在6°Co射线所处的范围，作用都是康普顿效应，而与原子序数关系不大，只有 能量较高时才会发生电子对生成占优势的情况；
[0022] 将光阑材料隔开，光阑的外直径为125mm，内直径为62mm，长为130mm ;二次散射由 于隔开光阑的作用，不可能射出，保证射束的原始能谱。
[0023] 当6°Co放射源发出的射线通光阑系时，其中一部分直接透过，其能量和方向均不 发生改变，一部分被光阑系的壁吸收，还有一部分被散射。被散射的部分产生散射光子和反 冲电子，在光阑系的结构作用下，尽量减少射出。
[0024] 在电离辐射准直束条件下进行校准和测量时，如果空气吸收和散射对于确定能量 的辐射束可以忽略不计，探测器测量结果应服从点源-点探测器的距离平方反比定律。即 电离辐射测量中，测量点的空气比释动能率Κα与测量点到辐射源的距离r的平方成反比。 有公式：
【权利要求】
1. 一种辐射安全监测设备检测系统，其特征在于：所述的辐射安全监测设备检测系 统，包括标准射线辐射源；所述的标准射线辐射源，包括前光阑系统（1)，快门系统（2)，铅 容器（3)，转子（4)，传动定位系统（5)，底座（6)，激发装置（7)，辐射源（8)，门源（9)，监 控系统（10)，辐射源整体结构（11)，辐射安全监测设备支撑平台系统（12)，图像采集系统 (13)，图像处理系统（14)，数据上传系统（15)，安全联锁系统（16); 其中：辐射源整体结构（11)为圆桶状结构，辐射源整体结构（11)前端安装有光阑系统 ⑴；光阑系统⑴的前端外部安装有门源（9);光阑系统⑴的后端安装有快门系统⑵； 铅容器（3)布置在辐射源整体结构（11)内部；转子（4)通过转动轴与传动定位系统（5)连 接；转子（4)上均布有2?9个通孔，通孔中安装有不同强度的标准辐射源（8);激发装置 (7)位于转子（4)的最下端通孔的后部位置，激发装置（7)位于光阑系统（1)的轴线上；底 座（6)布置在辐射源整体结构（11)底部； 辐射源整体结构（11)和辐射安全监测设备支撑平台系统（12)分别与监控系统（10) 连接；图像采集系统（13)通过图像处理系统（14)和数据上传系统（15)与监控系统（10) 连接；安全联锁系统（16)与监控系统（10)连接。
2. 按照权利要求1所述的辐射安全监测设备检测系统，其特征在于：所述的传动定位 系统（5)的动力源为气缸驱动。
3. 按照权利要求1所述的辐射安全监测设备检测系统，其特征在于：所述的前光阑系 统⑴包括7?11组，等间距布置。
4. 按照权利要求1所述的辐射安全监测设备检测系统，其特征在于：所述的辐射源（8) 为2?9个。
5. 按照权利要求1所述的辐射安全监测设备检测系统，其特征在于：所述的快门系统 (2)由两个同心轴承支撑，由固定的机械装置定位，快门孔道轴线与辐射源（8)射束轴完全 重合。
6. 按照权利要求1所述的辐射安全监测设备检测系统，其特征在于：所述的辐射安全 监测设备支撑平台系统（12)，包括导轨（1201)，底部小车（1202)，底部驱动电机（1203)，底 部传动系统（1204)，上部小车（1205)，上部驱动电机（1206)，上部传动系统（1207)，旋转平 台（1208)，旋转驱动电机（1209)，旋转平台连接装置（1210)，监测设备支架（1211)，上部小 车轮（1212)，底部小车轮（1213); 其中：底部小车（1202)通过底部小车轮（1213)安装在导轨（1201)上，底部小车 (1202)能沿导轨（1201)长度方向移动，底部驱动电机（1203)通过底部传动系统（1204)与 底部小车轮（1213)连接； 上部小车（1205)通过上部小车轮（1212)安装在底部小车（1202)上，上部小车（1205) 能沿垂直导轨（1201)长度方向移动，上部驱动电机（1206)通过上部传动系统（1207)与上 部小车轮（1212)连接； 旋转驱动电机（1209)安装在上部小车（1205)上，旋转驱动电机（1209)通过旋转平台 连接装置（1210)与旋转平台（1208)连接，监测设备支架（1211)安装在旋转平台（1208) 上。
7. -种权利要求1所述的辐射安全监测设备检测系统的设计方法，其特征在于：其中 包括降低射束低能成分的方法，将光阑材料隔开，光阑的外直径为125mm，内直径为62mm， 长为130mm;二次散射由于隔开光阑的作用，不可能射出，保证射束的原始能谱；光阑的外 直径为125mm,内直径为62mm,长为130mm ; 当6°Co放射源发出的射线通光阑系时，其中一部分直接透过，其能量和方向均不发生 改变，一部分被光阑系的壁吸收，还有一部分被散射；被散射的部分产生散射光子和反冲电 子，在光阑系的结构作用下，尽量减少射出； 电离辐射测量中，测量点的空气比释动能率与测量点到辐射源的距离r的平方成反 t匕；有公式：
式中：Ka(l是源到探测器的有效中心距离r = 0时的空气比释动能率； r是源到探测器的有效中心距离； 准确测定辐射源焦点到探测器有效中心的距离，并且对于确定的校准点进行重复定 位；不论是标准电离室，还是被检定、校准的电离室或其他探测器都能够严格地重复定位在 校准的基点上。
8. 按照权利要求7所述的辐射安全监测设备检测系统的设计方法，其特征在于：快门 系统的设计，保证快门的孔与射束轴，即放射源中心和光阑系中心所形成的轴线重合，此时 放射源到光阑系各光阑孔内壁的任何一条连线都不能碰到快门孔的内壁；使快门孔道轴线 与射束轴偏差不超过0.25° ; 快门由上下二个同心轴承支撑，可以很轻松的转动，由固定的机械装置定位，保证出束 时快门孔道轴线与射束轴完全重合；快门通过步进电机实现放射源的开关，其特点是开关 速度可通过步进电机准确控制；快门均有安全结构设计，在断电情况下，快门可自行关闭， 保护工作人员安全。
9. 按照权利要求7所述的辐射安全监测设备检测系统的设计方法，其特征在于：监控 系统（10)的设计，基于虚拟仪器技术和PID控制理论，采用模块化设计方法，完成标准装置 的测量自动控制系统设计；测控系统采用LabVIEW图形化软件开发集成环境，对导轨、旋转 台和衰减器等六维进行自动控制，并实时采集温度、湿度、气压数据进行测量结果修正；结 合现场传感器及485远程通讯技术，对辐射场进行实时监控，建立性能可靠、响应及时的安 全连锁系统。
10. 按照权利要求7所述的辐射安全监测设备检测系统的设计方法，其特征在于：安全 联锁系统（16)由计算机、开关量输入输出卡、信号整形电路、多个控制开关、状态显示终端 及UPS电源组成； 各路控制点产生的信号经过整形后，由开关输入输出卡采集到计算机，经过一系列的 逻辑判断，输出相应的控制信号，控制相应的执行结构，完成相应的动作；采用计算机控制 节省大量硬件设备，用于逻辑判断的继电器，降低了系统的故障率，同时也完善了控制系统 的功能并为将来扩展功能预留了空间；采用UPS电源，使系统在电网断电的情况下仍能有 效运行，避免意外发生，同时进一步净化系统供电电源避免误动作，保证整套系统的可靠运 行；采用开关量信号作为输入输出的信号，信号的冗余度大，可以有效避免电磁干扰；开关 源控制采用了冗余设计，同时具有计算机控制与手动控制两种控制方式，以计算机控制为 主，在计算机控制失效时，可以采用手动方式以免发生事故； 为确保辐照的安全运行，保障操作人员的人身安全，防止发生人员误入和辐射源超剂 量照射的放射事故发生，安全措施如下： 控制系统完成对所有安全、控制信号的采集、判断、产生，状态显示终端计算机显示器 同时显示系统状态；开关源及照射时自动测量、记录开关源及照射时间，通过计算机可以输 入照射时间完成自动开关源的功能，还可以输入操作者姓名，自动存储所有运行数据，在退 出控制程序时可以自动生成完整的运行记录文件，以便管理； 辐射源的开关由在控制室的开关装置和安全联锁系统控制；源开关的速度可调，保证 辐照剂量的可重复性；源的辐照时间由计时器准确控制，整个辐射源整体结构（11)由辐照 室外的控制台自动或手动控制。
【文档编号】G01T1/16GK104155671SQ201410174834
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】王俊, 李宏伟, 艾明泽, 杨元第, 陈靖 申请人:辽宁省计量科学研究院