一种土柱切割及收集装置的制作方法

1.本发明属于核工业领域，具体涉及一种土柱切割及收集装置。


背景技术：

2.20世纪50年代以来，围绕核工业发展的大背景，我国先后建成了核燃料循环、核材料生产等一系列大型核设施，针对日益增多的放射性废物，我国已建成一批放射性废物处置场。上述核设施在运行工况或事故工况下排放的放射性核素最先污染的必定是土壤和水环境。
3.目前国内外研究放射性核素迁移的方法可分为实验室模拟、地下实验室研究、现场监测类比和数值模拟研究，实验室模拟研究由于实验条件容易控制且经济成本低，是开展核素迁移实验的理想方法，而土柱实验是获取放射性核素在核设施周边区域包气带、含水层关键迁移参数的实验手段。对于强吸附核素pu-239、cs-137、am-241等往往在短实验周期内无法穿透土柱，因而迁移参数求解只能通过土柱解体测量的方式来获取。
4.而在解体过程中，不可避免的会产生放射性粉尘、气溶胶，如果采用人工解体的方式，会给实验人员造成较高外照射剂量及内照射剂量，尤其是pu、am等核素，具有极强的毒性，严重威胁实验人员的健康，是强吸附核素，高毒性核素开展土柱实验的最主要阻碍。目前市面上还没有定型装置可完成自动收集及土样收集工作，为解决以上问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种土柱切割及收集装置，本技术方案能够避免土柱解体过程中会产生的放射性粉尘、气溶胶严重威胁实验人员的健康。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种土柱切割及收集装置，包括：
8.工作台面，所述工作台面具有相对的第一面和第二面；
9.固定组件，所述固定组件设置于所述工作台面的所述第一面，所述固定组件用于固定所述放射性土柱，所述放射性土柱的轴线与所述第一面平行，所述放射性土柱具有顶出端和切割端；
10.进给组件，所述进给组件抵住所述放射性土柱的所述顶出端，用于推动所述放射性土柱移动；
11.切割组件，所述切割组件设置于所述工作台面的所述第一面，所述切割组件的刀片与所述放射性土柱的所述切割端接触；
12.集样组件，所述集样组件包括：
13.收集箱，所述收集箱设置于所述工作台面的所述第二面，所述收集箱具有一中空的容置腔，所述容置腔内设置有可移动的载物台，所述载物台上设置有多个样品盒；
14.收集斗，所述收集斗设置于所述工作台面的所述第一面，所述收集斗的斗部位于
所述放射性土柱的所述切割端下方，所述收集斗的管部穿过所述工作台面和收集箱的顶部，止于所述载物台上方；以及，
15.控制器，用于控制所述载物台的移动，使得所述收集斗的管部位于不同所述样品盒的上方。
16.进一步地，所述收集箱还包括负压器，用于控制所述收集箱内为负压状态。
17.进一步地，所述放射性土柱外侧设有有机玻璃管，所述固定组件通过所述有机玻璃管固定所述放射性土柱，所述进给组件包括顶板，所述顶板的外径小于或等于所述有机玻璃管的内径。
18.进一步地，所述有机玻璃管的壁厚为8-12mm。
19.进一步地，所述进给组件还包括手动摇杆，所述手动摇杆用于控制所述顶板推动所述放射性土柱移动的长度。
20.进一步地，所述手动摇杆转一圈，所述顶板推动所述放射性土柱移动1mm。
21.进一步地，所述工作台面的所述第一面具有平行的第一导轨、第二导轨和第三导轨，所述第一导轨的延伸方向与所述放射性土柱的轴线方向平行，所述切割组件可移动的固定在所述第一导轨上，所述固定组件可移动的固定在所述第二导轨上，所述进给组件可移动的固定在所述第三导轨上。
22.进一步地，所述土柱切割及收集装置还包括控制组件，所述控制组件用于控制所述进给组件的进给运动和所述切割组件的旋转运动。
23.本发明的有益效果如下：
24.该装置可自动控制土柱切割长度，并自动收集样品，可极大的提高土柱解体的效率，同时避免土柱解体过程中会产生的放射性粉尘、气溶胶严重威胁实验人员的健康，对强吸附、高毒性放射性核素迁移实验的开展具有重要的意义。
附图说明
25.图1为本发明的放射性土柱切割装置的结构示意图；
26.图2为本发明的自动集样组件的结构示意图。
27.上述附图中，放射性土柱10、顶出端11、切割端12、工作台面100、第一导轨101、第二导轨102、第三导轨103、第一面104、固定组件200、进给组件300、顶板301、手动摇杆302、切割组件400、刀片401、集样组件500、收集箱510、载物台511、样品盒512、收集斗520、斗部521、管部522、控制组件600。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
29.如图1所示，本发明的一种土柱切割及收集装置包括工作台面100、固定组件200、进给组件300、切割组件400和集样组件500。工作台面100具有相对的第一面104和第二面，固定组件200设置于工作台面100的第一面104，固定组件200用于固定放射性土柱，放射性土柱的轴线与第一面104平行，放射性土柱具有顶出端11和切割端12。进给组件300抵住放射性土柱的顶出端11，用于推动放射性土柱移动；切割组件400设置于工作台面100的第一面104，切割组件400的刀片401与放射性土柱的切割端12接触。
30.参见图1和图2，集样组件500包括收集箱510、收集斗520和控制器。收集箱510设置于工作台面100的第二面，收集箱510具有一中空的容置腔，容置腔内设置有可移动的载物台511，载物台511上设置有多个样品盒512。收集斗520设置于工作台面100的第一面104，收集斗520的斗部521位于放射性土柱的切割端12下方，收集斗520的管部522穿过工作台面100和收集箱510的顶部，止于载物台511上方。控制器用于控制载物台511的移动，使得收集斗520的管部522位于不同样品盒512的上方，切割下来的土样被收集至样品盒512内。每切割一次，集样组件500自动更换一个样品盒512。
31.可根据土柱切割的长度，设置不同数量的样品盒及样品盒的尺寸，当切割作业时，控制器控制载物台511的移动，使得收集斗520的管部522位于不同样品盒512的上方，实现土样样品的自动收集，可极大的提高土柱解体的效率，同时降低实验人员受照剂量，避免土柱解体过程中会产生的放射性粉尘、气溶胶严重威胁实验人员的健康，推动放射性核素土柱示踪实验发展以及强吸附核素迁移模型的构建，对强吸附、高毒性放射性核素迁移实验的开展具有重要的意义。
32.可选地，收集箱510还包括负压器，用于控制收集箱510内为负压状态。在实现时，如图1所示，工作台可以包括工作台面100以及连接在工作台面100的第二面的箱体结构，使得收集箱510容纳在箱体结构内部。收集箱510可以设置有箱门。切割作业时，箱门关闭，收集箱510呈封闭状态，并产生负压，确保不会产生放射性气溶胶，防止人员吸入放射性粉尘造成内照射。
33.可选地，工作台面100的第一面104具有平行的第一导轨101、第二导轨102和第三导轨103，第一导轨101的延伸方向与放射性土柱的轴线方向平行，切割组件400可移动的固定在第一导轨101上，固定组件200可移动的固定在第二导轨102上，进给组件300可移动的固定在第三导轨103上。在切割前，可以根据放射性土柱的长度调整固定组件200、切割组件400和进给组件300的相对位置，使得切割组件400的刀片401与放射性土柱的切割端12接触，收集斗520的斗部521位于放射性土柱的切割端12下方。
34.具体地，固定组件200可以是卡钳，例如三爪卡钳，用于固定一系列不同直径的土柱。实验时所用的放射性土柱，可为人工填充样品，也可为原状土柱样品。
35.在一些实施例中，放射性土柱外侧设有有机玻璃管，固定组件200通过有机玻璃管固定放射性土柱。可选地，有机玻璃管的壁厚可以为8-12mm，以保证有机玻璃管有一定的强度便于装夹。
36.可选地，进给组件300包括顶板301，顶板301的外径小于或等于有机玻璃管的内径，可以根据放射性土柱的直径，可更换不同直径的顶板301。
37.在一些实施例中，进给组件300还包括手动摇杆302，手动摇杆302用于控制顶板301推动放射性土柱移动的长度。示例地，手动摇杆302转一圈，顶板301推动放射性土柱移动1mm。
38.当采用人工操作时，可通过手动控制装置进行，切割时，通过旋转摇杆，控制土样从有机玻璃管中伸出的长度。
39.在一些实施例中，土柱切割及收集装置还包括控制组件600，控制组件600用于控制进给组件300的进给运动和切割组件400的旋转运动。具体地，控制组件600通过电机驱动螺杆带动顶板301，给放射性土柱中的土样施加压力，在压力作用下，顶板301推动放射性土
柱移动。示例性地，可以通过参数设置，控制土样从有机玻璃管中伸出的长度。
40.当切割具有高毒性放射性土柱时，可采用自动控制模式，由控制组件600输入切割长度、切割范围、土柱长度、内径、外径等参数，切割组件400将按照设定的参数自动重复完成土柱推出、切割、集样等步骤，直至达到预设的参数。待切割完成后，实验人员从集样组件500中将按顺序排好的样品盒512收集后，测量其中土样的放射性活度，带入数值模型计算，便可得到相关迁移参数。
41.具体地，切割装置的端部设置有锋利的刀片401。当放射性土柱的切割端12被从有机玻璃管顶出时，可沿着柱体底端将固定长度的土柱样切割下来。
42.可选地，土柱切割及收集装置还包括断电保护组件，当产生断电时或者电源发生短路时，可控制装置缓慢停车。
43.可选地，土柱切割及收集装置还包括紧急停车组件，当发生紧急事故或意外时，可控制装置迅速停车。
44.本技术的土柱切割及收集装置具有自动控制模式和人工操作模式。当切割具有高毒性放射性土柱时，可采用自动控制模式。其主要步骤如下：
45.①
将放射性土柱固定在固定组件上，更换配套的进给组件的顶板；
46.②
检查装置是否有安全隐患，确定安全后接通电源；
47.③
控制电脑数控程序，设定每次切割土柱的长度；
48.④
将编好号的样品盒依次放入收集箱内；
49.⑤
点击开始切割，在控制组件的操作下，切割下来的土样被收集至样品盒内，每切割一次，集样组件自动更换一个样品盒；
50.⑥
待切割结束后，将样品盒取出以待测量，将切割后剩余的有机玻璃柱取下；
51.⑦
将装置恢复至初始状态，清扫表层浮土，关闭电源。
52.当采用人工操作模式时，其主要步骤如下：
53.①
将放射性土柱固定在固定组件上，更换配套的进给组件顶板；
54.②
检查装置是否有安全隐患，确定安全后开始操作；
55.③
手动控制摇杆，按照预设的切割长度，摇杆旋转一周，进给组件的顶板推动有机玻璃管内土样前进1mm；
56.④
待达到预设切割长度后，手动控制切割组件，切割下来的土样被收集至样品盒内，每切割一次，集样组件自动更换一个样品盒；
57.⑤
重复上述操作，直至土柱切割完毕；
58.⑥
待切割结束后，将切割后剩余的有机玻璃柱取下，将装置恢复至初始状态，清扫表层浮土。
59.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。