阅读说明：本技术 一种辐射场条件下的包层运输辐照取样装置 (Cladding transportation irradiation sampling device under radiation field condition ) 是由 陈舞辉 祝庆军 刘松林 于 2019-11-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种辐射场条件下的包层运输辐照取样装置，包括包层，包层升降平台，包层传输系统，电动臂和样品盒传送带；包层升降平台带动包层到辐射源同一高度接受辐照，辐照结束后，将包层运输至包层传输系统，经包层传输系统运输到电动臂所在位置，电动臂将实验模块内探测器取至样品盒，经由样品盒传送带移出辐射场，整个取样过程中装置之间的响应在秒量级。本发明能保证实验人员不受辐射，安全性能高，辐射结束后即能对实验模块进行操作，减少探测器的冷却时间，提高测量精度。(The invention discloses a cladding transportation irradiation sampling device under a radiation field condition, which comprises a cladding, a cladding lifting platform, a cladding transmission system, an electric arm and a sample box conveyor belt, wherein the cladding is arranged on the cladding lifting platform; the cladding lift platform drives the cladding and receives the irradiation to the same high of radiation source, after the irradiation, transports the cladding to cladding transmission system, transports electric arm position through cladding transmission system, and electric arm will experiment module internal detector gets to the sample box, shifts out the radiation field via the sample box conveyer belt, and the response between the whole sampling in-process device is at the second order of magnitude. The invention can ensure that the experimenter is not radiated, has high safety performance, can operate the experimental module after the radiation is finished, reduces the cooling time of the detector and improves the measurement precision.)

一种辐射场条件下的包层运输辐照取样装置

技术领域

本发明属于核辐射场领域，主要涉及一种核辐射场下的包层取样装置。

背景技术

聚变堆包层是反应堆燃料循环中唯一的氚增殖部件，是聚变堆实现氚自持的关键。为检测包层设计的合理性，需要进行中子学实验，以获得包层设计中重要的中子学参数，中子能谱。实验中通常采用离线法(活化箔)测量中子能谱，以减小待测中子场的扰动。采用离线法测量时，包层通常需要在高能中子场下辐照较长时间，这会导致包层活化严重，此时工作人员进入中子场取样品将承受较高的剂量。在这种需要取出探测器且人工操作不便的情况下，包层取样装置是包层中子学分析的必备设备。

目前国内外用于辐照场下取出辐照样品的装置主要为跑兔装置，跑兔装置由气压管、样品传输管道、速度控制阀、三位五通电磁阀、减压阀、空气压缩机、储气罐组成，需要人工将装有样品的样品盒放至样品传输管道的装样站，封好后打开阀门，压缩气体经减压阀和三位五通电磁阀及速度控制阀把样品快读从装样站传送至照射站，照射完毕后，三位五通电磁阀换向，压缩气体将样品从照射位置传递到样品接收站，人工取出样品至探测位置。整个过程样品传输速度极快，可以达到7m/s，但样品在管道内传输，这种传输方式不适用于包层实验模块。

为检测实验模块内中子能谱，需要将包层放置中子场中辐照一段时间，辐照结束后将置于包层内部的探测器取出测量，由于中子源离地面的距离大于1.5m，实验模块需要在同样高度下进行辐照，辐照结束后将模块运至离源较远，离地较近的地方进行操作，减少取样过程中的危险因素，以及实验人员所受的剂量。整个过程装置之间的响应时间在秒量级，使用升降装置移动模块时保证模块的上下振幅在0～2cm，移动加速度不超过0.1m/s²，装置的左右倾斜度不超过2°，则需要对整个装置进行精密的设计。

发明内容

为实现上述目的，发明提供如下技术方案，一种辐射场条件下的包层运输辐照取样装置，包括包层(1)，包层升降平台(2)，包层传输系统(3)，电动臂(4)和样品盒传送带(5)；其中包层(1)由多层氚增殖剂、中子倍增剂分层交替布置；

所述包层升降平台(2)包括机架，悬臂升降架以及设置在悬臂升降架上的传送带；所述悬臂升降架在机架内耐磨性导轨内上下移动；

所述包层传输系统(3)包括主传动系统，指令控制器，红外控制开关以及减振器；

所述电动臂(4)包括电动指令箱，指令传动轴，电动机械臂，电动轴，电动齿轮箱；样品盒传送带(5)包括传送带、样品盒、第二挡板。

进一步的，包层(1)中轴线打穿，中轴线处探测器的尺寸和包层中心孔尺寸之间匹配公差为0.02mm。

进一步的，包层升降平台(2)的机架内设置有限速器，限制载有模块的悬臂升降架在机架内移动的速度，使加速度限制在0.01m/s²以内；

所述机架两端设置有限位开关，时间继电器；所述悬臂升降架行程端部设置有缓冲器，悬臂升降架到达指定位置时，吸收悬臂升降架动能；所述缓冲器是油压型缓冲器或弹簧缓冲器；所述悬臂升降架内设置有减振器，减小升降架运行时的振动和噪声，使移动过程中模块的上下振幅小于5cm；

所述悬臂升降架上传送带两侧设置有第一挡板，以校正和固定包层的位置；所述悬臂升降架内传送带平面设置有水平仪；所述机架下方设置有调整地脚，水平仪的检测数据反馈到调整地脚，数据实时反馈，使最终偏移角度小于1度。

进一步的，所述包层传输带采用承重能力>0.02Mpa的材料，所述材料是冷拉、猝火的高强度钢带，所述钢带的外面覆以橡胶层或加厚PVC板，防止钢带的机械损伤，抵御潮湿；

所述传输带包括主传动系统，指令控制器，红外控制开关以及减振器；所述主传动系统包括电动机、减速装置、制动器以及中间传动环节；所述电动机马达功率大于2.2kw，比速大于10000；所述减速装置控制输送带在输送过程中速度，使速度小于0.5m/s；所述指令控制器控制传送带的启动和关闭；所述红外开关感应模块是否靠近；所述制动器用于强制停止传送带上物体的移动；所述减振器控制传送带上物体的上下振幅，使振幅小于2cm；所述传送带两侧设置有喇叭状挡板，以校正传送带上物体运动时的位置。

所述电动轴内设置有上升、下降、左转、右转电磁阀分别控制电动轴的上升、下降、左转、右转运动；所述电动轴带动电动机械臂运动；所述电动齿轮箱上设置有电动靠背轮，进退杆套以及进退杆；所述电动靠背轮带动进退杆在杆套内往复运动；所述进退杆上设置有颜色传感器，寻找包层实验模块中心位置；所述进退杆的推力大于模块内探测器在模块内的阻力，即大于0.5N；所述电动臂的运行速度为0-300mm/s，定位精度不小于2mm。

所述样品盒的长度大于包层径向厚度；所述样品盒中心开孔直径大于包层中轴线开孔直径，容许尺寸为3～5mm；所述样品盒内的摩擦系数小于0.1，以便包层中轴线处探测器在移入样品盒的过程中所受阻力较小。

辐照前，调整样品盒传送带的高度，使上面样品盒中心高度与位于包层传输系统上包层中轴线水平高度一致。

进一步的，辐照结束后，当包层经包层传输系统传输至电动臂位置处，包层传输系统停止运行的信号触发电动臂的运行；将电动臂触发指令传给电动指令箱，电动指令箱将指令传给传动轴，控制电动轴带动电动机械臂运动，电动机械臂末端的电动轴上连接有电动齿轮箱，电动齿轮箱上设置有电动靠背轮，电动靠背轮带动进退杆在进退杆套内移动。

进一步的，辐照前在包层中心位置处进行颜色标记，进退杆平行于传送带，电动臂能够带动进退杆上下左右移动。

进退杆一侧设置有颜色传感器，当颜色传感器检测到包层中心处颜色时，移动停止，靠背轮启动，推动进退杆将含探测器的包层中轴线材料推至样品盒内，包层中轴线材料1-4到样品盒内，包层本身留在包层传传输系统上；进退杆的长度大于包层中轴线径向厚度。

进一步的，当进退杆将包层中轴线材料推至样品盒末端，触发样品盒外盖上压力传感器时，触发指令开关，指令开关将信号传给第三时间继电器，第三时间继电器在延时几秒后将信号传给电动臂，电动臂指令箱发出信号使进退杆回复到初始位置，电动臂停止工作；电动臂停止工作的信号传给样品传输带上行程开关，行程开关触发传输带两边的第二挡板，第二挡板移开，传输带将装有包层中轴线材料的样品盒运出辐照场。

有益效果：

本发明能保证实验人员不受辐射，安全性能高，辐射结束后即能对实验模块进行操作，减少探测器的冷却时间，提高测量精度。

附图说明

图1为本发明的包层取样装置示意图；

图2为本发明的包层实验模块；

图3为本发明的包层升降平台轴线视图；

图4为本发明的包层传输系统；

图5为本发明的电动臂；

图6为本发明的样品盒传送带；

图7为本发明的取样步骤图。

图中：包层1，包层升降平台2，包层传输系统3，电动臂4，样品盒传送带5，双层氚增殖剂1-1，中子倍增剂1-2，中心孔1-3，包层中轴线区域材料1-4，材料1-4小盖1-5，小片1-6，机架2-1，悬臂升降架2-2，辊道2-3，调整地脚2-4，水平仪2-5，机架内气缸2-6，限位开关2-7时，第一挡板2-8，包层传输带3-1，喇叭状的挡板3-2，感应开关3-3，电动指令箱4-1，传动轴4-2，电动机械臂4-3，样品盒5-1，样品盒外盖5-2，行程开关5-3，传输带两边的第二挡板5-4，电动机械臂4-3，电动齿轮箱4-4，电动靠背轮4-5，进退杆4-6，进退杆套4-8，颜色传感器4-7。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参见附图。

参见附图1，一种辐射场条件下的包层运输辐照取样装置，主要包括包层实验模块1(以下简称包层)，包层升降平台2，包层传输系统3，电动臂4和样品盒传送带5。

参见附图2，包层1内双层氚增殖剂1-1、中子倍增剂1-2交替布置，中轴线处打穿有中心孔1-3，包层中轴线区域材料1-4布置(如图中的那一根材料所示)与包层1径向布置的材料一致，包层1中心孔1-3与材料1-4的配合公差为0.02mm，不同的是，在包层中心区域氚增殖剂和中子倍增剂处放置相应材料的小盖1-5及小片1-6，1-5及1-6之间放置用来测量包层中心区域能谱的活化箔，小盖1-5中心孔与小片1-6之间的配合公差为0.01mm。

参见附图3包层升降平台2包括机架2-1，悬臂升降架2-2和位于升降平台悬臂升降架上的辊道2-3；机架下方设置有调整地脚2-4，当悬臂升降架内传送带上水平仪检测到不平整的信息时，将信息传给调整地脚，调整地脚自动调节，使水平仪2-5所在平面保持平衡；机架内气缸2-6带动连接在伸缩杆上悬臂升降架在轨道内上下移动；悬臂升降架上限速器将速度信息反馈到液压升降机内，控制包层模块的运行速度；当悬臂升降架到达位于指定位置的限位开关2-7时，移动停止，信息传给第一时间继电器，延时几秒后，则将信息传给室外控制器，中子源开始辐照处于升降平台顶层位置的包层；辐照结束后，信息传给时间继电器，继而将辐照结束信息传给液压升降机，液压升降机带动悬臂升降架下移至机架下方的限位开关，移动停止；由于承载包层较重，上移下移过程中会有一定的加速度，进而带动振动，此处设置减振器减小振动。在传送带导轨侧设置有第一挡板2-8，限制包层在传送带上的位置；

参见附图4，当悬臂升降架内的传送带下移至下限位开关时，信号传给第二时间继电器，第二时间继电器延时几秒后，将信号在1秒内先后传给悬臂升降架上的辊道2-3以及包层传输带3-1，两者以同样的速度启动，传送带移动速度小于0.5m/s；包层经过传输带上呈喇叭状的挡板3-2校正位置，在经过红外感应开关3-3时，传输带电动机减速运行，样品传送带上样品盒外设置有压力传感器，当包层与传感器接触时，传输带电动机停止运行，制动开关启动，强制停止传送带移动。包层运输过程中，位于传送带下的减振器减小包层的上下振动，使振幅小于2cm，电动臂4推包层中轴线材料1-4到样品盒传送带5上的样品盒中。

参见附图5，6，辐照前，调整样品盒传送带5的高度，使上面样品盒中心高度与位于包层传输系统3上包层中轴线水平高度一致。辐照结束后，当包层1经包层传输系统3传输至电动臂位置处，包层传输系统停止运行的信号触发电动臂4的运行；将电动臂触发指令传给电动指令箱4-1，电动指令箱将指令传给传动轴4-2，控制电动轴带动电动机械臂4-3运动，电动机械臂末端的电动轴上连接有电动齿轮箱4-4，电动齿轮箱上设置有电动靠背轮4-5，电动靠背轮带动进退杆4-6在进退杆套4-8内移动。进退杆一侧设置有颜色传感器4-7，当颜色传感器检测到包层中心处颜色时(辐照前在包层中心位置处进行颜色标记，进退杆平行于传送带，电动臂可以带动进退杆上下左右移动)，移动停止，靠背轮启动，推动进退杆将含探测器的包层中轴线材料1-4推至样品盒内，包层中轴线材料1-4到样品盒内，包层本身留在包层传传输系统上；进退杆的长度大于包层中轴线径向厚度；当进退杆将包层中轴线材料1-4推至样品盒5-1末端，触发样品盒外盖5-2上压力传感器时，触发指令开关，指令开关将信号传给第三时间继电器，第三时间继电器在延时几秒后将信号传给电动臂，电动臂指令箱发出信号使进退杆回复到初始位置，电动臂停止工作；电动臂停止工作的信号传给样品传输带上行程开关5-3，行程开关触发传输带两边的第二挡板5-4，第二挡板移开，传输带将装有包层中轴线材料1-4的样品盒运出辐照场。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。