一种用于屏蔽箱体内放射性靶管的环切解体装置和方法

技术领域

本发明涉及放射性同位素制备与生产技术领域，具体而言，涉及一种用于屏蔽箱体内放射性靶管的环切解体装置和方法。

背景技术

放射性同位素是核医学诊疗的物质基础，利用放射性同位素对心脑血管、恶性肿瘤、神经退行性等重大疾病进行诊断治疗具有不可代替的优势。放射性同位素的生产方式主要有核反应堆生产、加速器生产、发生器产生及乏燃料中提取等。其中，通过核反应堆可以大批量地生产各种放射性同位素，且生产成本相对较低，是制备放射性同位素的主要途径，约80％以上的放射性同位素依靠核反应堆制备。

核反应堆制备放射性同位素，主要利用中子与靶原子核发生(n，γ)、(n，f)、(n，p)、(n，α)等核反应，使靶原子核转化成相应的放射性同位素，其主要工艺流程包括靶料选择、靶管封装、靶件制备、反应堆辐照、靶件解体、靶管解体、分离与纯化，以及核素制品的制备等过程。靶管解体作为上述主要流程中的重要一环，其专用放射性靶管解体方法和装置的研发对于核反应堆制备放射性同位素工艺流程具有重要意义。靶管从解体后的靶件中取出，一般长50～150mm，直径5～20mm，其内部装有辐照后的靶料，即辐照产生的放射性同位素。由于靶管内部的放射性同位素极其珍贵，但已有的靶管解体方法普遍存在解体过程中产生碎屑以致污染靶料，或者靶管固定不牢靠以致脱靶使靶料洒出，或者不能适应不同长度和直径的靶管的解体等问题。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种用于屏蔽箱体内放射性靶管的环切解体装置和方法，采用挤压方式使得靶管被挤压处产生形变而断裂，解体过程不产生碎屑，不会污染靶管内样品；采用一个主动滚轴与两个从动滚轴形成的三角稳定结构固定靶管，结构简单稳定，能够避免脱靶问题；另外主动滚轴和从动滚轴之间的距离可调，且顶升机构行程可调，可适应于不同直径和不同长度的靶管解体。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供一种用于屏蔽箱体内放射性靶管的环切解体装置，包括机械部分和控制系统部分；所述控制系统部分设置在屏蔽箱体外，所述机械部分设置在屏蔽箱体内，包括靶管安装工位，所述靶管安装工位用于竖直安装靶管；

所述靶管安装工位的一侧安装有与靶管轴线平行的主动滚轴，所述靶管安装工位的另一侧安装有两个并排设置并与主动滚轴平行的从动滚轴，所述主动滚轴与两个从动滚轴之间排列呈三角形用于夹紧靶管；

所述主动滚轴在主动滚轴驱动电机的驱动下能够绕自身轴线旋转运动以带动靶管转动；所述从动滚轴能够在转动靶管的带动下绕自身轴线自由转动；

所述主动滚轴的上方同轴设置有无齿刀具，所述从动滚轴的上方同轴设置有支撑轮；所述无齿刀具与两个支撑轮均能够绕自身轴线自由转动且排列呈三角形用于压紧靶管待切割部位，所述无齿刀具在挤压转动靶管的过程中实现靶管环切。

在某一实施方式中，所述控制系统部分包括安装在屏蔽箱体外的控制系统，所述控制系统用于控制屏蔽箱体内的电机。

在某一实施方式中，还包括设置在屏蔽箱体内的安装框架，为其他部件提供安装位置和接口，由型材及钢板组焊后机加工而成。

在某一实施方式中，还包括主动滚轴进给机构，所述主动滚轴进给机构能够驱动主动滚轴沿着靶管安装工位所在方向进给或退回。

在某一实施方式中，还包括刀具进给机构，所述刀具进给机构能够驱动无齿刀具沿着靶管安装工位所在方向进给或退回。

在某一实施方式中，所述靶管安装工位的底部设置有顶升机构，所述顶升机构能够带动靶管沿着竖直方向上下运动。

在某一实施方式中，所述主动滚轴进给机构包括进给电机一、同步带一、同步带轮一和进给丝杆一。

在某一实施方式中，所述刀具进给机构包括进给电机二、同步带二、同步带轮二和进给丝杆二。

在某一实施方式中，所述无齿刀具采用碳化钛基硬质合金无齿圆形刀具。

本发明的环切解体装置，采用挤压方式使得靶管被挤压处产生形变而断裂，解体过程不产生碎屑，不会污染靶管内样品；采用一个主动滚轴与两个从动滚轴形成的三角稳定结构固定靶管，结构简单稳定，能够避免脱靶问题；另外主动滚轴和从动滚轴之间的距离可调，且顶升机构行程可调，可适应于不同直径和不同长度的靶管解体。

本发明的环切解体装置，安装框架为主体结构，为其他部件提供安装位置和接口；本发明以靶管为中心，采用一个主动滚轴和两个从动滚轴形成三角稳定结构实现对靶管的固定；在控制系统控制下，主动滚轴受主动滚轴进给机构推动向靶管进给，与从动滚轴一起压紧靶管，主动滚轴在主动滚轴驱动电机的驱动下旋转，从而带动靶管旋转；其中主动滚轴的进给行程可调，能够适应于对不同直径靶管的固定。无齿刀具与主动滚轴同轴心，两个支撑轮分别与两个从动滚轴同轴心，同样形成三角稳定结构，在控制系统控制下，无齿刀具受刀具进给机构推动向靶管进给，与支撑轮一起挤压靶管；其中，无齿刀具和支撑轮可绕各自轴心自由转动，从而使得旋转中的靶管在挤压力的作用下实现靶管的挤压环切，且不产生碎屑。顶升机构为一行程可调的平台，用于托举靶管并调节靶管的切割位置，以适应不同长度靶管的解体。

本发明还提供一种基于用于屏蔽箱体内放射性靶管的环切解体方法，包括如下步骤：

(1)根据靶管的长度和直径分别调整主动滚轴和顶升机构至适当位置；

(2)取待解体的靶管放入主动滚轴和从动滚轴之间，并置于顶升机构平台上；

(3)调整顶升机构以确定靶管环切位置；

(4)控制系统控制主动滚轴进给机构推动主动滚轴进给，压紧靶管；

(5)控制系统控制主动滚轴驱动电机驱动主动滚轴旋转，带动靶管旋转；

(6)控制系统控制刀具进给机构推动无齿刀具进给，挤压靶管至切口处产生形变断裂；

(7)控制系统控制刀具进给机构使无齿刀具退回；

(8)控制系统控制主动滚轴驱动电机关闭；

(9)控制系统控制主动滚轴进给机构松开靶管；

(10)顶升机构顶出完成环切的靶管；

(11)将靶管转移至接料容器，倒出靶管内部的放射性固体粉末。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明实施例提供的一种用于屏蔽箱体内放射性靶管的环切解体装置和方法，采用一个主动滚轴与两个从动滚轴形成的三角稳定结构固定靶管，结构简单稳定，能够避免靶管在旋转过程中的脱落问题；

2、本发明实施例提供的一种用于屏蔽箱体内放射性靶管的环切解体装置和方法，采用无齿刀具与两个主动滚轴同样形成三角稳定结构，采用无齿刀具挤压旋转运动的靶管的方式使得靶管被挤压处产生形变而断裂，能够避免靶管在解体过程中产生碎屑，不污染靶管内样品；

3、本发明实施例提供的一种用于屏蔽箱体内放射性靶管的环切解体装置和方法，主动滚轴通过主动滚轴进给机构可以实现与从动滚轴之间的距离可调，能够适应于不同直径靶管解体的固定；

4、本发明实施例提供的一种用于屏蔽箱体内放射性靶管的环切解体装置和方法，且顶升机构行程可调，用于托举靶管并调节靶管的切割位置，可适应于不同长度靶管的解体，应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的放射性靶管环切解体装置的整体布局示意图；

图2为本发明实施例提供的放射性靶管环切解体装置内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的放射性靶管环切解体装置内部结构示意图。

附图标记及对应零部件名称：

1-安装框架，2-靶管安装工位，3-靶管，4-主动滚轴，5-从动滚轴，6-主动滚轴驱动电机，7-无齿刀具，8-支撑轮，9-主动滚轴进给机构，10-刀具进给机构，11-顶升机构，12-控制系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

本发明实施例提供一种用于屏蔽箱体内放射性靶管的环切解体装置，包括机械部分和控制系统部分，机械部分布置在屏蔽箱体内部，控制系统部分布置在屏蔽箱体外部，如图1所示。所述控制系统12用于控制屏蔽箱体内的电机，为解体装置的机械部分提供动力来源。控制系统硬件全套采用西门子品牌，主要由触摸屏、PLC、总线等构成。PLC与各电机之间通信采用标准工业总线协议通信，控制软件采用汇川标准组态软件。

如图2和3所示，所述机械部分设置在屏蔽箱体内，包括靶管安装工位2，所述靶管安装工位2用于竖直安装靶管3；

所述靶管安装工位2的一侧安装有与靶管3轴线平行的主动滚轴4，所述靶管安装工位2的另一侧安装有两个并排设置并与主动滚轴4平行的从动滚轴5，所述主动滚轴4与两个从动滚轴5之间排列呈三角形用于夹紧靶管3；

所述主动滚轴4在主动滚轴驱动电机6的驱动下能够绕自身轴线旋转运动以带动靶管3转动；所述从动滚轴5能够在转动靶管3的带动下绕自身轴线自由转动；

所述主动滚轴4的上方同轴设置有无齿刀具7，所述从动滚轴5的上方同轴设置有支撑轮8；所述无齿刀具7与两个支撑轮8均能够绕自身轴线自由转动且排列呈三角形用于压紧靶管3待切割部位，所述无齿刀具7在挤压转动靶管3的过程中实现靶管3环切。

在某一实施方式中，还包括设置在屏蔽箱体内的安装框架1，为其他部件提供安装位置和接口，由型材及钢板组焊后机加工而成，整体外形尺寸为410mm×295mm×330mm。

在某一实施方式中，还包括主动滚轴进给机构9，所述主动滚轴进给机构9能够驱动主动滚轴4沿着靶管安装工位2所在方向进给或退回，主动滚轴和从动滚轴之间的距离5～30mm范围内可调，可解体管径5～20mm的靶管。

在某一实施方式中，还包括刀具进给机构10，所述刀具进给机构10能够驱动无齿刀具7沿着靶管安装工位2所在方向进给或退回。

在某一实施方式中，所述靶管安装工位2的底部设置有顶升机构11，所述顶升机构11能够带动靶管3沿着竖直方向上下运动，顶升机构由驱动手轮、换向器、升降丝杆、工件托块等组成，用于托举靶管并调节靶管的切割位置，顶升机构行程为180mm，可解体长度50～150mm范围的靶管。

在某一实施方式中，所述主动滚轴进给机构9包括进给电机一、同步带一、同步带轮一和进给丝杆一，进给丝杆一驱动主动滚轴向前运动夹紧靶管。

在某一实施方式中，所述刀具进给机构10包括进给电机二、同步带二、同步带轮二和进给丝杆二，进给丝杆二驱动无齿刀具向前运动，与支撑轮一起挤压靶管。

在某一实施方式中，所述无齿刀具7采用碳化钛基硬质合金无齿圆形刀具。

进一步的，屏蔽箱体内设置机械手，且屏蔽箱体上开设窥视窗，在进行靶管环切解体时，采用机械手将待解体靶管安装至主动滚轴和从动滚轴之间。

本发明的环切解体装置，采用挤压方式使得靶管被挤压处产生形变而断裂，解体过程不产生碎屑，不会污染靶管内样品；采用一个主动滚轴与两个从动滚轴形成的三角稳定结构固定靶管，结构简单稳定，能够避免脱靶问题；另外主动滚轴和从动滚轴之间的距离可调，且顶升机构行程可调，可适应于不同直径和不同长度的靶管解体。

本发明的环切解体装置，安装框架为主体结构，为其他部件提供安装位置和接口；本发明以靶管为中心，采用一个主动滚轴和两个从动滚轴形成三角稳定结构实现对靶管的固定；在控制系统控制下，主动滚轴受主动滚轴进给机构推动向靶管进给，与从动滚轴一起压紧靶管，主动滚轴在主动滚轴驱动电机的驱动下旋转，从而带动靶管旋转；其中主动滚轴的进给行程可调，能够适应于对不同直径靶管的固定。无齿刀具与主动滚轴同轴心，两个支撑轮分别与两个从动滚轴同轴心，同样形成三角稳定结构，在控制系统控制下，无齿刀具受刀具进给机构推动向靶管进给，与支撑轮一起挤压靶管；其中，无齿刀具和支撑轮可绕各自轴心自由转动，从而使得旋转中的靶管在挤压力的作用下实现靶管的挤压环切，且不产生碎屑。顶升机构为一行程可调的平台，用于托举靶管并调节靶管的切割位置，以适应不同长度靶管的解体。

实施例2

本发明实施例提供一种用于屏蔽箱体内放射性靶管的环切解体方法，包括如下步骤：

(1)根据靶管的长度和直径分别调整主动滚轴和顶升机构至适当位置；

(2)取待解体的靶管放入主动滚轴和从动滚轴之间，并置于顶升机构平台上；

(3)调整顶升机构以确定靶管环切位置；

(4)控制系统控制主动滚轴进给机构推动主动滚轴进给，压紧靶管；

(5)控制系统控制主动滚轴驱动电机驱动主动滚轴旋转，带动靶管旋转；

(6)控制系统控制刀具进给机构推动无齿刀具进给，挤压靶管至切口处产生形变断裂；

(7)控制系统控制刀具进给机构使无齿刀具退回；

(8)控制系统控制主动滚轴驱动电机关闭；

(9)控制系统控制主动滚轴进给机构松开靶管；

(10)顶升机构顶出完成环切的靶管；

(11)将靶管转移至接料容器，倒出靶管内部的放射性固体粉末。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。