一种可折叠式辐射屏蔽装置

技术领域

本发明属于核辐射领域，具体涉及一种可折叠式辐射屏蔽装置。

背景技术

压水堆核电厂的放射性几乎全部来自反应堆装载燃料组件的活性区域，随着核电厂的运行，腐蚀活化产物不断沉积在主系统及其辅助系统的设备、阀门、管道内壁，形成一些放射性较强的点或局部位置，常称之为放射性热点(简称热点)。这些热点辐射水平较高、不易消除，形成的强贯穿辐射是核电厂部分厂房或区域辐射水平升高的主要原因，也会对热点附近检修人员造成较高的辐射剂量，还会对路过热点附近的其他工作人员造成小剂量累积，从而增加电厂总体的集体剂量。

为降低这些放射性热点对人员辐射剂量的影响，确保现场工作人员的辐射安全，提升电厂的辐射安全管理水平，采取临时屏蔽是核电厂辐射防护管理中较为常用的最优化措施。但在实际应用中发现电厂有较多贴近地面且靠近墙边的放射性热点管线或设备，对于这些热点有效实施辐射屏蔽措施的难度较大，主要原因是当前国内外尚无有效适用的辐射屏蔽装置，现行的屏蔽方式存在诸多局限性，难以兼顾对系统设备的安全影响、操作便利性、降低操作人员辐射剂量等多方面的要求。主要体现如下：

–采用屏蔽材料直接覆盖热点的屏蔽方式，操作较为方便且操作人员所受辐射剂量较少，但是由于屏蔽材料通常较重且难以固定，可能会造成热点设备损伤，影响核电厂工艺系统安全性，目前正在被逐步替代；

–采用搭设脚手架作为支撑再悬挂屏蔽材料的方式，可避免对设备管道造成负重，但需要占用较大空间、工作量大、操作时间长、操作人员受到的辐射剂量较大，同时还需其它部门预先搭建脚手架，实效性较差，且如果需要临时拆除和复装也极为不便。

因此，为有效解决此类放射性热点的屏蔽难题，更好的应用辐射屏蔽措施，从电站辐射防护最优化管理需要出发，很有必要设计制造一套既在屏蔽性能上满足辐射防护要求，又具有较强的安全性和稳定性，能够显著降低屏蔽操作人员辐射剂量的辐射屏蔽装置。

发明内容

1.目的：

本发明的目的在于研制一套可折叠式辐射屏蔽装置，其主要功能有四个方面：其一，使屏蔽材料与待屏蔽的热点设备实现物理隔离，避免热点设备因承受屏蔽材料的重量而造成损伤，同时装置具有较强的稳定性，在额定负载范围内具有牢固的稳定性；其二，能够匹配核电厂常用的屏蔽材料(软铅屏)，节约资源成本，且能够根据辐射源剂量率水平的高低，通过悬挂不同数量的屏蔽材料达到不同的屏蔽性能要求；其三，具有较强的便捷性，满足快速安装和拆除的操作要求，且主体部分可在低辐射区域安装，以减少在放射性热点附近的作业量，降低操作人员的辐射剂量；其四，具有较强通用性，通过结构的不同变化，能够适用多种位置、不同类型热点的屏蔽要求，且可多个装置组合应用扩展使用范围。

2.技术方案：

本发明的目的在于提供一种可折叠式辐射屏蔽支撑装置，解决核电厂贴近地面、特别是靠近墙边或设备的放射性热点辐射屏蔽应用难题，同时屏蔽装置在安全性能、稳定性能、便捷性能和人员辐射剂量控制等方面具有较强优势。

一种可折叠式辐射屏蔽装置，连接横杆两端分别拧进两个末端连接支臂的 L型接头侧的螺纹孔中；两个末端连接支臂底部与支架末端连杆两端分别通过螺钉A和螺母固定；两个单头棘轮支臂的方型接头插入末端连接支臂部件的L型接头内的方型插槽中，连接横杆两端通过螺钉B和两个单头棘轮支臂的L型接头侧连接；两个双头棘轮支臂一端棘轮的方型接头分别插入末端连接支臂部件L 型接头内的方型槽中，再将两个双头棘轮支臂的另一端棘轮的方型接头分别插入单头棘轮支臂侧部件上方L型接头内的方型槽中。

所述的双头棘轮支臂两端均为方形接头，方形接头上有柱状凸起。

所述的单头棘轮支臂一端为棘轮接头，另一端为L型接头；棘轮接头上有柱状凸起；L型接头一侧开有方型插槽，一侧开有两个螺纹孔。

所述的末端连接支臂一端为L型接头侧，L型接头侧左侧为方型插槽，右侧为螺纹孔；末端连接支臂底部中心开有槽，槽边两侧各有通孔。

所述的连接横杆两端为螺纹接头。

所述的支架末端连杆两端均为窄接头，中部及其两端均有螺孔，各螺孔与窄接头的横截面垂直。

所述的单头棘轮支臂的螺纹孔一个用于固定，一个连接弧形挂钩。

3.效果：

本发明中描述的可折叠式辐射屏蔽装置可单独使用，也可多个组合使用，实现了不同长度、不同高度、不同位置的地面管线或设备的屏蔽要求，且不影响系统功能；本发明中描述的可折叠式辐射屏蔽装置搭设时，相比同等规模采用脚手架作为支撑的屏蔽搭设方式，工作量和操作时间均大幅降低(至少1倍以上)，且在热点附近的工作量少，能够大幅降低了屏蔽操作人员的辐射剂量；本发明中描述的可折叠式辐射屏蔽装置承载能力强，能够实现较高的屏蔽性能，从而减少热点附近通行人员小剂量累积，降低核电厂整体的集体剂量。

附图说明

图1双头棘轮支臂

图2单头棘轮支臂

图3末端连接支臂

图4连接横杆

图5支架末端连杆

图6末端连接支臂部件安装图

图7单头棘轮支臂侧部件安装图

图8双头棘轮支臂侧部件安装图

图9折叠式辐射屏蔽装置装配图

图10辐射屏蔽装置折叠后式样图

图11屏蔽装置L型使用方式举例

图12屏蔽装置Λ型使用方式举例

图13屏蔽装置其它使用方式举例

图中：1、双头棘轮支臂，2、单头棘轮支臂，3、末端连接支臂，4、螺钉 A，5、螺母，6、支架末端连杆，7、连接横杆，8、弧形挂钩，9、螺钉B。

具体实施方式

1、本发明通过下述技术方案实现：

可折叠式辐射屏蔽装置由2个双头棘轮支臂、2个单头棘轮支臂、4个末端连接支臂、3个连接横杆、2个支架末端连杆、16个弧形挂钩、6组螺栓螺母组成。双头棘轮支臂、单头棘轮支臂、末端连接支臂、连接横杆、支架末端连杆可装备成一个整体装置(使用时无需拆解)，弧形挂钩为标准配件，使用时根据需要预先安装(通过螺纹连接安装)。

各部件尺寸参数如下：

–双头棘轮支臂总长度为465mm，两端为1寸棘轮接头，中部使用连接杆将两个棘轮接头焊接为一体。连接杆材质为SUS304不锈钢，长200mm，直径 36mm。

–单头棘轮支臂总长度为432mm，一端为1寸棘轮接头，另一端为L型接头, 中部使用连接杆将两个接头焊接为一体。L型接头整体长宽高为132mm×74mm× 65mm，窄面侧边厚度为32cm且有一M8的螺孔(用于安装弧形挂钩)，顶部侧边有两个M8螺纹孔(一个用于固定、一个安装弧形挂钩)，宽面侧边有一个 25.5mm×25.4mm×17mm方孔，其有效深度为17mm，且另一面采用有效深度为 15mm的M18螺纹孔贯穿整个侧边；连接杆材质为SUS304不锈钢，长170mm，直径36mm。

–末端连接支臂总长度为450mm，含有一个L型接头(同上)，整体通过 CNC数控加工完成，材质为6065铝合金。连接杆底部中心开有宽12mm、深40mm 的槽，槽边两侧各有直径为9mm的通孔(孔中心距底边18mm)。

–支架末端连杆总长度为472mm，直径36mm，连杆材质为6065铝合金，两端均为长40mm、宽36mm、厚12mm的窄接头，两个接头中部各有直径Φ9mm的通孔(两孔中心间距428mm)；支架末端连杆中部及其两端均有1个M8的螺孔(两端螺孔中心间距336mm)，各螺孔与窄接头的横截面垂直。

–连接横杆总长度为346mm，直径36mm，横杆材质为6065铝合金，横杆两端均为M18的螺纹接头(螺纹有效长度15mm)。

–弧形挂钩总长77mm，挂钩弧形半径为20mm、厚度8mm，挂钩另一端为M8 螺纹，螺纹长24mm。

–可折叠式辐射屏蔽装置整体装配后，单条侧边整壁尺寸为长836mm、宽 472mm。

(1)辐射屏蔽性能方面的设计

可折叠式辐射屏蔽装置的屏蔽性能主要取决于安装的屏蔽材料厚度，即与装置所能承载的屏蔽材料重量直接相关。核电厂常用的屏蔽材料为软铅屏，铅当量为5mmPb，含40cm×40cm(约12.5kg)和40cm×80cm(约25kg)两种常用规格。综合考虑各项因素后确定单个可折叠式辐射屏蔽装置最大负载重量为 200kg。

–对于“Λ”型设置方式，两条支臂最大各可承重100kg(4层软铅屏， 20mm铅当量)，约相当于Cs-137γ射线(0.662Mev)半值层防护厚度的3倍，约相当于Co-60γ射线(1.25Mev)半值层防护厚度的1.7倍。

–对于“∠”型设置方式，上部支臂最大可承重200kg(8层软铅屏，40mm 铅当量)，约相当于Co-60γ射线(1.25Mev)半值层厚度的6.7倍。

实际应用中可根据需要增减屏蔽材料的数量，以实现不同的屏蔽性能要求。

(2)安全性方面的设计

可折叠式辐射屏蔽装置为一体式结构，零散部件较少，便于工作现场的异物防护和控制。

可折叠式辐射屏蔽装置采用过桥式安装方式，避免屏蔽材料与热点设备直接接触，不会对系统设备造成负重安全影响。

可折叠式辐射屏蔽装置提供了最大负重能力的指标，可通过量化的标准来控制屏蔽材料重量，确保装置使用的安全性。

现场搭建可折叠式辐射屏蔽装置所需的工作量少、操作时间短，能够显著降低操作人员的辐射剂量。

(3)便捷性方面的设计

可折叠式辐射屏蔽装置装配后可作为一个整体使用，除弧形挂钩外无需额外安装操作(弧形挂钩均为标准配件，使用时根据需要安装)，现场使用时只需调节装置结构和安装弧形挂钩，操作十分便捷。

可折叠式辐射屏蔽装置操作难度低，操作人员简单培训即可熟练掌握使用要求，不需要其它部门的配合工作，实施辐射屏蔽工作实效性高。

一套可折叠式辐射屏蔽装置总重量约10Kg，单人即可轻松完成搬运和拆装操作，且装置的两侧支臂均可折叠，占用空间较小，便于现场存放和管理。

(4)经济性和通用性方面的设计

可折叠式辐射屏蔽装置能够直接配合核电厂常用的屏蔽材料(软铅屏)使用，可搭配40cm*40cm和40cm*80cm两种常用规格的软铅屏(其它规格满足悬挂孔间距在336mm左右时亦可应用)，无需额外购置屏蔽材料，可节约资源成本。

可折叠式辐射屏蔽装置针对不同的热点特征，可实现多种使用方式，具有较强的通用性，常用方式有：

–当放射性热点管线或设备位于开阔位置，可将辐射屏蔽装置调节成“Λ”型(屏蔽设备外径高度不超过70cm)或“П”型(屏蔽设备外径高度不超过35cm)用；

–当放射性热点管线或设备位于墙边或其它设备边时，可将辐射屏蔽装置调节成“∠”型(两臂夹角可调)使用，可屏蔽管线外径高度最高达 110cm；

–装置两侧的支臂均可从中部进行折叠，可根据热点高度等情况调节两侧的支臂，实现更多的使用方式。

当需要屏蔽的热点管线较长时，可采用多套装置组合使用，沿着管道走向预先将各个屏蔽装置逐个摆放好，再依次悬挂好屏蔽材料即可完成操作，屏蔽范围越大性价比越高。

2、本装置的安装步骤如下：

(1)可折叠式辐射屏蔽装置安装

步骤1：选取两个末端连接支臂3(图3)、1个连接横杆7(图4)和1个支架末端连杆6(图5)。将连接横杆7两端分别拧进两个末端连接支臂3的L 型接头侧的螺纹孔中，直至拧紧；两个末端连接支臂3底部与支架末端连杆6 两端分别通过螺栓和螺母拧紧固定，即完成一个末端连接支臂3部件的完整安装(图6)。

步骤2：再次重复步骤1，完成另一个末端连接支臂3部件的完整安装。

步骤3：选取两个单头棘轮支臂2(图2)、1个连接横杆7(图4)和1个装配好的末端连接支臂3部件(图6)。将两个单头棘轮支臂2的方型接头插入末端连接支臂部件3的L型接头内的方型插槽中，同时将连接横杆7两端分别拧进两个单头棘轮支臂2的L型接头侧的螺纹孔中，直至拧紧。两个单头棘轮支臂2的L型接头顶部再使用M8的螺栓拧紧固定。完成单头棘轮支臂2侧部件安装(图7)。

步骤4：选取两个双头棘轮支臂1(图1)、1个装配好的末端连接支臂3 部件(图6)、1个装配好的单头棘轮支臂2侧部件(图7)。分别将两个双头棘轮支臂1一端棘轮的方型接头分别插入末端连接支臂部件L型接头内的方型槽中(图8)，再将两个双头棘轮支臂1的另一端棘轮的方型接头分别插入单头棘轮支臂2侧部件上方L型接头内的方型槽中。最后再分别将四个棘轮方型接头与四个方型接头插槽的连接处使用M8螺栓拧紧固定。完成整套装置的安装 (图9)。

一套可折叠式辐射屏蔽装置装配好后可整体使用和存放，不需进行另行拆解。整套装置可折叠后存放或搬运，能够减少存放的空间(图10)。弧形挂钩 8可在使用时再根据需要安装，平时可单独存放。

(2)可折叠式辐射屏蔽装置使用

1)辐射屏蔽方案确定

根据放射性热点的空间位置、影响区域确定屏蔽措施的范围，确定需要的辐射屏蔽装置的数量。

根据待屏蔽热点的剂量率水平、预期达到的剂量率水平、屏蔽装置的负重能力、屏蔽材料的屏蔽性能数据，确定需要采用的屏蔽材料(软铅屏)数量，并准备充足的屏蔽材料。

2)装置的使用方法

根据热点的结构特征，在现场低辐射区域调节好屏蔽装置的安装方式，同时在屏蔽装置需要挂设软铅屏的位置安装好弧形挂钩。

屏蔽装置可根据现场热点状况实现多种使用方式，具体方法大致类同：首先将屏蔽装置设置于热点上方或侧边，其次将一定量的软铅屏挂于弧形挂钩上即可完成安装。对于较长的热点管线或设备，可根据管线长度和走向设置多套辐射屏蔽装置，最后再依次悬挂软铅屏，需要注意相邻屏蔽装置悬挂的软铅屏应尽量重叠，以避免出现间隙影响屏蔽性能。拆除时先拆除软铅屏，再依次取回屏蔽装置即可。

几类常用使用方法如下：

a)“∠”型使用方式，主要用于靠近墙边或其它设备的放射性热点。

–“∠”型使用方式的两臂夹角可调，且两臂均可从中部折叠，可根据管线高度及管线与墙壁的距离调节结构，实现多种用法(如图11)。

b)“Λ型”使用方式，主要用于一定高度、开阔区域的放射性热点。

–当热点位置较高时(外径高度不超过70cm)，可将屏蔽装置按照图12-1 直接置于热点上方，再悬挂软铅屏；

–当热点位置较低时(外径高度不超过35cm)，可将屏蔽装置两臂折叠(图 12-2)，再将屏蔽装置置于热点上方、悬挂软铅屏，最后将两边折叠的末端连接支臂压住软铅屏。

c)其它使用方式

–还可根据热点特征和使用需求，对屏蔽装置进行多种不同的变化调节，实现不同的使用方式，如将屏蔽装置调节成“П”型结构(图13)等。