全 文 ：文章编号 :100028551 (2000) 0220122204
强γ辐照装置的综合性能及安全运行
于子厚　王守经　孙守义　雷　鹏　张奇志
(山东省农业科学院原子能农业应用研究所　山东济南　250100)
摘要 :随着核辐射技术的不断发展 ,辐射加工技术作为一个新兴产业在国民经济中产
生了越来越大的影响。为保证辐照技术的健康发展 ,强γ辐照装置的安全运行至关
重要 ,其综合性能是安全运行的基础。山东省辐照中心 300kCi 60Co 辐照装置已安全
运行 13 年 ,并取得了较好的经济效益和社会效益。
关键词 :辐照装置 　安全运行 　性能
收稿日期 :2000201217
作者简介 :于子厚 (1951 —) ,男 ,山东济南人 ,山东省农业科学院原子能农业应用所副研究员 ,从事核技术应用工作。
在农作物辐射诱变育种取得显著成绩的基础上 ,为了加快辐射技术的应用 ,并使其适应农
副产品和其他商品的辐照加工 ,1982 年 10 月经山东省科委批准立项 ,建立总容量为 300kCi
60Co 辐照中心 ,并列入山东省“六五”重点科技攻关项目 ,于 1986 年建成。在省科委主持下 ,邀
请国家科委 ,核工业部二院、卫生部、中国农科院及山东省有关专家对此辐照装置进行了鉴定 ,
一致认为该装置结构合理 ,安全可靠 ,综合性能优良 ,达到国际先进水平 ,部分指标达到国内领
先水平 ,于 1986 年 12 月正式投入运行。
1 　辐照装置结构
本装置由辐照室 (包括迷宫) 、运行用房 (包括控制室、剂量室、水处理室、配电室及位于辐
照室顶部的钴源提升房和风机房) 、装卸室、辐照物品储存库和实验室 5 部分组成 ,总面积
1473m2 。
辐照室总面积 269m2 ,辐照场内长 11m ,宽 613m ,高 315m。由内外防护墙构成迷宫通道 ,
分人行迷道和货运迷道 ,迷道高度为 315m ,人行迷道宽 1m ,货运迷道内段 (单轨) 宽 1m ,外段
(双轨)宽 116m。辐照室的墙体和屋顶均用钢筋混凝土屏蔽。内墙厚为 1125m ,外墙厚度根据
所处位置及防护要求分别为 1m、018m 和 016m。辐照室屋顶厚度为 118m ,迷道部分屋顶按防
护要求分别递减为 1m 和 015m。辐照室顶部设钴源提升装置房和风机房 ,高度为 315m ,防护
墙厚 015m。
辐照场内设一储源水井 ,水井长 313m ,宽 118m ,深 613m。为防止井水渗漏 ,在井壁钢筋
混凝土结构中间加有 8mm 厚的密闭钢板桶状防护层。水井底部和下部内侧衬不锈钢裙 (厚度
8mm) ,内壁中上部衬白瓷砖。井壁与辐照室墙基之间留有 5cm 间隙 ,以防两者沉降不一致而
造成钴室结构的破坏。为便于源罐运入辐照室 ,并在辐照室东侧设有运源罐防护门。门洞宽
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112m ,高 118m。防护门为厚钢板焊接结构 ,厚 200mm ,重约 4t ,转动轴装有两副轴承 ,单人即
能开启。源罐调运采用单轨电动葫芦 ,吊重为 5t 。运行轨道由防护门内侧经一弧形弯道至储
源水井上方。
2 　钴源及升降结构
本装置采用双栅板源 ,5 个辐照通道 ,动、静态辐照方式作为主要辐照工艺。它具有射线
利用率高 ,并可利用定型的传输装置 ,在辐照产品不做任何翻转的情况下 ,实现两面等剂量辐
照 ,以提高辐照剂量的均匀性等优点。为提高射线的空间利用率 ,采用在辐照区密集辐照的方
式。每个通道密集 6 个吊具 ,吊具供集装辐照物品 ,其密集的功能由积放式悬挂链输送机完
成。
辐射源为由源管组成的两块栅板构成 ,采用水井湿法储存。源管由优质不锈钢制成 ,内装
钴元件及调节高度的填充管料。源管内径 16mm ,长 600mm ,装入钴元件后 ,顶部盖上铅塞。
每块栅板宽 1m ,高 111m ,分上下两层 ,每层插入 2 个源管框架 ,每块栅板共插入 4 个源管
框架 ,每个框架可插入 16～17 根源管 ,源管间距 30mm ,上下两层源管交错 100mm ,左右错开
15mm ,每块栅板上下两层各装源管 33 根 ,共可装 66 根源管。源架底部是矩形钢框结构 ,上下
焊接两个间距 700mm 垂直分布有 16 条导向槽的框架 ,每个框架可插入 4 个源管框架 ,形成栅
板。在每个框架外侧装有滑轮。导向钢丝绳上端穿过源室顶部水泥层固定在钴源提升房的屋
顶上 ,下端钩在储源水井底部的地脚螺钉上 ,导向钢丝绳松紧可调 ,并有防松装置。
两条提升钴源的钢丝绳固定在两个框架上部的重心上。两条钢丝绳由吊点垂直向上 ,穿
过钴室屋顶水泥层 ,与安装在钴源提升房的钴源升降装置的滚筒联结。升降装置的部件有带
安全装置的联轴节、减速器、齿轮丝杠、行程检测装置、轴向位移的滚筒及导向滑轮等。在电动
机输出轴的另一端有电磁闸及手动升降轮 ,供断电时用手动方法升降源板。为防止限位开关
失灵 ,电机失控 ,造成升降越位事故 ,采取了 4 种安全保护措施。经测试 ,源板由储存位置提升
至工作位置 ,时间为 30s ,误差为 ±0105s ,轴向源位误差为 ±01002m ,径向源位误差位 0。经
13 年运行证明 ,该装置安全可靠 ,未发生事故。由于我们在每次增容时都对其进行重点检修 ,
保证了部件完好 ;另一方面 ,由于大部分时间采用自动传输装置进行辐照 ,相对减少了钴源的
升降次数 ,故能保证升降装置的安全运行。为便于钴源安装和源架的整修 ,在水井底部设有安
放源管框架和源管的架子。全部源架部件均由优质不锈钢制成。
3 　辐照产品传输装置
这是整个辐照装置的重要组成部分 ,它关系到本装置能否满足辐照产品具有多品种和不
同批量特点以及提高钴源时间利用率的设计要求。我们选用了承德矿山机械厂引进美国韦伯
公司专利 ,在国内生产的第一条 50kg 轻型封闭轨积放式悬挂输送机 ,该机结构轻巧灵活 ,传输
链由 118kW 电机带动 ,运行速度为 9m/ min。每个辐照通道积放 6 个小车 ,共有 30 个辐照工
位。小车长度 700mm ,每个小车挂一体积为 600 ×400 ×1200mm 的吊具 ,供集装辐照物品。
每个吊具在辐照工位上的积放时间由控制台给出 ,并由一台 M84 型可变程序控制器控制整个
输送机的积放和运行。
321　2 期 强γ辐照装置的综合性能及安全运行
输送机设主链和辅链。主链由装卸室经货运迷道进入辐照室 ,再经迷道回到装卸室 ,主链
总长 153m。当货量较大时 ,由辅链协助输送。整个传输系统线路清晰 ,布局合理。在装卸室
各设两条装卸车线 ,另有一条备用线段 ,供维修车具和补充辐照货物用。主链和辅链共可悬挂
80～90 个小车 ,每个小车最大装载量为 100kg。按链条运行速度 ,主链运行 1 周时间为
17min。因小车从一个通道运行到另一个通道有一段距离 ,所以微机控制的最小发车时间为
35s ,向上可无级调节。因此可根据钴源利用率的变化情况 ,随时调整积放时间 ,以保证不同辐
照产品对剂量的要求。该自动传输系统既可积放运行又可不积放连续运行 ,可自动控制又可
手动控制。如货物批量少 ,载货小车可只走主链线路 ,其余空车停放在辅链线段 ,因此运行比
较方便。另外在链条驱动装置上有过载保护装置 ,并由链条张紧装置 ,因此可保证安全运行。
13 年来该输送机累计运行约 6 万 h ,进一步验证了该系统性能稳定 ,可靠性强 ,运行灵活 ,
易于操作 ,维修和装卸货物方便。在国内相同类型辐照装置中 ,它具有一定的先进性和适用
性。为了提高钴源利用率 ,减少机械磨损 ,在 13 年实际操作运行中 ,我们采取以下措施 :
311 　将原定5通道 20 个工位改为 5 通道 30 个工位 ,以提高辐照效率。在辐照开始时 ,先将装
满货物的吊具停放在 5 个通道的 30 个工位上 ,然后开机运行 ,以提高辐照产品吸收剂量的均
匀性 ,将开始辐照的 29 个装载货物的吊具编号暂放一边 ,在辐照结束前再将 29 个吊具的货物
依次装入吊具进入辐照室辐照 ,待最后一个吊具的货物占位后 ,则全部吊具均运行经过 30 个
工位 ,即可停止辐照。这样既节省时间 ,又保证了剂量的均匀性。
312 　在辐照过程中 ,根据辐照产品所需剂量 ,决定积放时间。如积放时间长 ,则将传输链停运
一段时间 ,以减少能耗和机械磨损。如积放时间为 30min ,可停止链条运行 20min ,因小车进入
辐照工位只需约 10min。由值班人员观察微机显示的时间 ,在 10min 前开机 ,这样对运行无影
响。经 13 年运行 ,该输送机虽经几次维修 ,但仍能保持良好的运行状态。
313 　对需低剂量辐照的产品 ,如大蒜 ,我们则采取连续运行的方法 ,小车通过辐照工位不停车
积放 ,这样链条在实际工作位只需运行 6min ,一方面达到低剂量辐照产品的要求 ,一方面还可
提高辐照效率。在满负荷运行的情况下 ,也未出现故障。
4 　安全控制监测系统
本工程各项机械设备的控制按钮都设在控制室的主控制台上 ,并且相互连锁 ,采用常规继
电器和微机联合控制方式。在安全控制系统方面有以下监测系统 :
411 　地毯式脚踏报警机构 :为防止有人误入货运迷道 ,在货运迷道入口和迷道内侧转弯处分
别设两处脚踏报警机构。在钴源运行时 ,当有人踏上踏板 ,控制台立即报警 ,并同时降源。
412 　防护门 :在人行迷道入口设防护铁门。内门侧有限位开关与升降控制系统连锁。不关防
护门不能升源 ,打开防护门 ,源必须在储存位置 ,否则自动降源。在人行迷道入口内侧还设有
光电保护管 ,当有人通过光电管时 ,则继电器动作接通降源回路 ,并发出警报。
413 　显示牌和警铃 :货运迷道入口和人行迷道出口及辐照场上方设有“准备升源”“升源”和
“源在工作位置”的光字牌和警铃。辐照室内有主照明灯及备用灯。备用电源用 24V 蓄电池 ,
供停电时照明用。以上电源开关均设在主控制台上。
414 　窥视系统 :采用工业电视系统 ,可观察辐照室、货运迷道和装卸室内机械设备运行情况。
摄像机安装在辐照室人行迷道入口处上方 ,通过 1 ×4m2 抛光不锈钢反射镜间接窥视辐照场
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内机械设备运行情况。因射线不直射镜头 ,故可显著减轻射线损伤镜头。经 13 年运行 ,图像
仍保持清晰。工业电视接收机安放在控制室内主控制台旁。
415 　源位显示 :为了能直观的监测钴源的实际位置和提升运行情况 ,在控制台上设置了源位
的数字显示仪表。
416 　计时控制 :采用在控制台上安装的微机实现。有两种计时功能 :一是“累加计时”,根据由
链盘输入的所需积放时间 ,计时器定时发出发车信号。二是“定时照射”,由定时器定时控制降
源 ,也是由链盘输入。
5 　辐照装置安全运行情况
300kCi 60Co 辐照装置建成后 ,根据国家有关核设施安全防护条例 ,为保证安全有效地运
行 ,中心制定了有关运行管理的规章制度 ,安全操作规程 ,建立了工作人员岗位责任制。建立
了剂量监测实验室和菌检实验室 ,有效地保证了辐照产品的质量并提高了辐照源的有效利用
率。在中国计量科学院的监督和指导下 ,定期对本装置的剂量场进行标定和检测。同时在省、
市卫生防疫站的监督下 ,每年均对本装置的安全防护情况和工作人员接受剂量情况进行检查。
截止 1999 年 12 月底 ,已安全运行 13 年 ,在这期间根据辐照加工技术的需要 ,于 1988 年 11
月、1991 年 12 月、1995 年 12 月和 1999 年 4 月增容 4 次 ,分别增容 66、56、78、80kCi ,共
280kCi。钴源现有强度 170kCi。每次增容都对钴源架升降系统、传输系统和防护控制系统进
行检修或更换部件 ,而且每年利用春季时间对全部机械及控制设备进行检修 ,以使辐照装置始
终保持良好的工作状态。根据运行纪录统计 ,13 年共运行约 80 ,000h ,钴源的时间利用率平均
达 76 % ,取得较好的经济效益。但还不能实现充分有效的利用 ,主要由于辐照加工产品的货
源不足 ,有待进一步加大宣传辐照加工技术的力度 ,逐步开发新产品和扩大应用范围。据统
计 ,13 年来中心辐照加工技术主要应用于杀虫灭菌、辐射消毒、辐射保鲜及化工产品的辐射改
性。服务项目有十几类 ,品种达 200 个 ,投入与效益比为 1∶2。
该装置所以能有效安全运行 13 年 ,主要由于该辐照装置的结构设计较为合理先进 ,实现
了安全可靠、一源多用的设计原则。新型自动传输系统的引用较好地满足了不同种类、不同批
量的辐照产品对辐照剂量和加工工艺的要求 ,保证了辐照剂量的均匀度和辐照加工产品的质
量。加强了科学管理、经常性的安全教育和各类设施的经常性的维护保养。各级主管部门对
中心工作定期派人来监督检查 ,并协助培训技术人员和操作人员 ,保持了中心科技人员的相对
稳定 ,及时吸收其他单位经验。13 年的安全运行实践 ,也是对本装置的设计原则、建筑结构、
机械设备及安全控制监测系统的检验。由上述情况可以看出本装置安全可靠、性能优良、工作
人员易于操作和维修 ,表明该装置具有一定的先进性和较强的适用性。
CHARACTERISTICS AND SAFELY OPERATION OF GAMMA IRRADIATION FACIL ITY
YU Zi2hou 　WAN G Shou2jing 　SUN Shou2yi 　L EI Peng 　ZHAN G Qi2zhi
( Instit ute f or A pplication of N uclear Energy , S handong Academy of A gricult ure Sciences , S handong Prov . Jinan 　250100)
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