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0 引言

透射源部件是放射性廢物檢測裝置中的一個(gè)重要組成部件，通過透射源釋放出輻照射線，經(jīng)過準(zhǔn)直器將射線轉(zhuǎn)化成放射束，放射束穿過放射性廢物進(jìn)入探測器如圖1所示，來檢測并判斷放射性廢物的密度及輻照強(qiáng)度[1]。

在放射性廢物檢測裝置樣機(jī)試驗(yàn)階段，由于透射源鉛屏蔽層較重，引起透射源支撐架的嚴(yán)重變形，致使準(zhǔn)直器放射束位置偏移，放射束無法準(zhǔn)確到達(dá)探測器最有效區(qū)域，導(dǎo)致檢測結(jié)果失真。

針對(duì)上述問題，對(duì)透射源支撐架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過有限元分析對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行驗(yàn)證。

1 透射源部件的組成

透射源部件要由透射源、屏蔽層、準(zhǔn)直器和支撐架組成如圖1所示。

圖1 透射源工作狀態(tài)示意圖

透射源支撐架固定板與安裝面板材料選用12mm厚的Q235鋼板焊接而成，底部加強(qiáng)筋板采用10mm厚的Q235鋼板。同時(shí)為了支撐架的減重，加強(qiáng)筋上做了相應(yīng)鏤空處理如圖2所示。

通過4個(gè)M8的螺釘將透射源固定在支撐架安裝面板的基準(zhǔn)面上。

圖2 透射源支撐架組成圖

2 受力分析

根據(jù)放射性廢物檢測裝置對(duì)放射性廢物檢測的形式，對(duì)透射源與探測器進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、并對(duì)透射源支撐架材料及受力等方面進(jìn)有限元分析。

2.1 結(jié)構(gòu)分析

透射源經(jīng)過準(zhǔn)直器將離散射線轉(zhuǎn)化成放射束，放射束穿過放射性廢物進(jìn)入探測器，放射束直徑為φ6mm，探測器有效區(qū)域直徑為φ10mm，放射束允許的位置偏移小于2mm，如圖3所示。透射源由鉛屏蔽層包裹與準(zhǔn)直器合起來重量可達(dá)12kg。

圖3 放射束偏移區(qū)域示意圖

當(dāng)支撐架安裝基準(zhǔn)面所受壓力為120N，安裝面板的變形量要小于2mm，探測器才能有效的檢測放射性廢物各種輻照參數(shù)。

2.2 材料的選用。

透射源支撐架材料選用Q235鋼，調(diào)質(zhì)處理241～286HB，通過機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)“碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能”查表可知[2]：

屈服極限：σs=235MPa；

安全系數(shù)：S=1.5。

根據(jù)許用應(yīng)力公式可得：

許用應(yīng)力：σp=σs/S=235/1.5=156.7MPa。

2.3 透射源支撐架三維仿真分析

將支撐架三維模型簡化后導(dǎo)入SOLIDWORKS中的simulation模塊[3]，賦予零件材料屬性，設(shè)置固定板為約束面，安裝面板基準(zhǔn)面為受力面，添加載荷等后求解[4]結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 支撐架應(yīng)力云圖

如圖3所示結(jié)果表明最大應(yīng)力出現(xiàn)在面板與加強(qiáng)筋板焊接的位置，最大應(yīng)力為0.457N/mm2，遠(yuǎn)小于Q235鋼的許用應(yīng)力[5]，強(qiáng)度符合要求。

圖5 支撐架位移云圖

同時(shí)如圖4所示支撐架面板的變形量較小，最大位移0.003115mm，遠(yuǎn)小于放射束允許的位置偏移，滿探測器對(duì)透射源部件結(jié)構(gòu)的要求。

3 結(jié)論

通過以上對(duì)透射源支撐架優(yōu)化方案的受力分析，改進(jìn)后的支撐架結(jié)構(gòu)滿足使用要求，不會(huì)對(duì)探測器的測量結(jié)果造成影響。通過樣機(jī)驗(yàn)證，放射性廢物檢測裝置的檢測效果良好。