УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ПРИБОРА ОТ ИЗЛУЧЕНИЯ
RADIATION PROTECTION DEVICE OF THE INSTRUMENT

Изобретение относится к области защиты объектов от излучения и может быть использовано для управления перекрытия потоков излучений, а именно потока рентгеновского, гамма-излучения или потока нейтронов в физических установках.
Известны способы перекрытия потока рентгеновского и гамма излучения, которые, как правило, предусматривают наличие преграды, выполненной из материалов, в состав которых входят химические элементы с большим атомным номером Z, т.е. тяжелые элементы. Устройство при срабатывании тем или иным способом открывает/закрывает канал пропускания излучения.
Из уровня техники известен предохранительный клапан [US №2548774, МПК D06M 11/30, опуб. 1961 г], содержащий отсекающий рабочую среду защитный экран и связанное с экраном исполнительное устройство. В данном устройстве защитный экран выполнен в виде купола мембраны, образованного секторами с кулачками (приливами), а исполнительным устройством служит пропущенный через сектора трос, стягивающий сектора вместе, перекрывая проходное сечение. Под действием среды трос разрушается, и сектора расходятся, открывая проходное сечение. При этом клапан срабатывает автоматически, давление срабатывания зависит от усилия разрыва троса калиброванного сечения. В случае принудительного открывания клапана может быть применен любой известный тип привода, обеспечивающий разрушение троса.
Недостатком данного устройства является то, что в нем не обеспечивается пропускание потока рабочей среды низкого и сверхнизкого давления в заданный момент времени, так как, даже если будет обеспечено разрушение стягивающего троса каким-либо приводом, поток низкой плотности, не сможет открыть клапан. Кроме того, в этом устройстве привод для разрушения троса необходимо размещать внутри проходного канала. Поэтому после срабатывания в проходном сечении остается много посторонних материалов, которые не только засоряют рабочую среду, но и могут помешать раскрытию лепестков мембраны.
Известен быстродействующий клапан [SU №889997, МПК F16K 17/16, опуб. 15.12.1981], принятый за прототип, включающий защитный экран и связанное с экраном исполнительное устройство. В данном устройстве защитный экран, перекрывающий поток частиц и излучение, выполнен в виде диафрагмы, куполообразной оболочки, образованной отдельными секторами в виде пластинчатых пружин, согнутых вершинами к центру проходного канала потока излучения и облицованных слоями материалов, способных отражать и поглощать излучение. Стягивающий элемент расположен за пределами проходного канала клапана. Для обеспечения оперативного пропускания излучения исполнительное устройство выполнено в виде пироножа, который по команде от временного механизма или от датчика давления срабатывает, перерубая стягивающий сектора трос. При этом пластинчатые пружины под действием собственных сил выпрямляются. Данное устройство по сравнению с предыдущим аналогом обеспечивает расширение диапазона интенсивности потока излучения.
Однако недостатком прототипа является то, что у него отсутствует возможность регулирования отсечки потока излучения в процессе срабатывания устройства, т.к. раскрытие реализовано за счет пружинных свойств материала секторов диафрагмы, которые имеют либо полностью закрытое положение, либо, после освобождения, полностью открывают канал без задержки в промежуточных положениях. Кроме этого, клапан обладает большими габаритными размерами - продольный размер диафрагмы сопоставим с величиной радиуса канала излучения, который она перекрывает, причем сектора диафрагмы выполнены из свинца и стали, что влияет на массу устройства. Это ограничивает его область применения и исключает использование там, где есть требования к размерам и массе, например в авиакосмической отрасли. Также прототип обеспечивает только однократное срабатывание, так как конструкцией не предусмотрена обратная сборка диафрагмы в исходное состояние.
Задачей заявляемого изобретения является создание малогабаритного устройства защиты прибора от излучения с возможностью регулирования перекрытия потока излучения и многократного срабатывания устройства.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является возможность регулирования перекрытия потока излучения при многократном срабатывании устройства, а также обеспечение минимальных габаритно-массовых характеристик.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство защиты прибора от излучения, содержит перекрывающий излучение защитный экран и связанное с экраном исполнительное устройство, согласно изобретению экран представляет собой резервуар, имеющий внутреннюю полость для заполнения экранирующим веществом, а исполнительное устройство представляет собой сообщающуюся с полостью резервуара замкнутую гидравлическую систему подвода и отвода экранирующего вещества, при этом стенки экрана выполнены из материала, прозрачного для перекрываемого излучения, а толщина стенок экрана не превышает толщину слоя экранирующего вещества, определенную из условия получения требуемой величины ослабления потока излучения в зависимости от спектрального состава перекрываемого излучения и элементо-изотопного состава экранирующего вещества.
Выполнение экрана в виде резервуара с внутренней полостью, заполняемой экранирующим веществом, при этом стенки экрана выполнены из материала, прозрачного для экранируемого излучения, обеспечивает возможность регулирования перекрытия потока излучения, а именно, как свободное прохождение излучения, когда полость экрана не заполнена экранирующим веществом, так и частичное или полное перекрытие потока излучения в зависимости от степени заполнения полости резервуара экранирующим веществом.
Выполнение исполнительного устройства в виде сообщающейся с полостью резервуара замкнутой гидравлической системы подвода и отвода экранирующего вещества обеспечивает многократное срабатывание за счет подачи экранирующего вещества в полость экрана и обратно.
Обеспечение минимальных габаритно-массовых характеристик устройства достигается за счет того, что толщина стенок экрана не превышает толщину слоя экранирующего вещества, что позволяет снизить размеры экрана при его оптимизации под распределение плотности перекрываемого потока.
В зависимости от толщины слоя экранирующего вещества, определенной из условия получения требуемой величины ослабления потока излучения в зависимости от спектрального состава перекрываемого излучения и элементо-изотопного состава экранирующего вещества, получают требуемую величину ослабления потока излучения.
Таким образом, совокупность всех изложенных выше признаков создает условия обеспечения возможности регулирования перекрытия потока излучения при многократном срабатывании устройства, а также обеспечение минимальных габаритно-массовых характеристик.
Кроме того, для перекрытия рентгеновского и гамма-излучения экранирующее вещество содержит элементы, обеспечивающие перекрытие рентгеновского и гамма-излучения.
Для перекрытия потока нейтронов экранирующее вещество содержит в своем составе элементы обеспечивающие перекрытие потока нейтронов, например водород, при этом материал стенок экрана в совсем составе содержит атомы, ядра которых имеют минимальное сечение взаимодействия с нейтронами.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Изобретение иллюстрируется чертежами:
на фиг. 1 представлена схема устройства защиты прибора от излучения в исходном положении, защищаемый объект не показан;
на фиг. 2 - представлена схема устройства защиты прибора от излучения в сработанном положении, защищаемый объект не показан.
Устройство выполнено следующим образом.
Устройство защиты прибора от излучения содержит перекрывающий излучение защитный экран 1 и связанное с экраном исполнительное устройство (фиг. 1-2). Экран 1 представляет собой резервуар, имеющий внутреннюю полость для заполнения экранирующим веществом 2. Стенки экрана 1 выполнены из прозрачного для перекрываемого излучения материала, при этом толщина стенок экрана 1 не превышает толщину слоя экранирующего вещества 2. Толщина слоя экранирующего вещества 2 выбрана из условия получения требуемой величины ослабления потока излучения, зависящей от спектрального состава перекрываемого потока излучения и элементо-изотопного состава экранирующего вещества и рассчитывается для конкретного защищаемого прибора. Исполнительное устройство представляет собой сообщающуюся с полостью резервуара 1 замкнутую гидравлическую систему подвода и отвода экранирующего вещества 2. Для перекрытия рентгеновского и гамма-излучения экранирующее вещество 2 содержит химические элементы, обеспечивающие перекрытие рентгеновского и гамма-излучения. Для перекрытия потока нейтронов экранирующее вещество 2 содержит в своем составе элементы обеспечивающие перекрытие потока нейтронов, например водород, при этом материал стенок экрана 1 в совсем составе содержит атомы, ядра которых имеют минимальное сечение взаимодействия с нейтронами. В качестве исполнительного устройства для заполнения полости резервуара 1 экранирующим веществом 2 в гидравлическую систему может входить, например, вытеснитель 3 с трубопроводами подвода 4 и отвода 5 экранирующего вещества 2. Для чего корпус вытеснителя 3 разделен перегородкой 6 на две камеры: верхнюю 7 и герметичную нижнюю 8. В каждой из камер 7, 8 установлены с возможностью продольного перемещения поршни-толкатели 9, 10 соответственно. Поршни 9, 10 соединены между собой общим штоком 11, проходящим через отверстие в перегородке 6. Верхняя камера 7 представляет собой газовую полость, подсоединенную к аккумулятору давления (не показано). В стенке верхней камеры 7 имеется отверстие 12 для стравливания избыточного давления. В нижней камере 8 полость под поршнем заполнена экранирующим веществом 2. Оба трубопровода 4, 5 через штуцеры сообщены с нижней камерой 8.
С целью необходимости осуществления однократного перекрытия потока излучения, вытеснитель снабжают элементом фиксации конечного хода верхнего поршня 9. Для чего изнутри в стенке верхней камеры 7 выполнен паз 13 под входящее в него пружинное кольцо 14, установленное на верхнем поршне 9, фиксируя тем самым конечное положение его хода.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении резервуар 1, установленный между источником излучения и защищаемым прибором, пуст и пропускает излучение. Для осуществления перекрытия излучения по команде задействуют аккумулятор давления (не показано) или, например, электропривод с винтовой передачей, в результате чего поршни 9, 10 вытеснителя 3 приходят в движение. В верхней камере 7 через отверстие 12 происходит стравливание избыточного давления, нагнетаемого верхним поршнем 9, и его дросселированного движения. Поршень 9 через шток 11 толкает поршень 10 в камере 8 с экранирующим веществом 2, которое вытесняется из подпоршневой полости камеры 8 и по трубопроводу 4 заполняет полость резервуара 1. Объем экранирующего вещества 2 рассчитан таким образом, чтобы при необходимости полного перекрытия потока излучения можно было полностью заполнить резервуар 1. В зависимости от степени заполнения полости резервуара 1 экранирующим веществом 2 осуществляют частичное перекрытие потока излучения. При заполнении полости резервуара 1 высвободившийся газ (воздух) по трубопроводу 5 поступает в полость камеры 8 в область над поршнем 10. При обратном движении поршней 9, 10 и штока 11 газ над поршнем 10 вытесняет экранирующее вещество 2 из полости экрана 1 по трубопроводу 4 обратно в камеру 8. Таким образом осуществляется многократное срабатывание устройства.
В случае необходимости однократного перекрытия потока излучения при достижении поршнем 9 канавки 13 в стенке камеры 7 кольцо пружинное 14 заскакивает в паз 13, тем самым блокируя движение поршня 9, а с ним - и поршня 10 через шток 11.
В настоящее время ведется разработка документации, запланированы изготовление и предварительные испытания опытных образцов устройства защиты от излучения, выполненного в соответствии с заявляемым изобретением.
Представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в качестве устройства для управления потоками излучения и предназначено для перекрытия и пропускания потока частиц, излучения;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить возможность регулирования перекрытия потока излучения при многократном срабатывании устройства, а также обеспечение минимальных габаритно-массовых характеристик;
- для заявляемого устройства защиты от излучения в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленное устройство защиты от излучения соответствует условию «промышленная применимость».