СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАРАНТИННОГО ОБЛУЧЕНИЯ БРЕВЕН РЕНТГЕНОВСКИМИ ЛУЧАМИ
METHOD AND DEVICE FOR QUARANTINE RADIATION OF LOGS WITH X-RAY BEAMS

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к области обработки сырьевых продуктов облучением и более конкретно к способам и устройствам для выполнения карантинного облучения рентгеновскими лучами.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В связи с быстрым развитием лесной промышленности возникла необходимость усилить досмотр и карантинную обработку импортируемого леса и лесоматериалов, чтобы предотвратить проникновение в страну опасных вредителей. В традиционных методиках карантинной обработки бревен используется способ фумигации бромистого метила. Однако у этого способа с использованием бромистого метила есть недостаток негативного воздействия на озоновый слой земной атмосферы. В соответствии с поправкой к "Монреальскому протоколу о веществах, которые истончают Озоновый слой", принятой в Копенгагене в 1992 году и направленной на защиту озонового слоя атмосферы, каждая развитая страна, подписавшая Протокол, должна гарантировать, что в течение двенадцатимесячного периода, начинающегося с 1 января 2005 года, и в каждый двенадцатимесячный период после него расчетный уровень расхода бромистого метила не должен превышать нуля, и это же относится к развивающимся странам с 1 января 2015 года. Кроме того, использование бромистого метила ограничено температурой окружающей среды, и обработка методом фумигации, используя бромистый метил, не может быть осуществлена при температуре ниже 5°С. Бромистый метил - нервно-паралитический газ, и его распространение в атмосфере после фумигации вызывает серьезное загрязнение окружающей среды. Процедура фумигации бромистого метила занимает много времени, и бревна должны быть герметизированы больше 16 часов, чтобы завершить обработку фумигацией. Тем более что в некоторых портах, особенно в некоторых морских портах, бревна должны быть подвергнуты фумигации после стоянки на якоре, что не только связано с большими трудностями при карантине, но также и связано с большим количеством судов, стоящих на якоре, и занимает много места в портах.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения вышеупомянутой проблемы настоящее изобретение предлагает способ и устройство для выполнения карантинного облучения бревен рентгеновскими лучами. При использовании указанного способа и устройства карантинная обработка бревен может быть осуществлена с высокой производительностью, безопасностью при использовании и удобством в работе и без разрушения окружающей среды. С этой целью карантинная обработка облучением бревен в предложенном способе и устройстве осуществляется, используя рентгеновское излучение, генерируемое множеством ускорителей, так что минимальная поглощенная бревнами доза удовлетворяет карантинному стандарту, согласно которому такое облучение должно сделать вредителей бесплодными или умертвить их. Способ карантинного облучения бревен, используя рентгеновские лучи согласно настоящему изобретению, включает следующие стадии:
S1: загрузку бревен в устройство для транспортировки бревен путем использования загрузочного механизма;
S2: перемещение устройства для транспортировки бревен в канал облучения;
S3: перемещение устройства для транспортировки бревен в поле облучения, которое сформировано ускорителями, расположенными вокруг средней части канала облучения;
S4: перемещение устройства для транспортировки бревен через поле облучения при постоянной скорости, чтобы выполнить операцию карантинного облучения бревен в устройстве для транспортировки бревен, используя рентгеновские лучи, сформированные ускорителями;
S5: перемещение устройства для транспортировки бревен за пределы поля облучения и
S6: перемещение устройства для транспортировки бревен из канала облучения к разгрузочному желобу.
Предпочтительно, чтобы на стадии S4 устройство для транспортировки бревен замедляло бы ход перед входом в поле облучения и затем проходило через поле облучения при постоянной скорости с ускорителями, направляющими лучи на устройство для транспортировки бревен, входящее в поле облучения. Сразу после выхода из поля облучения устройство для транспортировки бревен ускоряет ход, и ускорители одновременно прекращают работу.
Предпочтительно, чтобы ускорители были бы размещены симметрично вокруг канала облучения в виде группы из четырех ускорителей таким образом, что поглощенная доза в пределах бревен может быть распределена как можно равномернее.
Предпочтительно, чтобы скорость движения, с которой устройство для транспортировки бревен проходит через поле облучения, может быть отрегулирована в зависимости от минимальной поглощенной дозы, требуемой для бревен, обрабатываемых при карантинном облучении в зависимости от вида вредителей, которые обитают в бревнах.
В одном варианте воплощения настоящего изобретения указанные ускорители представляют собой линейные электронные ускорители (линейные ускорители), и цель поражается рентгеновскими лучами. В других вариантах могут быть использоваться ускорители другого типа.
Устройство для выполнения карантинного облучения бревен рентгеновскими лучами согласно настоящему изобретению включает канал облучения, ускорители, расположенные вокруг средней части канала облучения и используемые для формирования рентгеновского излучения, устройство для транспортировки бревен, служащее для транспортировки бревен вдоль канала облучения, защитную конструкцию для экранирования рентгеновских лучей, сформированных ускорителями, и тяговый механизм для перемещения устройства для транспортировки бревен.
Предпочтительно, указанные ускорители расположены симметрично вокруг средней части канала облучения в виде группы из четырех элементов, при этом указанные ускорители предпочтительно представляют собой линейные электронные ускорители и служат поражению цели рентгеновскими лучами.
Предпочтительно, чтобы на переднем конце ускорителя располагался бы сканирующий узел, а отклоняющий магнит устанавливается рядом с выпускным отверстием указанного сканирующего узла и служит для преобразования электронных лучей, выходящих из сканирующего узла, в пучок параллельных лучей, которые падают на намеченную цель вертикально с тем, чтобы поглощенная бревнами доза радиации была бы распределена равномерно.
В одном варианте воплощения настоящего изобретения указанная защитная конструкция включает защитные стены, защитную камеру источника излучения и дверь в аппаратную. Защитная камера источника излучения расположена вблизи средней части канала облучения, указанная дверь в аппаратную служит для доступа операторов в защитную камеру источника излучения и выхода из нее, а указанные защитные стены расположены с обеих сторон и в верхней части канала облучения.
Предпочтительно, чтобы толщина защитных стен уменьшалась бы с увеличением расстояния между ними и источниками излучения, т.е. ускорителями.
Предпочтительно, чтобы на входе и выходе канала облучения и на двери аппаратной, соответственно, было бы предусмотрено предохранительное блокировочное устройство, чтобы избежать случайного входа людей во время работы рентгеновского аппарата.
В одном варианте воплощения настоящего изобретения канал облучения, защитные стены, защитная камера источника излучения и дверь в аппаратную составляют полузакрытый участок, который называется областью радиационной защиты.
Предпочтительно, чтобы канал облучения имел бы форму буквы S и сам канал облучения состоял бы из простого лабиринта, чтобы эффективно снижать воздействие рентгеновского излучения на входе и выходе канала.
Предпочтительно предусмотреть на указанных защитных стенах дополнительные бетонные опоры на участках изгиба канала облучения, на входе и выходе соответственно, для того чтобы снизить воздействие рассеянных лучей от указанных защитных стен за пределами канала облучения.
Предпочтительно, чтобы указанное устройство для транспортировки бревен состояло бы из дорожного и рельсового транспортного средства двойного функционирования с автономным узлом привода, которое может перемещаться тяговым механизмом, расположенным вне канала облучения. Устройство для транспортировки бревен скользит на направляющему рельсу и проходит по нему под действием автономного узла привода сразу после входа в канал облучения.
В нижней части указанного устройства для транспортировки бревен нет никакой опорной плиты, и на четырех краях нижней поверхности не предусмотрено никакой каретки, чтобы снизить нежелательное воздействие рентгеновских лучей и максимально использовать энергию рентгеновских лучей.
В предпочтительном варианте настоящего изобретения указанное устройство для транспортировки бревен включает группу колес, шасси и стойки.
Предпочтительно, указанные стойки предусмотрены на двух сторонах устройства для транспортировки бревен в направлении по длине, по четыре стойки на каждой стороне.
Предпочтительно, чтобы указанное шасси было бы рассчитано таким образом, что оно имеет выемку в средней части по длине, таким образом, устраняя или снижая возможность контакта загрузочного механизма с шасси, когда бревна уже загружены.
Предпочтительно, чтобы указанное устройство для транспортировки бревен дополнительно включало бы двигатель переменной частоты вращения и редуктор, чтобы гарантировать, что после входа в канал облучения устройство для транспортировки бревен будет равномерно перемещаться по направляющему рельсу с регулируемой скоростью с тем, чтобы поглощенная бревнами доза облучения в устройстве для транспортировки бревен была бы в пределах минимальной поглощенной дозы облучения, которая требуется для бревен, обрабатываемых при карантинном облучении.
Предпочтительно, указанные ускорители распределены перемежающимся образом по пути движения устройства для транспортировки бревен, т.е. с обеих сторон канала облучения, избегая, таким образом, возможности повреждения устройства, вызванного облучением ускорителей друг друга. Кроме того, энергия используемых ускорителей выбрана в диапазоне 10-16 МЭВ, чтобы гарантировать безопасность искусственной радиоактивности для рабочей смены и окружающей среды.
ПРЕИМУЩЕСТВА настоящего изобретения
Настоящее изобретение стерилизует насекомых-вредителей в бревнах и делает их неспособными развиваться в следующую стадию благодаря использованию рентгеновских лучей, имеющих высокую проникающую способность и обеспечивающих прямые или косвенные биологические эффекты на вредителей в бревнах. По сравнению с предшествующей технологией карантинная обработка, используя устройство и способ по настоящему изобретению, имеет преимущества высокой производительности, безопасности при использовании, отсутствие вредного влияния на окружающую среду, удобство в работе и т.д.
Кроме того, благодаря повышению эффективности карантинной обработки время нахождения в портах для карантина значительно уменьшено и скорость товарооборота в портах увеличена. Кроме того, ускорители, используемые в настоящем изобретении, являются электрическим оборудованием, которое не будет загрязнять окружающую среду, в частности, атмосферу и т.д. Ускорители не подвержены влиянию температуры окружающей среды при работе и могут использоваться в любое время при наличии соответствующего источника питания. Ускорители генерируют рентгеновские лучи только в процессе работы, и никакие рентгеновские лучи не будут формироваться, когда ускорители отключены, поэтому не возникает проблем ненужной дополнительной обработки, такой как обработка отходов и т.д., как в случае использования источника радиоизотопов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут понятны из следующего подробного описания примеров воплощения изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фигура 1 - принципиальная схема устройства для выполнения карантинного облучения бревен рентгеновскими лучами согласно настоящему изобретению;
фигура 2 - схема расположения ускорителей;
фигура 3 - диаграмма, иллюстрирующая распределение поглощенной дозы в бревнах в устройстве для транспортировки бревен, облучаемом четырьмя ускорителями;
фигура 4 - схема защитной конструкции в устройстве по настоящему изобретению;
фигура 5 - принципиальная схема устройства для транспортировки бревен в устройстве по настоящему изобретению и
фигура 6 - блок-схема технологического потока при осуществлении способа для выполнения карантинного облучения бревен рентгеновскими лучами по настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА
Ниже приводится подробное описание примеров воплощения настоящего изобретения без ограничения его объема данными примерами. На фигуре 1 представлена принципиальная схема устройства для карантинного облучения бревен, используя рентгеновские лучи согласно настоящему изобретению. Указанное устройство включает канал облучения 1, устройство для транспортировки бревен 2 для транспортировки бревен вдоль канала облучения 1, ускорители 3, расположенные вокруг средней части канала облучения 1 для формирования рентгеновского излучения, защитную конструкцию 4 для экранирования рентгеновских лучей, сформированных ускорителями 3, и устройство перемещения 5 для перемещения устройства для транспортировки бревен.
Как показано на фигуре 1, ускорители 3 в устройстве по настоящему изобретению расположены вокруг средней части канала облучения 1, и при работе ускорителей формируется поле облучения. В предпочтительном варианте по настоящему изобретению группа из четырех ускорителей расположена симметрично вокруг средней части канала облучения 1, как показано на фигуре 2. Кроме того, ускорители 3 и соответствующие цели 16 расположены перемежающимся образом на противоположных сторонах канала облучения 1, как показано на фигуре 1, позволяя, таким образом, избежать повреждения устройства, когда радиация ускорителей направлена непосредственно друг на друга. В этом примере воплощения указанные ускорители 3 являются линейными электронными ускорителями, и рентгеновские лучи формируются в результате соударения электронов, формируемых указанными линейными ускорителями, с целью. Конечно, в других вариантах воплощения могут также использоваться ускорители других типов. В варианте воплощения изобретения, как показано на фигуре 2, формируются рентгеновские лучи, вызванные пучками электронов, сформированных ускорителями, и выходящие из сканирующего узла 15, установленного на входном конце ускорителей, при этом после отклонения лучей отклоняющим магнитом 17 на выходе сканирующего узла 15 лучи падают вертикально на цель 16, так что поглощенная бревнами доза радиации может быть распределена наиболее равномерно. Можно предусмотреть множество групп ускорителей 3 в зависимости от требований к объему карантинной обработки.
В варианте воплощении, показанном на фигуре 1, канал облучения 1 имеет конструкцию в виде буквы S, и канал облучения 1 сам по себе составляет простой лабиринт, чтобы эффективно снизить влияние рентгеновских лучей на входе и выходе канала. На входе и выходе канала облучения 1, соответственно, предусмотрены предохранительные блокировочные устройства для предотвращения случайного входа людей в рабочую зону. Внутренняя часть защитной конструкции 4 является полем излучения, но рентгеновское излучение не может проникать за пределы защитной конструкции 4. Устройство для транспортировки бревен 2 является дорожным и рельсовым транспортным средством, выполняющим две функции при движении по рельсу с помощью автономного узла привода, и может двигаться по общему пути и по специальному направляющему рельсу.
Высокоэнергетические рентгеновские лучи имеют очень высокую проникающую способность и подходят для облучения большого количества бревен. Однако рентгеновские лучи экспоненциально затухают в дереве, и образуется телесный угол распределения рентгеновских лучей, сформированных в линейных электронных ускорителях, при котором электронные лучи попадают в цель неравномерно в различных направлениях этого угла, поэтому число и расположение ускорителей, так же как размер устройства для транспортировки бревен, должны быть соответственно оптимизированы, чтобы полностью использовать энергию и повысить экономическую прибыль. На основе многочисленных вычислений с учетом удобства и простоты использования было выбрано устройство для транспортировки бревен квадратного поперечного сечения, как показано на фигуре 2, группа 4 ускорителей 3 расположена вокруг указанного устройства для транспортировки бревен таким образом, что достигается удовлетворенный эффект обработки облучением.
На фигуре 3 показана контурная диаграмма, иллюстрирующая распределение поглощенной дозы в бревнах в устройстве для транспортировки бревен, облучаемом четырьмя ускорителями. Из диаграммы 3 можно видеть, что даже при использовании этих четырех ускорителей, как показано на фигуре 2, распределение поглощенной дозы в бревнах в устройстве для транспортировки бревен, в основном, позволяет достигнуть хорошего эффекта обработки облучением и эффективного использования мощности электронного луча.
Следует отметить, что ускорители, используемые в настоящем изобретении, являются электрическим оборудованием, работа которого не подвержена влиянию температуры окружающей среды, и оно может использоваться в любое время до тех пор, пока источник питания удовлетворяет соответствующим требованиям. Кроме того, ускорители генерируют рентгеновские лучи только при фактической работе и при отключении оборудования не будут формировать никаких рентгеновских лучей, поэтому здесь не требуется обработки отходов, как в случае использования источника радиоизотопов.
Кроме того, когда высокоэнергетические рентгеновские лучи облучают некоторые вещества, между рентгеновскими лучами и элементами вещества могут проходить фотоядерные реакции, в результате чего формируются некоторые радиоизотопы. Кроме того, рентгеновские лучи могут также реагировать с веществом, приводя к активации нейтронов. Эти реакции вызывают индуцированную радиоактивность. Чем выше энергия рентгеновских лучей, тем больше индуцированная радиоактивность. С другой стороны, производительность системы может пострадать, если будет выбран ускоритель слишком низкой энергии. Поэтому должен быть выполнен точный расчет индуцированной радиоактивности рентгеновского излучения при различных уровнях энергии, принимая во внимание безопасность окружающих зданий и рабочих смен, и непосредственно самого устройства, с одной стороны, и эффективность обработки, с другой стороны. Следует выбирать ускорители, имеющие энергию в диапазоне 10-16 МЭВ. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения выбрана энергия ускорителей порядка 10 МЭВ, чтобы гарантировать, что сформированная индуцированная радиоактивность не будет причинять вред рабочей смене и окружающей среде.
На фигуре 4 представлена принципиальная схема защитной конструкции в устройстве по настоящему изобретению. Указанная защитная конструкция 4 включает защитные стены 6, защитную камеру 7 источников излучения, расположенных вокруг средней части канала облучения 1, и дверь в аппаратную 8, где источники излучения, т.е. ускорители 3 размещены в указанной защитной камере 7. Дверь в аппаратную 8 обеспечивает доступ для обслуживающего персонала в камеру 7 источников излучения. Дверь в аппаратную 8 имеет предохранительное блокировочное устройство для устранения случайного прохода посторонних лиц в защитную камеру 7 источников излучения. Защитные стены 6 расположены с обеих сторон и сверху канала облучения 1, причем толщина этих стен уменьшается с увеличением расстояния от источников излучения.
В улучшенном варианте воплощения настоящего изобретения защитные стены 6 в изогнутой части канала облучения 1 у входа и выхода указанного канала 1 дополнительно имеют соответствующие бетонные опоры 9 для снижения действия рассеянных рентгеновских лучей от защитных стен 6 за пределами канала облучения 1, как показано на фигуре 4.
В одном варианте воплощения настоящего изобретения канал облучения 1, защитные стены 6, защитная камера 7 источников излучения и дверь в аппаратную 8 составляют полузакрытый участок, который обозначается как область радиационной защиты.
Поскольку настоящее изобретение позволяет направить радиацию на большое количество бревен, необходим канал облучения с очень большим поперечным сечением для свободного входа устройства для транспортировки бревен. Однако традиционная конструкция лабиринта не подходит для такого канала облучения. Следовательно, в настоящем изобретении принята защитная конструкция защитных стен канала формы S, имеющих опоры, удовлетворяющие требованию защиты на входе и выходе канала так, чтобы уровень дозы утечки вне канала облучения при работе ускорителя соответствовал требованиям международных правил ("Международные требования безопасности по защите от ионизирующего облучения и по безопасности источников излучения", МАГАТЭ, No. 115, 1996 год), чтобы, таким образом, гарантировать безопасность для окружающей среды.
На фигуре 5 представлена схема устройства 2 для транспортировки бревен по настоящему изобретению. Указанное устройство 2 для транспортировки бревен включает группу колес 10, стойки 11 и блок 12. Стойки 11 расположены по двум сторонам устройства для транспортировки бревен по его длине, по четыре с каждой стороны для устранения возможности падения бревен. Блок 12 имеет выемку в середине по его длине, таким образом, устраняя или снижая возможность контакта загрузочного механизма с блоком 12, когда бревна полностью загружены.
В этом варианте воплощения изобретения устройство 2 для транспортировки бревен является дорожным и рельсовым транспортным средством двойного функционирования, которое может перемещаться тяговым механизмом 5 вне канала облучения 1 и может перемещаться по направляющему рельсу при помощи автономного узла привода после входа в канал облучения 1. Кроме того, в этом варианте воплощения устройство 2 для транспортировки бревен дополнительно включает двигатель переменной частоты вращения 13 и редуктор 14, чтобы гарантировать, что после входа в канал облучения 1 устройство 2 для транспортировки бревен может равномерно двигаться по направляющему рельсу с переменной скоростью с тем, чтобы доза облучения, полученная бревнами в устройстве для транспортировки бревен, была бы, по меньшей мере, минимальной поглощенной дозой по требованиям карантинной обработки облучением бревен.
Технологическая схема способа карантинного облучения бревен рентгеновскими лучами согласно настоящему изобретению показана на фигуре 6, причем указанный способ включает следующие стадии:
S1: загрузка бревен в устройство для транспортировки бревен с помощью загрузочного механизма;
S2: перемещение устройства для транспортировки бревен в канал облучения;
S3: перемещение устройства для транспортировки бревен в поле облучения, которое сформировано ускорителями, расположенными вокруг средней части канала облучения;
S4: перемещение устройства для транспортировки бревен через поле облучения при постоянной скорости, чтобы выполнить операцию карантинного облучения бревен в устройстве для транспортировки бревен, используя рентгеновские лучи, сформированные ускорителями;
S5: выход устройства для транспортировки бревен из поля облучения и
S6: перемещение устройства для транспортировки бревен из канала облучения к разгрузочному желобу.
На стадии S4 устройство для транспортировки бревен замедляет ход перед входом в поле облучения и затем двигается через поле облучения с постоянной скоростью, при этом ускорители создают лучи, чтобы сформировать поле облучения в устройстве для транспортировки бревен, которое входит в поле облучения. Сразу после выхода из поля облучения устройство для транспортировки бревен ускоряет ход, и ускорители одновременно прекращают работу.
В предлагаемом способе указанная скорость может быть отрегулирована в зависимости от минимальной поглощенной дозы, требуемой для бревен, обрабатываемых при карантинном облучении. Если необходимая минимальная поглощенная доза является большой, скорость, с которой устройство для транспортировки бревен проходит через поле облучения, является достаточно низкой; в противном случае скорость является высокой. Кроме того, хорошо известно, что минимальная поглощенная доза для бревен, обрабатываемых при карантинном облучении, зависит от вида вредителей, которые обитают в бревнах.
Хотя способ и устройство для выполнения операции карантинного облучения бревен, используя рентгеновские лучи согласно настоящему изобретению, описаны на конкретных примерах воплощения изобретения, квалифицированные специалисты в данной области могут использовать указанные способ и устройство в других областях для облучения и карантина изделий. Поэтому все изменения, улучшения, расширения и модификации, сделанные квалифицированными специалистами на основе описанного здесь изобретения, не выходят из духа и объема настоящего изобретения, определенных прилагаемой формулой изобретения.