Радиационная головка

Полезная модель относится к области радиационной техники, а более конкретно к устройствам для управления потоками частиц или электромагнитного излучения с использованием коллиматора, и может использоваться в радиометрических системах для бесконтактного измерения уровня, плотности, концентрации, объемного расхода, влажности.
Известна радиационная головка, представленная в п. РФ №2293387 по кл. G21K /02, з. 31.05.2005 г., опубл. 10.02.2007 г.
Известная головка характеризуется следующей формулой:
1. Радиационная головка, содержащая держатель источника излучения, установленный в неподвижном корпусе из поглощающего материала, с цилиндрической поверхностью скольжения и лабиринтной коллимационной поверхностью которого сопряжен поворотный затвор биологической защиты, составляющие в сомкнутом положении шар, при этом ось поворота затвора размещена в центре цилиндрической поверхности корпуса, отличающаяся тем, что к затвору дополнительно радиально относительно общей оси поворота пристыкован набор фильтров, автономно смонтированных в ступенчатых шлицевых направляющих корпуса, причем торцы фильтров выполнены конгруэнтными поверхности коллимационного канала корпуса, а держатель в противном источнику торце оснащен глухим карманом со сквозным щелевым пазом под шиберную заслонку телескопического фиксатора.
2. Радиационная головка по п. 1, отличающаяся тем, что шиберная заслонка фиксатора закреплена на штоке, подпружиненный фланец которого свободно размещен внутри опорной ручки.
3. Радиационная головка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый фильтр автономно закреплен на двуплечем рычаге позиционирования.
Недостатком известной головки является сложность конструкции.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является радиационная головка разработки фирмы Berthold technologies представленная в ссылке https://www.berthold.com/en/process-control/products/sources-and-shields/shields/, выкопировка из которой приведена в Приложении к заявке (см. стр. 19, фиг. 4 и 5) и выбранная в качестве прототипа.
Известная радиационная головка содержит смонтированный на горизонтальном основании массивный полый корпус из поглощающего радиационное излучение материала, заполненный внутри защитным материалом и выполненный в форме цилиндра со сферической верхней частью, внутри которого на его центральной вертикальной оси установлен держатель с закрепленным в его нижней части источником радиационного излучения. Под держателем установлен с возможностью поворота вокруг своей продольной оси закрепленный на этой оси со смещением по горизонтали в одну сторону от вертикальной оси корпуса цилиндрический барабан, также заполненный защитным материалом и обращенный своей торцевой частью перпендикулярно к держателю; в барабане со смещением по противоположную сторону от его центральной продольной оси под держателем выполнен соосно с ним коллимационный канал.
Недостатком известной радиационной головки является сложность конструкции, обусловленная смещением продольных осей барабана и коллимационного канала и оси держателя друг относительно друга, что приводит, в частности, к усложнению крепления в верхней части корпуса оси держателя и оси барабана. Из-за этого усложнена и эксплуатация головки в плане поворота барабана. При этом в представленном образце для получения пучка излучения с углом 20 или 45 градусов необходим больший по габаритам барабан, что вызовет необходимость увеличения габаритов всего изделия. Поэтому в радиационной головке применяются другие устройства для случаев, когда необходим больший угол излучения. Сложной в выполнении является и форма самого корпуса, в верхней части прикреплена еще горизонтальная накладка, к которой прикреплены держатель источника излучения и продольная ось цилиндрического барабана.
В известной головке корпус изделия негерметичен, поскольку железный корпус заполнен защитным материалом - свинцом и установлен на отдельно выполненном основании из нержавеющей стали, поэтому в случае пожара возможно вытекание расплавленного материала поглощающего излучения (свинца)за пределы блока, что является значительной проблемой, т.к. источник излучения теряет защитную оболочку, т.е. радиационная головка становится ненадежной при пожаре.
Кроме того, в известной конструкции манипуляции с источником излучения, его извлечение и установка требуют манипуляций с барабаном, что усложняет обслуживание радиационной головки.
Задачей является повышение надежности конструкции радиационной головки при ее упрощении и повышении удобства ее изготовления и эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в радиационной головке, содержащей неподвижный корпус, установленный на горизонтальном основании, заполненный внутри защитным материалом и выполненный в форме цилиндра со сферической верхней частью, внутри которого по его центральной вертикальной оси установлен держатель с закрепленным в его нижней части источником радиационного излучения, под держателем установлен с возможностью поворота вокруг его продольной оси с помощью элемента для обеспечения поворота также заполненный защитным материалом цилиндрический барабан с выполненным в нем каналом коллимации, согласно полезной модели, корпус головки выполнен герметичным из стали как одно целое с основанием, цилиндрический барабан также выполнен из стали, расположен под держателем и закреплен в корпусе таким образом, что его продольная ось перпендикулярна продольной оси держателя источника излучения, а коллимационный канал в барабане выполненного диаметральной плоскости, в которой также лежит ось держателя излучения таким образом, что при повороте барабана вокруг его продольной оси коллимационный канал совпадает с осью держателя источника излучения, при этом корпус головки и цилиндрический барабан имеют полости для компенсации расширения защитного материала, а элемент для обеспечения поворота барабана вокруг его оси связан с этой осью и расположен снаружи корпуса головки.
При этом элементом для обеспечения поворота барабана может служить ручка, надетая на эту ось снаружи корпуса, или связанный с осью пневмопривод либо электропривод.
Расположение цилиндрического барабана под держателем таким образом, что его продольная ось перпендикулярна продольной оси держателя источника излучения, в совокупности с тем, что коллимационный канал в барабане выполнен в его диаметральной плоскости, в которой также лежит ось держателя излучения, с которой при повороте барабана вокруг его продольной оси совпадает коллимационный канал, значительно упрощает как конструкцию радиационной головки, так и ее эксплуатацию, т.е. обслуживание в процессе работы с источником излучения, его извлечение и установку, не требуя особых манипуляций с барабаном и делая ее работу более надежной. Расположение элемента, обеспечивающего вращение барабана вокруг его оси, снаружи корпуса головки также упрощает эксплуатацию устройства. Это же позволяет не увеличивать существенно габаритов радиационной головки, при необходимости получения луча с углом в 20 и 45 градусов. Так как в закрытом положении отверстие коллимации перпендикулярно исходящему излучению, то его форма (трубка или уплощенный раструб на заданный угол 20 или 45) не влияет на поглощения излучения.
Изготовление из стали и выполнение герметичным корпуса головки повышает надежность работы радиационной головки, исключая при пожаре возможность проливания поглощающего излучения материала (свинца) за пределы блока и не создает проблем с возможной потерей защитной (свинцовой) оболочки источника излучения.
Наличие полостей в герметичном корпусе и цилиндрическом барабане служит для компенсации расширения защитного материала (свинца), так как его коэффициент температурного расширения больше, чем у стали, что также обеспечивает надежность эксплуатации головки.
Технический результат - повышение надежности работы при упрощении конструкции радиационной головки и обеспечении удобства эксплуатации.
Заявляемая радиационная головка обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение корпуса головки герметичным из стали как одного целого с основанием, выполнение цилиндрического барабана также герметичным из стали, расположение барабана под держателем и закрепление его в корпусе таким образом, что его продольная ось перпендикулярна продольной оси держателя источника излучения, выполнение коллимационного канала в барабане в его диаметральной плоскости, в которой также лежит ось держателя излучения таким образом, что при повороте барабана вокруг его продольной оси коллимационный канал совпадает с осью держателя источника излучения, наличие в корпусе головки и цилиндрическом барабане полостей для компенсации температурного расширения защитного материала, выполнение элемента для обеспечения поворота барабана вокруг его оси связанным с этой осью, и расположение его снаружи корпуса головки, обеспечивающими в совокупности достижение заданного технического результата.
Заявляемая радиационная головка может использоваться в радиометрических системах для бесконтактного измерения уровня, плотности, концентрации, объемного расхода, влажности и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на:
- фиг. 1. - общий вид радиационной головки в изометрии;
- фиг. 2 - общий вид радиационной головки в положении хранения;
- фиг. 3 - общий вид головки сбоку с частичным разрезом в зоне размещения барабана вдоль его продольной оси в нерабочем положении (при закрытом коллимационном канале);
- фиг. 4. -вид головки в вертикальном разрезе в положении хранения при нерабочем положении барабана (при закрытом коллимационном канале);
- фиг. 5 - общий вид радиационной головки в рабочем положении;
- фиг. 6 - общий вид головки сбоку с частичным разрезом в зоне размещения барабана вдоль его продольной оси в нерабочем положении (при закрытом коллимационном канале);
- фиг. 7 - вид головки в вертикальном разрезе в рабочем положении при рабочем положении барабана (при открытом коллимационном канале).
Заявляемая радиационная головка выполнена следующим образом (фиг. 1-7).
Радиационная головка содержит неподвижный корпус 1, заполненный внутри защитным материалом 2. Корпус 1 выполнен из стали герметичным в форме цилиндра со сферической верхней частью как одно целое с горизонтальным основанием. Внутри корпуса 1 по его центральной вертикальной оси установлен держатель 3 с закрепленным в его нижней части источником 4 радиационного излучения. Под держателем 3 установлен с возможностью поворота вокруг его продольной оси также заполненный защитным материалом 5 герметичный цилиндрический барабан 6 из стали с выполненным в нем каналом 7 коллимации. При этом цилиндрический барабан 6 под держателем 3 расположен и закреплен в корпусе 1 таким образом, что его продольная ось перпендикулярна продольной оси держателя 3 источника 4 излучения. Коллимационный канал 7 в барабане 6 выполнен в его диаметральной плоскости, в которой также лежит ось держателя 3 источника 4 излучения, совпадающие между собой при повороте барабана 6 вокруг его продольной оси. Поворот цилиндрического барабана 6 осуществляется оператором вручную с помощью надетой на эту продольную ось 8 снаружи корпуса 1 ручки 9 или автоматически с помощью связанного с осью 8 пневмопривода или электропривода (на чертежах не показаны). При этом корпус 1 головки и цилиндрический барабан 6 снабжены полостями 10 для компенсации расширения защитного материала (свинца), так как его коэффициент температурного расширения больше, чем у стали.
Радиационная головка используется следующим образом. Под рабочим положением источника 4 излучения следует понимать такое взаимное расположение активной поверхности источника 4 и коллимационного канала 7 барабана 6, при котором излучение источника 4 формируется в направленный рабочий пучок ионизирующего излучения.
Под положением хранения следует понимать такое положение барабана 6, при котором уровень ослабленного излучения не превышает безопасных порогов в любом месте на наружной поверхности радиационной головки.
В положении хранения ось коллимационного канала 7 барабана 6 перпендикулярна оси канала 7 источника 4 и излучение источника 4 поглощается защитным материалом 5 цилиндрического барабана 6.
В рабочем положении ось коллимационного канала 7 соосна оси канала источника 5, при этом параметры пучка излучения определяются размерами и формой коллимационного канала 7 в барабане 6. Переключение источника 4 из положения хранения в рабочее положение и обратно осуществляется оператором ручкой 9, путем поворота ее на угол=90° или автоматически с помощью связанного с осью 8 пневмопривода или электропривода (на чертежах не показаны).
В сравнении с прототипом заявляемая радиационная головка является более надежной в работе при ее весьма простой конструкции и небольших габаритах и более удобной в эксплуатации.