УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДНЫХ СРЕД ГАММА-ОБЛУЧЕНИЕМ

Полезная модель относится к области ядерной техники, а именно к стационарным устройствам с неподвижным облучателем и предназначена для проведения радиационных процессов в водных средах, в частности полимеризации. Также, с использованием предлагаемой полезной модели, могут быть реализованы процессы стерилизации, пастеризации и модификации свойств материалов.
Известно, что радиолиз воды, сопровождается образованием веществ, в том числе радикалов, которые способны выступать активными инициаторами химических реакций. Во многих случаях влияние данных веществ на полимеризацию в водных средах существенно превалирует над прямым радиационным разрушением химических связей в облучаемых мономерах при их облучении в водной среде, что позволяет отказаться от использования катализаторов и специальных химических инициаторов. Таким образом, получение полимеров под действием гамма-излучения в водных растворах позволяет исключить или существенно снизить количества отходов производства, а также получать продукт высокой чистоты, что важно, например, при производстве продуктов медицинского назначения.
В настоящее время в мире существует большое многообразие облучательных установок, применяемых для радиационной обработки различных изделий и объектов. Ниже рассмотрены те, которые могут быть применены для облучения водных сред.
Известна промышленная гамма-установка [Атомная энергия, том 65, вып. 2, август 1988, стр. 157-160] для обработки пищевых продуктов, содержащая плоскостной облучатель, сформированный из трубчатых элементов, закрепленных на защитном блоке и заполненных источниками излучения, устройство перемещения облучателя с защитным блоком и источником с электромеханическим устройством аварийного сброса облучателя, «сухое» хранилище облучателя с комплектом блоков защиты и теплообменником, систему перемещения объекта на облучение и после облучения, включающую подвесной контейнер с устройством перегрузки и разворота облучаемого объекта, систему управления установкой и вспомогательное оборудование. Оборудование смонтировано в помещении с бетонной защитой. При этом продукция облучается в автоматическом режиме ионизирующим потоком однажды установленной величины, а доза облучения регламентируется временем облучения.
Известно устройство [Патент RU №2414761 «Гамма-установка для радиационной обработки объектов»] для радиационной обработки объектов, содержащее облучатель, сформированный из трубчатых элементов-кассет с источниками излучения, закрепленных на траверсе (раме), привод перемещения облучателя, систему управления и радиационную защиту с хранилищем облучателя, облучатель прямоугольной формы выполнен секционно, параллельно облучателю расположена матрица детекторов, и снабжен электромеханическими фиксаторами положения секций облучателя, при этом фиксаторы связаны электрически с приводом облучателя через блок управления с возможностью выведения в положение облучения или хранения любой отдельной секции или всего облучателя с фиксацией в заданном положении для формирования заданного радиационного поля облучаемого объекта.
Известно устройство [Патент SU 493167 «Гамма установка»], предназначенное для облучения объектов различной конфигурации. Устройство включает в себя набор трубок-кассет с радиационными источниками, закрепленными роликовыми цепями либо тросами, а в облучательной камере установлены передвигающиеся опоры, например, звездочки, полозья и др., несущие на себе держатели с кассетами. Конструкция позволяет легко менять конфигурацию облучательной камеры и облучателя.
Общим недостатком вышеописанных изобретений является наличие различного рода механизмов, необходимых для перемещения в пространстве облучателя и/или транспортировку объектов к месту облучения в камеру и обратно. Данные механизмы могут со временем изнашиваться и выходить из строя, ремонт в этом случае, осложнен высокими уровнями активности радиационных источников, которая может составлять до сотен тысяч кюри. В соответствии с нормами радиационной безопасности загрузка подлежащих радиационному воздействию объектов в облучательную камеру и последующая выгрузка осуществляются по лабиринтной системе, что придает устройствам повышенную громоздкость, особенно при использовании в качестве биологической защиты бетонных конструкций. Облучение жидких сред с использованием вышеописанных конструкций устройств возможно в специальных контейнерах.
Необходимость загрузки и выгрузки контейнеров не позволяет реализовать процесс в непрерывном режиме.
Известно изобретение [Patent US 3602712 A Fluid irradiating apparatus using gamma rays and helical passageways], предназначенное для облучения жидких отходов, например, сточных вод. Описываемое устройство включает в себя множество неподвижных источников ионизирующего излучения (ИИИ), расположенных по двум концентрическим круговым рядам, и облучательную камеру, вокруг источников излучения, выполненную в виде трубных спиралей, изгибов и поворотов. Технологическая камера позволяет осуществлять непрерывную подачу и отвод облучаемой среды. Облучательная камера облачена в бетон, выполняющий роль биологической защиты. Данное изобретение является наиболее близким по своему конструктивному исполнению к заявленной полезной модели и выбрано в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является неэффективное использование радиационных источников, поскольку излучение, проходящее через межтрубное пространство облучательной камеры не задействуется в технологических целях. Кроме того, система имеет один технологический контур с ограниченным сечением трубы, т.е. вся облучаемая среда проходит один сложный маршрут по единой трубе. Это, в свою очередь, приводит к повышенному гидродинамическому сопротивлению при пропускании вязких сред или при высокой скорости прокачки, что ограничивает производительность устройства. Очевидно, что прототип не позволяет реализовать равномерное облучение прокачиваемой через него среды, поскольку в конструкции имеются технологические каналы с одинаковым поперечным сечением, удаленные от источников ионизирующего излучения на разное расстояние.
Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании устройства для обработки жидких сред гамма-облучением простой конструкции, обеспечивающее эффективное и равномерное облучение жидких сред, а также позволяющее варьировать производительность процесса в широком диапазоне.
Технический результат достигается использованием устройства для обработки водных сред гамма-облучением, включающем технологический объем для прокачивания жидких сред в радиационных полях, а также содержащим один источник ионизирующего излучения линейного типа, размещенный в полом канале, который, в свою очередь, расположен по центральной вертикальной оси внутри технологического объема, представляющего собой, по меньшей мере, две независимые облучательные камеры, вместе образующие цилиндр и разделенные между собой радиальными перегородками, при этом каждая облучательная камера, в свою очередь, внутри разделена, по меньшей мере, на три смежных секции, разделенные перегородками и сообщающиеся посредством перетоков с продольным сечением в виде полуокружности.
Устройство для обработки водных сред гамма-облучением имеет, как минимум два независимых канала ввода и два канала вывода облучаемых жидких сред.
Предлагаемое устройство для обработки водных сред гамма-облучением содержит две или более независимых облучательных камеры, сосредоточенных в едином корпусе и расположенных вокруг линейного ИИИ так, что достигается равномерное облучение прокачиваемой через данные камеры среды. Внутренний объем облучательных камер разделен перегородками на сообщающиеся секции с разным проходным сечением, при этом прокачиваемая среда, находясь в камере, меняет свое направление движение несколько раз, двигаясь вдоль ИИИ, что позволяет подвергать ее многократному и эффективному воздействию ионизирующих излучений.
Устройство схематически показано на Фиг. 1 (вертикальный разрез), Фиг. 2 (горизонтальный разрез), где:
1 - облучательная камера;
2 - радиальная перегородка, разделяющая облучательные камеры:
3 - секция облучательной камеры;
4 - перегородка, разделяющая секции облучательной камеры;
5 - переток между секциями облучательной камеры;
6 - вводы облучаемой среды;
7 - отводы облучаемой среды;
8 - канал с линейным ИИИ.
Устройство действует следующим образом. Технологический объем, через который прокачивается облучаемая среда, представляет собой две или более независимые облучательные камеры 1, разделенные между собой радиальными перегородками 2 и образующие совместно цилиндрическую форму. Каждая облучательная камера, в свою очередь, внутри разделена, по меньшей мере, на три смежные секции 3, разделенные перегородками 4. Движение облучаемой среды в каждой камере осуществляется последовательно от внешней секции к внутренней по перетокам 5, имеющим полукруглое сечение. Подача облучаемой среды осуществляется через вводы 6 в днище внешних секций облучательных камер, а забор облученной среды производится через отводы 7 в крышке внутренних секций. Система подачи исходной среды через днище внешних секций, а также геометрия самих секций выполнена таким образом, что исключено образование значимых обратных потоков и застойных зон. Для создания радиационного поля используется линейный ИИИ в виде одного или нескольких закрытых радиационных источников (ЗРИ) на основе кобальта-60 или цезия-137. Линейный ИИИ размещается в полом канале 8, расположенном по вертикальной центральной оси внутри технологического объема. Применение линейного ИИИ позволяет получать равномерный профиль дозовых нагрузок облучения среды по высоте облучательной камеры. Горизонтальный же профиль дозовых нагрузок будет изменяться в меньшую сторону в направлении от поверхности ИИИ к внешней границе облучательных камер за счет пространственного рассеивания излучения и поглощения излучения конструкционными материалами устройства и облучаемой средой. В этом случае равномерность дозовых нагрузок на облучаемую среду при различном удалении от поверхности канала с ИИИ в объеме облучательной камеры обеспечивается разным временем воздействия ионизирующего излучения. Достигается это тем, что при движении облучаемой жидкости от секции к секции в направлении от внешней границы облучательной камеры к каналу с ИИИ, когда мощность дозы возрастает, линейная скорость течения облучаемой среды будет соизмеримо увеличиваться за счет уменьшения площадей проходных сечений секций облучательных камер в сторону канала с ИИИ. Таким образом, при движении среды в облучательной камере от внешней секции к внутренней, происходит ее многократное облучение при постоянных дозовых нагрузках.
Наличие отдельных, независимых облучательных камер в составе предлагаемой полезной модели позволяет варьировать ее производительность не только изменением скорости потока, но и задействованием определенного количества облучательных камер, а также использовать отдельные облучательные камеры единовременно под решение различных задач. Количество облучательных камер и секций в них, а также их габариты выбираются исходя из требуемой производительности устройства, физических свойств облучаемой среды и решаемых задач.