用于中子活化的样品自动进样装置的制作方法

本发明属于中子活化样品传输技术及放射性同位素制备技术领域，具体涉及一种用于中子活化的样品自动进样装置。

背景技术：

中子活化分析是在生命科学、环境学、地质学、材料学、考古学等科研领域广泛应用的一种比较高效和灵敏微量元素分析测定的方法，采用反应堆的热中子活化并用γ谱仪等核分析仪器对样品中指定核素进行定性与定量分析。对于含有长寿命核素的活化样品，同大多数用于放射性同位素生产的靶件一样，可以采用人工方法将辐照后的样品盒从反应堆辐照管道中取出，放入铅罐转移至指定地点进行样品处理或测量，但这种辐照方式一般需要在停堆状态下装、取样品，而且往往不能对辐照时间和辐照剂量进行准确控制。而对于半衰期只有分钟量级甚至秒量级的样品，特别是需要准确限定辐照时间和/或中子注量的待测样品，则需要在进样间与辐照器、测量间之间建立在线的样品快速传输装置，以提高样品的转运效率，保证准确控制样品的辐照条件和样品中的目标核素能够得到有效测量。目前，在线的辐照样品快速传输装置均为气动传输装置，俗称“跑兔装置”，采用正压或负压方式驱使样品盒在各工作区之间传输，样品盒的传输速度由管道两端的气压强度差调节，一般不低于10m/s。样品自动进样装置是跑兔装置的核心组成之一。

我国从20世纪70年代开始，中国工程物理研究院和中国原子能科学研究院等，在其反应堆上建设了简易的跑兔装置，所采用的进样器一般为气缸式结构，采用人工的方法将样品盒放入进样器逐一送入反应堆辐照，即人工将样品盒放入双工位进样器的进样口，然后手动将样品盒推在进样器的出样口，打开阀门通入压缩空气将样品盒送入反应堆辐照管内，完成辐照的样品盒再转入测量间或制样间进行处理，而每一次操作都需要工作人员在制样间等现场实施。尽管目前国内在用的跑兔装置整体结构和功能已经有了较大改进，但进样的方式仍主要采用手动方式，总体上存在自动化程度较低、劳动强度大和工作人员现场操作受到进样器运行时的振动和噪音危害高，而且现有技术难以满足高度自动化的样品传输装置对于大批量的多种类样品、多种辐照条件和特别是秒量级短寿命核素在线的自动、快速、准确的辐照与测量的自动化进样要求。而能够在程序控制下实现多个样品依次或选择性自动进入反应堆辐照的更高效、更安全的中子活化的样品自动进样装置尚未见公开报道。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的进样装置存在的自动化程度较低、工作人员现场操作受到进样器运行时的振动和噪音危害高和劳动强度大、难以满足高度自动化的样品传输装置对于大批量的多种类样品、多种辐照条件和特别是秒量级短寿命核素在线的自动、快速、准确的辐照与测量的自动化进样要求的不足，本发明提供一种用于中子活化的样品自动进样装置。

实现本发明的技术方案如下：

本发明的用于中子活化的样品自动进样装置，其特点是，所述的用于中子活化的样品自动进样装置包括控制器、换向器、进样器ⅰ、进样器ⅱ、进样器ⅲ、气罐、空压机、台架，其连接关系是，所述的进样器ⅰ与进样器ⅲ、换向器与进样器ⅱ、气罐分别固定设置于台架的上层、中层、底层；所述的进样器ⅰ、进样器ⅱ、进样器ⅲ通过输样管分别与换向器连接，换向器、进样器ⅰ、进样器ⅱ、进样器ⅲ通过管道分别与气罐连接，气罐通过管道与空压机连接；所述的换向器、进样器ⅰ、进样器ⅱ、进样器ⅲ、空压机分别与控制器电连接。

所述的换向器包括电机、圆筒缸、载样器、丝杠；其中，圆筒缸水平安装在一支架上，载样器的外形为圆柱体；所述的电机与圆筒缸x轴向的一侧固定连接，载样器、丝杠置于圆筒缸内，丝杠的一端通过轴承与圆筒缸的壁滑动连接，丝杠的另一端穿出圆筒缸与电机的轴固定连接，丝杠贯穿载样器的中央并与载样器滑动连接，载样器的圆心线、丝杠的轴心线均与圆筒缸的x轴心线重合设置。

所述的圆筒缸内的两侧壁上对应固定设置有传感器ⅰ、传感器ⅱ，在丝杠两侧圆筒缸的弧形内壁上对应固定设置有两条波形的滑槽，用于载样器的移动；在载样器沿滑槽的行进路线上设置有与圆筒缸连通的数个法兰、三岔管，法兰与三岔管一一对称设置在圆筒缸的两边，其中，法兰ⅰ与三岔管ⅰ、法兰ⅱ与三岔管ⅱ、法兰ⅲ与三岔管ⅲ、法兰ⅳ与三岔管ⅳ分别对应设置，法兰ⅰ、法兰ⅱ分别设置在圆筒缸的顶部，法兰ⅲ、法兰ⅳ分别设置在圆筒缸的两侧,相邻的两个法兰的纵轴心线之间有一夹角；三岔管的两支管均设置有一个电磁阀，其中的一支管通过管道与气罐连接；在每个法兰与圆筒缸连接的管道上均固定设置有一个光电传感器，其中，法兰ⅰ与光电传感器ⅰ、法兰ⅱ与光电传感器ⅱ、法兰ⅲ与光电传感器ⅲ、法兰ⅳ与光电传感器ⅳ分别成对设置；所述的法兰ⅰ与进样器ⅰ、法兰ⅱ与进样器ⅱ、法兰ⅲ与进样器ⅲ通过输样管分别连接，法兰ⅳ通过输样管外接辐照器。

所述的载样器内设置有载样仓，在载样器的顶部、底部分别设置有圆环形凹槽，在凹槽内分别设置有密封圈ⅰ、密封圈ⅱ，密封圈ⅰ、密封圈ⅱ分别与圆筒缸内表面气密性滑动连接；在载样器中部的外圆周上对称固定设置有两个凸台，凸台与滑槽滑动连接；在载样器的圆心线上设置有螺纹通孔，丝杠穿过螺纹通孔，螺纹通孔与丝杠配合设置；在载样仓的底部设置有缓冲垫，样品盒放置在载样仓内。

所述的进样器ⅰ包括气缸、活塞、储样管、进样管；所述的气缸、活塞、进样管依次水平设置，气缸、进样管固定设置在同一水平台面上；储样管与进样管上下垂直连通，气缸的推杆与活塞的一端固定连接，活塞的另一端设置在进样管内并与进样管滑动连接，在活塞内贯穿设置有l形的气管，在气管上设置有一个电磁阀，气管通过管道与气罐连接；在储样管的顶端设置有螺纹连接的盖子，样品盒放置在储样管内；在与活塞连接的进样管的端口固定设置有传感器ⅲ，进样管的另一端通过输样管与法兰ⅰ连接；所述的气缸通过设置有电磁阀的管道与气罐连接。

所述的电机、传感器ⅰ、传感器ⅱ、传感器ⅲ、光电传感器ⅰ、光电传感器ⅱ、光电传感器ⅲ、光电传感器ⅳ、电磁阀均分别与控制器电连接。

所述的进样器ⅱ、进样器ⅲ与进样器ⅰ的结构相同。

所述的圆筒缸上设置有四至八个法兰，相邻的两个法兰的纵轴心线之间的夹角范围角范围为45°~90°。

所述的电机的轴、圆筒缸、载样器、丝杠、螺纹通孔的x轴心线为重合设置。

所述的法兰与对应设置的三岔管的纵轴心线为重合设置。

所述的凸台与滑槽配合设置；所述的载样器的外径与圆筒缸的内径配合设置；所述的载样仓、法兰、储样管、进样管、输样管的内径均与样品盒的外径配合设置。

所述的对称设置的两个凸台的中心连线与载样器的圆心线垂直交叉设置。

所述的圆筒缸、载样器、滑槽、凸台的材料采用不锈钢。

本发明的用于中子活化的样品自动进样装置的简要工作原理是：本发明中人工将待照样品盒编号并依次放入进样器ⅰ的储样管内，盖紧盖子，打开控制器并设置相关运行参数后，气缸推动活塞将样品盒推入进样管的出口端，同时打开气管上的电磁阀和三岔管ⅰ直通大气支管上的电磁阀，压缩空气将样品盒经输样管和法兰ⅰ送入载样器内；电机通过丝杠驱动载样器在滑槽的导向下停在法兰ⅳ处，同时打开三岔管ⅳ连接气罐支管上的电磁阀和外接的辐照器上的电磁阀，压缩空气将样品盒经法兰ⅳ和输样管送入辐照器进行辐照。同理，通过有序开关相关电磁阀和电机驱动载样器精准定点停靠，可以实现进样器ⅱ及进样器ⅲ内的样品盒有序进入辐照器进行辐照。

本发明的用于中子活化的样品自动进样装置采用可以存放大量样品盒的三个进样器和一个换向器的组合，较大提高了大批量样品入堆辐照的自动化程度，减轻了工作人员劳动强度大和现场操作的危害，更有利于大批量的多种类样品、多种辐照条件和特别是秒量级短寿命核素在线辐照与测量的自动、快速、连续、准确进样的要求。本发明的用于中子活化的样品自动进样装置的结构紧凑，安全环保，适用于大批量样品连续有序进样，更有利于提高中子活化样品在线辐照和分析测试的效率，装置运行的稳定性和安全性好。

附图说明

图1为本发明的用于中子活化的样品自动进样装置的总体结构框图；

图2为本发明中的换向器的总体结构示意图；

图3为本发明中的换向器的俯视结构示意图；

图4为图2中的a-a剖视图；

图5为本发明中的进样器的结构示意图；

图中，1.控制器2.换向器3.进样器ⅰ4.进样器ⅱ5.进样器ⅲ6.气罐7.空压机8.电机9.圆筒缸10.载样器11.丝杠12.滑槽13.传感器ⅰ14.传感器ⅱ15.凸台16.密封圈ⅰ17.密封圈ⅱ18.缓冲垫19.法兰ⅰ20.三岔管ⅰ21.法兰ⅱ22.三岔管ⅱ23.法兰ⅲ24.三岔管ⅲ25.法兰ⅳ26.三岔管ⅳ27.光电传感器ⅰ28.光电传感器ⅱ29.光电传感器ⅲ30.光电传感器ⅳ31.气缸32.活塞33.储样管34.进样管35.气管36.盖子37.传感器ⅲ。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

图1为本发明的用于中子活化的样品自动进样装置的总体结构框图，图2为本发明中的换向器的总体结构示意图，图3为本发明中的换向器的俯视结构示意图，图4为图2中的a-a剖视图，图5为本发明中的进样器的结构示意图。在图1~图5中，本发明的用于中子活化的样品自动进样装置，包括控制器1、换向器2、进样器ⅰ3、进样器ⅱ4、进样器ⅲ5、气罐6、空压机7、台架，其连接关系是，所述的进样器ⅰ3与进样器ⅲ5、换向器2与进样器ⅱ4、气罐6分别固定设置于台架的上层、中层、底层；所述的进样器ⅰ3、进样器ⅱ4、进样器ⅲ5通过输样管分别与换向器2连接，换向器2、进样器ⅰ3、进样器ⅱ4、进样器ⅲ5通过管道分别与气罐6连接，气罐6通过管道与空压机7连接；所述的换向器2、进样器ⅰ3、进样器ⅱ4、进样器ⅲ5、空压机7分别与控制器1电连接。如图1所示。

所述的换向器2包括电机8、圆筒缸9、载样器10、丝杠11；其中，圆筒缸9水平安装在一支架上，载样器10的外形为圆柱体；所述的电机8与圆筒缸9x轴向的一侧固定连接，载样器10、丝杠11置于圆筒缸9内，丝杠11的一端通过轴承与圆筒缸9的壁滑动连接，丝杠11的另一端穿出圆筒缸9与电机8的轴固定连接，丝杠11贯穿载样器10的中央并与载样器10滑动连接，载样器10的圆心线、丝杠11的轴心线均与圆筒缸9的x轴心线重合设置；

所述的圆筒缸9内的两侧壁上对应固定设置有传感器ⅰ13、传感器ⅱ14，在丝杠11两侧圆筒缸9的弧形内壁上对应固定设置有两条波形的滑槽12，用于载样器10的移动；在载样器10沿滑槽12的行进路线上设置有与圆筒缸9连通的数个法兰、三岔管，法兰与三岔管一一对称设置在圆筒缸9的两边，其中，法兰ⅰ19与三岔管ⅰ20、法兰ⅱ21与三岔管ⅱ22、法兰ⅲ23与三岔管ⅲ24、法兰ⅳ25与三岔管ⅳ26分别对应设置，法兰ⅰ19、法兰ⅱ21分别设置在圆筒缸9的顶部，法兰ⅲ23、法兰ⅳ25分别设置在圆筒缸9的两侧,相邻的两个法兰的纵轴心线之间有一夹角；三岔管的两支管均设置有一个电磁阀，其中的一支管通过管道与气罐6连接；在每个法兰与圆筒缸9连接的管道上均固定设置有一个光电传感器，其中，法兰ⅰ19与光电传感器ⅰ27、法兰ⅱ21与光电传感器ⅱ28、法兰ⅲ23与光电传感器ⅲ29、法兰ⅳ25与光电传感器ⅳ30分别成对设置；所述的法兰ⅰ19与进样器ⅰ3、法兰ⅱ21与进样器ⅱ4、法兰ⅲ23与进样器ⅲ5通过输样管分别连接，法兰ⅳ25通过输样管外接辐照器；

所述的载样器10内设置有载样仓，在载样器10的顶部、底部分别设置有圆环形凹槽，在凹槽内分别设置有密封圈ⅰ16、密封圈ⅱ17，密封圈ⅰ16、密封圈ⅱ17分别与圆筒缸(9)内表面气密性滑动连接；在载样器10中部的外圆周上对称固定设置有两个凸台15，凸台15与滑槽12滑动连接；在载样器10的圆心线上设置有螺纹通孔，丝杠11穿过螺纹通孔，螺纹通孔与丝杠11配合设置；在载样仓的底部设置有缓冲垫18，样品盒放置在载样仓内。如图2～图4所示。

所述的进样器ⅰ3包括气缸31、活塞32、储样管33、进样管34；所述的气缸31、活塞32、进样管34依次水平设置，气缸31、进样管34固定设置在同一水平台面上；储样管33与进样管34上下垂直连通，气缸31的推杆与活塞32的一端固定连接，活塞32的另一端设置在进样管34内并与进样管34滑动连接，在活塞32内贯穿设置有l形的气管35，在气管35上设置有一个电磁阀，气管35通过管道与气罐6连接；在储样管33的顶端设置有螺纹连接的盖子36，样品盒放置在储样管33内；在与活塞32连接的进样管34的端口固定设置有传感器ⅲ37，进样管34的另一端通过输样管与法兰ⅰ19连接；所述的气缸31通过设置有电磁阀的管道与气罐6连接。如图5所示。

所述的电机8、传感器ⅰ13、传感器ⅱ14、传感器ⅲ37、光电传感器ⅰ27、光电传感器ⅱ28、光电传感器ⅲ29、光电传感器ⅳ30、电磁阀均分别与控制器1电连接；所述的进样器ⅱ4、进样器ⅲ5的结构均与进样器ⅰ3的结构相同；所述的圆筒缸9上设置有四至八个法兰，相邻的两个法兰的纵轴心线之间的夹角范围角范围为45°~90°；所述的电机8的轴、圆筒缸9、载样器10、丝杠11、螺纹通孔的x轴心线为重合设置；所述的法兰与对应设置的三岔管的纵轴心线为重合设置；所述的凸台15与滑槽12配合设置；所述的载样器10的外径与圆筒缸9的内径配合设置；所述的载样仓、法兰、储样管33、进样管34、输样管的内径均与样品盒的外径配合设置；所述的对称设置的两个凸台15的中心连线与载样器10的圆心线垂直交叉设置；所述的圆筒缸9、载样器10、滑槽12、凸台15的材料采用不锈钢。如图1~图5所示。

本发明的工作流程如下：人工将待照样品盒编号并依次放入进样器ⅰ3的储样管33内，盖紧盖子36，打开控制器1并设置相关参数后运行，打开气缸31连接气罐6管道上的电磁阀，气缸31的推杆推动活塞32将样品盒推入进样管34的出口端，再同时打开气管35上的电磁阀和三岔管ⅰ20直通大气支管上的电磁阀，压缩空气将样品盒经输样管和法兰ⅰ19送入载样器10内，关闭上述电磁阀，气缸31拉动活塞32回位准备推送下一个样品盒；控制器1再指令电机8运行，通过丝杠11驱动载样器10在滑槽12的导向下行进停在法兰ⅳ25处，同时打开三岔管ⅳ26连接气罐6支管上的电磁阀和外接的辐照器连通大气管道上的电磁阀，压缩空气将样品盒经法兰ⅳ25和输样管送入辐照器，关闭相关电池阀，样品盒在反应堆内进行辐照。同理，通过有序开关相关电磁阀和电机8驱动载样器10在法兰ⅱ21、法兰ⅲ23、法兰ⅳ25处的精准停靠，可以实现进样器ⅱ4、进样器ⅲ5内的样品盒有序进入辐照器进行辐照。

本发明的用于中子活化的样品自动进样装置，采用plc编程控制，可以自动完成进样器ⅰ3、进样器ⅱ4及进样器ⅲ5内的所有样品盒有序进入辐照器进行辐照，也可根据需要设定点动运行模式，人工控制上述动作逐个完成。

本发明的用于中子活化的样品自动进样装置，载样器10、法兰、储样管33、进样管34及输样管的内径均与样品盒的外径配合设置，既保证样品盒通过顺畅，又使样品盒在相同压差下有更快的运动速度。

本发明的用于中子活化的样品自动进样装置，通过设置在法兰下方的光电传感器监查样品盒的位置情况；通过在设置在圆筒缸9腔内的传感器ⅰ13、传感器ⅱ14和设置在进样管34端口的传感器ⅲ37分别限制载样器10、活塞32的最大行程。

在本实施例中，换向器2设置有四个法兰，可将与其中三个法兰分别相连的三个进样器内的样品盒传送至与第四个法兰连接的辐照器内进行辐照，相邻的两个法兰的纵轴心线之间的夹角为90°；在圆筒缸9内的圆弧壁上对应设置有两条波形的滑槽，滑槽12是其中一条；在载样器2上对称设置有两个凸台，凸台15是其中的一个；通过两条滑槽的导向，电机8可驱使载样器10沿圆筒缸9的x轴向左右交替摇摆行进，可使载样器10在法兰ⅰ19、法兰ⅱ21、法兰ⅲ23、法兰ⅳ25中任意两个法兰之间运动并精准停靠在指定法兰处装、卸样品盒。

实施例2

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，在圆筒缸9上设置有五个法兰和连接四个进样器，相邻的两个法兰的纵轴心线之间的夹角为45°，可将更多的样品盒传送至外接的辐照器内进行辐照。

实施例3

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，在圆筒缸9上设置有六个法兰和连接五个进样器，可将更多的样品盒传送至外接的辐照器内进行辐照。

实施例4

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，在圆筒缸9上设置有七个法兰和连接六个进样器，可将更多的样品盒传送至外接的辐照器内进行辐照。

实施例5

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，在圆筒缸9上设置有八个法兰和连接七个进样器，可将更多的样品盒传送至外接的辐照器内进行辐照。