工業(yè)CT鉛房的功能選擇

孫凱　呂益良　鄭詩楊

摘? 要：隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)無損檢測(cè)的要求也越來越高，工業(yè)CT作為無損檢測(cè)重要的手段，其鉛房的設(shè)計(jì)制作是必不可少的，鉛房具備多種功能提供設(shè)備工作所需的條件和保證人員的安全，根據(jù)設(shè)備的尺寸和需求靈活制定鉛房的尺寸樣式和搭配鉛房的各種功能。

關(guān)鍵詞：工業(yè)CT;鉛房;工件門系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TG115.22+2? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

工業(yè)CT技術(shù)是20世紀(jì)80、90年代重大科研成果之一，其技術(shù)特點(diǎn)是利用錐束CT（Cone-beam CT，CBCT）的X射線掃描，清晰、準(zhǔn)確地再現(xiàn)物體高分辨率和各向同性的三維立體結(jié)構(gòu)，是一項(xiàng)廣泛參與工業(yè)設(shè)計(jì)、工業(yè)制造、無損檢測(cè)等方面的新型支撐技術(shù)。

工業(yè)CT工作時(shí)就會(huì)不可避免地產(chǎn)生X射線，而X射線對(duì)人體是有嚴(yán)重危害的，所以其在設(shè)計(jì)制作時(shí)會(huì)有自防護(hù)系統(tǒng)用于對(duì)其產(chǎn)生的X射線進(jìn)行屏蔽以保護(hù)工作人員和人民公眾的生命安全及身體健康。自防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)滿足人員在關(guān)注點(diǎn)的周劑量控制水平為對(duì)職業(yè)工作人員不大于100μSv/周，對(duì)公眾不大于5μSv/周，并且滿足關(guān)注點(diǎn)最高周圍劑量控制水平不大于2.5μSv/h[1]。自防護(hù)系統(tǒng)的基本原理是利用重金屬的原子序數(shù)和密度相對(duì)較高的特點(diǎn)，X射線在穿射其內(nèi)部的過程中能量急劇衰減，則X射線衰弱甚至消失。所有重金屬中只有鉛的密度相對(duì)較大、本身毫無輻射、價(jià)格相對(duì)便宜等，并且在長時(shí)間輻射條件下其原子結(jié)構(gòu)不會(huì)被破壞能持續(xù)的使用，物理特性和化學(xué)特性也比較穩(wěn)定便于制作，所以設(shè)計(jì)制作工業(yè)CT的自防護(hù)系統(tǒng)時(shí)一般都會(huì)選擇鉛作為屏蔽X射線的材料，簡稱為鉛房。

工業(yè)CT工作時(shí)對(duì)環(huán)境條件的要求比較苛刻，也就要求鉛房須具備多種功能。工業(yè)CT對(duì)環(huán)境條件的要求一般包括安裝形式、防護(hù)屏蔽、物體進(jìn)出、溫度濕度、電氣照明、工況監(jiān)測(cè)、安全預(yù)防以及外觀顏色等，則鉛房對(duì)應(yīng)的功能一般為：固定移動(dòng)、鉛層防護(hù)、工件門系統(tǒng)、檢修門系統(tǒng)、換氣系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電控柜系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、油漆標(biāo)識(shí)等。

1 固定移動(dòng)

鉛房作為一個(gè)整體，是需要固定安裝的形式還是需要移動(dòng)固定的形式是根據(jù)鉛房大小以及使用場(chǎng)地和客戶需求等決定的。一般體積比較大、能量比較強(qiáng)、使用場(chǎng)地比較闊的鉛房選擇固定安裝的形式，做好地基一體成型，不便于移動(dòng)，但整體穩(wěn)定性好，對(duì)外形尺寸以及整體重量無限制。一般體積比較小、能量比較弱、使用場(chǎng)地比較窄的鉛房選擇移動(dòng)固定的形式，在移動(dòng)輪上鋪設(shè)基礎(chǔ)，其他結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)上順延制作，外形尺寸和整體重量受限，但移動(dòng)更換使用場(chǎng)地方便。鉛房設(shè)計(jì)制作時(shí)具體選擇哪種方式還是根據(jù)需求決定。

2 鉛層防護(hù)

鉛層防護(hù)是鉛房的基本功能，鉛作為屏蔽射線的優(yōu)選材料被廣泛用于制作鉛房的屏蔽層。鉛的元素符號(hào)Pb，原子序數(shù)82，周期序數(shù)6，相對(duì)原子質(zhì)量207.2，晶胞為面心立方晶胞，熔點(diǎn)327.5℃，沸點(diǎn)1 740℃，密度11.3 g/cm3，比熱容0.13kJ/（kg·K），硬度1.5。沒有氧化層的鉛為銀白色的重金屬，有毒，硬度非常低，延展性很好，導(dǎo)電性能相當(dāng)?shù)停垢g性能很高，金屬鉛在空氣中受到氧、水、二氧化碳等的作用，表面會(huì)很快氧化生成保護(hù)薄膜進(jìn)一步增強(qiáng)其穩(wěn)定性[2]，根據(jù)金屬鉛的物理化學(xué)特性判定其比較適合作為屏蔽射線的材料。工業(yè)CT制作時(shí)首先會(huì)確定其所用的射線機(jī)型號(hào)及射線機(jī)擺放位置，根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)可計(jì)算出鉛房6個(gè)面所需的鉛層厚度，由于X射線的反射、散射和折射等的特性以及射線機(jī)發(fā)出的是錐束X射線，所以鉛房須做6個(gè)面的防護(hù)，開孔處、縫隙處、接縫處都需做加強(qiáng)防護(hù)處理。鉛板是用物理（螺釘固定）或化學(xué)（膠水粘貼）的方法，把一層一層的薄鉛板堆疊固定成所需厚度，再固定于6個(gè)面的骨架上，在需要加強(qiáng)屏蔽的地方根據(jù)設(shè)計(jì)制作的要求具體制成所需的厚度和形狀。

3 工件門系統(tǒng)

工件門系統(tǒng)是鉛房必不可少的功能，是檢測(cè)工件或者操作人員進(jìn)出鉛房的唯一出入口。工件門系統(tǒng)包括門洞門體、移動(dòng)組件、限位組件、防夾組件、護(hù)罩組件、LED屏組件、報(bào)警燈組件以及控制組件等。門洞尺寸大小根據(jù)設(shè)計(jì)意圖及放置設(shè)備和工件大小確定，門體采用電機(jī)帶動(dòng)皮帶平移再帶動(dòng)門體平移的模式，移動(dòng)組件采用滑軌固定安裝于鉛房而滑塊和門體隨皮帶在滑軌上平移的樣式，運(yùn)動(dòng)模塊是否移動(dòng)到位由行程開關(guān)或接近開關(guān)控制，門洞適當(dāng)高度裝有紅外防夾裝置，為了安全和外觀整潔增加造型護(hù)罩遮蓋移動(dòng)組件并構(gòu)造所需造型，LED屏與射線機(jī)相連用來顯示其是否發(fā)出射線，報(bào)警燈也與射線機(jī)相連顯示其是否發(fā)出射線，控制組件是利用行程開關(guān)或接近開關(guān)等信號(hào)裝置實(shí)現(xiàn)所需要的功能或運(yùn)動(dòng)，并且控制組件與射線機(jī)相連形成門機(jī)連鎖機(jī)制以保證安全。工件門系統(tǒng)如有需要有時(shí)也可代替檢修門系統(tǒng)，不過須具體考慮設(shè)備的安裝調(diào)試和檢修維護(hù)再統(tǒng)一折中設(shè)計(jì)制作。

4 檢修門系統(tǒng)

檢修門系統(tǒng)是為了設(shè)備安裝調(diào)試和檢修維護(hù)，設(shè)備需要整機(jī)放置進(jìn)鉛房或者設(shè)備換修零部件比較大時(shí)才用到檢修門，有時(shí)候可以由工件門系統(tǒng)替代。檢修門洞尺寸大小一般稍大于設(shè)備外形尺寸，這樣便于設(shè)備整體放置進(jìn)鉛房。工件門一般選用手動(dòng)雙開的形式，并且閉合時(shí)有行程開關(guān)形成門機(jī)連鎖。

5 換氣系統(tǒng)

換氣系統(tǒng)是將射線機(jī)工作時(shí)高壓電離和X射線衰減產(chǎn)生的有害氣體排出室外，并將新鮮空氣吸入室內(nèi)，在這個(gè)過程中如果室內(nèi)形成負(fù)壓更加有利于空氣的交換，如果室外空氣溫度較低，換氣系統(tǒng)也可兼顧溫控系統(tǒng)。由于熱空氣上升冷空氣下沉的特性和有害氣體比空氣重的特性，鉛房一般會(huì)選擇下進(jìn)上出或者上進(jìn)下出的進(jìn)排氣方式，即在鉛房的底面或側(cè)下方設(shè)置進(jìn)氣口，而在鉛房的頂面或側(cè)上方設(shè)置出氣口，或者在鉛房的底面或側(cè)下方設(shè)置出氣口而在鉛房的頂面或側(cè)上方設(shè)置進(jìn)氣口，在進(jìn)氣口或者出氣口安裝軸流風(fēng)機(jī)帶動(dòng)空氣的流通使室內(nèi)空氣得以交換。也可采取下進(jìn)下出或者上進(jìn)上出的進(jìn)排氣方式，但是此種方法不常用，進(jìn)氣孔也可用門體門洞縫隙或者線孔代替。所有的進(jìn)氣口和出氣口都要做防護(hù)處理，并且所有進(jìn)氣口和出氣口一般都不在射線主照面開孔，甚至避開射線出束角度內(nèi)的墻體，同時(shí)風(fēng)機(jī)的安裝也需考慮其檢修和維護(hù)的方便性。

6 溫控系統(tǒng)

溫控系統(tǒng)是將鉛房室內(nèi)溫控控制在設(shè)備工作所需的范圍，一般在設(shè)備熱量聚集區(qū)附近安裝一個(gè)溫度探頭并在室外安裝顯示模塊用來檢測(cè)室內(nèi)溫度，并根據(jù)鉛房內(nèi)部空間的大小安置一臺(tái)空調(diào)，空調(diào)須具備制冷和制熱功能，并且兼具除濕功能，不但能調(diào)節(jié)溫度還能調(diào)節(jié)濕度?？照{(diào)外機(jī)安置于室外隱蔽處，內(nèi)機(jī)安置于室內(nèi)空氣流通處，采用室外控制器控制室內(nèi)遙控器控制的雙控制模式，所有電子元器件應(yīng)避開射線主照面。如果鉛房外部空氣溫度和濕度可控的情況下?lián)Q氣系統(tǒng)也可兼顧溫控系統(tǒng)。

7 照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)是為鉛房室內(nèi)和電控柜內(nèi)部提供燈光照明以便于人員操作，是必不可少的功能，不過由于光線直射的特性單一光源照射易有死角，在鉛房設(shè)計(jì)制作照明系統(tǒng)時(shí)根據(jù)照明面積一般設(shè)置多處光源，并且是雙數(shù)多方向交叉照射，這樣室內(nèi)幾乎沒有暗影，人員操作時(shí)鉛房內(nèi)部和電控柜內(nèi)部明亮無死角。

8 電控柜系統(tǒng)

電控柜系統(tǒng)是擺放鉛房電氣系統(tǒng)和設(shè)備電氣系統(tǒng)的地方，根據(jù)空間的需求可大可小，一般鉛房在設(shè)計(jì)制作時(shí)設(shè)置單獨(dú)的電控柜并預(yù)留足夠的空間放置設(shè)備的電氣系統(tǒng)，并且電控柜設(shè)計(jì)成與鉛房一體并隱蔽設(shè)計(jì)處理。若設(shè)備自帶電控柜放置其電氣系統(tǒng)并擺放鉛房內(nèi)部，那鉛房的電控柜就可改成操作箱甚至不要，只用功能按鈕控制鉛房的動(dòng)作，所有電氣系統(tǒng)相互連接并和射線機(jī)形成安全機(jī)制，統(tǒng)一一根電纜從外部取電并從內(nèi)部分電。

9 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)是為了監(jiān)視鉛房內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行情況和鉛房外部環(huán)境情況，以便工作人員實(shí)時(shí)了解鉛房內(nèi)外的情況。鉛房內(nèi)外一般安置多個(gè)攝像頭多角度多畫面的在同一顯示器上觀察，但具體攝像頭的數(shù)量多少則根據(jù)設(shè)備的大小和環(huán)境的需要決定。一般也只有相對(duì)較大的鉛房才需要設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，如果相對(duì)較小的鉛房有可視化鉛玻璃窗口可觀察鉛房內(nèi)部情況則不用安裝監(jiān)控。

10 安全系統(tǒng)

安全系統(tǒng)是由鉛房和設(shè)備的多層安全措施組成的用來保護(hù)人員和設(shè)備，如多個(gè)行程開關(guān)組成的門機(jī)聯(lián)鎖裝置、反射式紅外光電開關(guān)組成的物件防夾裝置、LED顯示屏和聲光報(bào)警燈組成射線聯(lián)鎖裝置、多個(gè)電源空氣開關(guān)形成的過載保護(hù)裝置、多個(gè)急停按鈕組成的設(shè)備急停裝置、室內(nèi)外多個(gè)輻射劑量儀組成的輻射實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置、控制軟件和功能軟件關(guān)聯(lián)形成的安全互鎖裝置等，從各個(gè)子系統(tǒng)到整機(jī)，從硬件到軟件各個(gè)方面多層面多措施的來保護(hù)人員和設(shè)備。各個(gè)安全措施相對(duì)獨(dú)立又相互連接，任何一個(gè)地方任何一道程序只要有一個(gè)有問題，就不允許射線機(jī)發(fā)出射線，只有設(shè)備的全套安全系統(tǒng)都放行的情況下才允許射線機(jī)發(fā)出射線，采用這些安全措施的目的只有一個(gè)，就是保護(hù)工作人員和人民群眾的生命安全及身體健康。

11 油漆標(biāo)識(shí)

油漆標(biāo)識(shí)作為鉛房的最后一道程序也是影響鉛房外觀的重要功能之一，油漆噴涂顏色在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下可根據(jù)公司產(chǎn)品戰(zhàn)略布局和客戶需求選擇不同的色號(hào)。一般會(huì)根據(jù)鉛房功能模塊或者造型布局選擇不同的色號(hào)，室內(nèi)盡量選擇淺色系色號(hào)增加亮度，室外盡量選擇色號(hào)對(duì)比度較大的色號(hào)增加層次感，盡量避免選擇太艷的色號(hào)。至于標(biāo)識(shí)如公司名稱、公司LOGO、產(chǎn)品型號(hào)、安全標(biāo)志、功能說明等也是在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下可根據(jù)公司產(chǎn)品戰(zhàn)略布局和客戶需求選擇不同的形式和色號(hào)。鉛房從外觀看色彩不會(huì)過多，一般在3種顏色左右，過多過艷反而給人凌亂的感覺。

12 結(jié)語

鉛房這些功能模塊各個(gè)獨(dú)立運(yùn)行又相互連接，根據(jù)設(shè)計(jì)制作的需要可靈活搭配使用，但無論怎樣搭配鉛房的幾項(xiàng)基本功能不得缺失，實(shí)現(xiàn)的樣式可根據(jù)實(shí)際情況具體變動(dòng)，但是無論如何變化，鉛房的第一功能就是屏蔽設(shè)備產(chǎn)生的射線，此為鉛房的基本目的。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧大平.工業(yè)X射線探傷放射防護(hù)要求[S].北京：國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)，2015：3.