放射性廢物檢測裝置透射源支撐架受力分析

（綿陽市維博電子有限責任公司，綿陽 621000）

0 引言

透射源部件是放射性廢物檢測裝置中的一個重要組成部件，通過透射源釋放出輻照射線，經過準直器將射線轉化成放射束，放射束穿過放射性廢物進入探測器如圖1所示，來檢測并判斷放射性廢物的密度及輻照強度[1]。

在放射性廢物檢測裝置樣機試驗階段，由于透射源鉛屏蔽層較重，引起透射源支撐架的嚴重變形，致使準直器放射束位置偏移，放射束無法準確到達探測器最有效區(qū)域，導致檢測結果失真。

針對上述問題，對透射源支撐架進行優(yōu)化設計，并通過有限元分析對改進方案進行驗證。

1 透射源部件的組成

透射源部件要由透射源、屏蔽層、準直器和支撐架組成如圖1所示。

圖1 透射源工作狀態(tài)示意圖

透射源支撐架固定板與安裝面板材料選用12mm厚的Q235鋼板焊接而成，底部加強筋板采用10mm厚的Q235鋼板。同時為了支撐架的減重，加強筋上做了相應鏤空處理如圖2所示。

通過4個M8的螺釘將透射源固定在支撐架安裝面板的基準面上。

圖2 透射源支撐架組成圖

2 受力分析

根據放射性廢物檢測裝置對放射性廢物檢測的形式，對透射源與探測器進行結構分析、并對透射源支撐架材料及受力等方面進有限元分析。

2.1 結構分析

透射源經過準直器將離散射線轉化成放射束，放射束穿過放射性廢物進入探測器，放射束直徑為φ6mm，探測器有效區(qū)域直徑為φ10mm，放射束允許的位置偏移小于2mm，如圖3所示。透射源由鉛屏蔽層包裹與準直器合起來重量可達12kg。

圖3 放射束偏移區(qū)域示意圖

當支撐架安裝基準面所受壓力為120N，安裝面板的變形量要小于2mm，探測器才能有效的檢測放射性廢物各種輻照參數。

2.2 材料的選用。

透射源支撐架材料選用Q235鋼，調質處理241～286HB，通過機械設計手冊“碳素結構鋼的力學性能”查表可知[2]：

屈服極限：σs=235MPa；

安全系數：S=1.5。

根據許用應力公式可得：

許用應力：σp=σs/S=235/1.5=156.7MPa。

2.3 透射源支撐架三維仿真分析

將支撐架三維模型簡化后導入SOLIDWORKS中的simulation模塊[3]，賦予零件材料屬性，設置固定板為約束面，安裝面板基準面為受力面，添加載荷等后求解[4]結果如圖4、圖5所示。

圖4 支撐架應力云圖

如圖3所示結果表明最大應力出現在面板與加強筋板焊接的位置，最大應力為0.457N/mm2，遠小于Q235鋼的許用應力[5]，強度符合要求。

圖5 支撐架位移云圖

同時如圖4所示支撐架面板的變形量較小，最大位移0.003115mm，遠小于放射束允許的位置偏移，滿探測器對透射源部件結構的要求。

3 結論

通過以上對透射源支撐架優(yōu)化方案的受力分析，改進后的支撐架結構滿足使用要求，不會對探測器的測量結果造成影響。通過樣機驗證，放射性廢物檢測裝置的檢測效果良好。