PL185245B1

PL185245B1 - Urządzenie ekranujące promienie Röntgena lub gamma

Info

Publication number: PL185245B1
Application number: PL97328797A
Authority: PL
Inventors: Yoshitaka Iizuka; Masahiro Izutsu
Original assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 2003-04-30
Also published as: BG63177B1; BG102734A; BR9707904A; EP0888622A1; DE69713304D1; EP0888622B1; DE69713304T2; PL328797A1; WO1997034305A1

Abstract

1. Urzadzenie ekranujace promienie R ö nt gena lub gamma, w szczególnosci otrzymywane w wyniku napromieniowania wiazka elektronowa, która jest stosowana do obróbki gazów spalinowych, w którego sklad wchodza scianka ekranujaca ogra- niczajaca, co najmniej jeden ekranowany kanal z otworem wlotowym i otworem wylotowym, w której umieszczane jest zródlo wytwarzajace promienie R ö ntgena lub gamma, które to zródlo znajduje sie od strony otworu wlotowego ekranowa- nego kanalu, znam ienne tym , ze zawiera co naj- mniej jedna wewnetrzna plytke lub scianke usytu- owana w co najmniej czesci ekranowanego kanalu (3) umieszczona w kierunku od otworu wlotowego (A) do otworu w ylotowego (B) tego ekranowanego kanalu (3), przy czym wewnetrzna plytka lub scian- ka jest co najmniej raz wygieta w ekranowanym kanale (3) i jest umieszczona w tym ekranowanym kanale (3) w taki sposób, ze otwór wylotowy (B) jest niewidoczny od strony otworu wlotowego (A) ponadto urzadzenie zawiera plytke dzielaca lub scianke dzialowa (7-1) (7-2) (7-3) (8), która dzieli ekranowany kanal (3) na w iele kanalów. F I G . 1 PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy urządzenia ekranującego promienie Rontgena lub gamma, a zwłaszcza urządzenia ekranującego uniemożliwiającego promieniom Rontgena lub gamma, wytwarzanym, na przykład, poprzez działanie wiązką elektronową, ucieczkę przez otwór w kanale ekranu.

Znane są rozwiązania, w których do ekranowania promieni rentgena lub gammą, emitowanych przez źródło promieniowania, stosuje się urządzenia ekranujące otaczające źródło ściankami osłonowymi z betonu, ołowiu lub żelaza, tłumiąc w ten sposób wypromieniowane promienie Rontgena lub gamma podczas ich przenikania przez ścianki osłonowe i zapobiegając ich ucieczce na zewnątrz. Jednakże w przypadkach, w których substancje lub materiał wkłada się lub wyjmuje z urządzenia ekranującego, przewietrza się wnętrze urządzenia ekranującego albo konieczne jest uzyskanie dostępu do środka urządzenia ekranującego, w urządzeniu tym musi znajdować się otwór. Z tego względu nie można całkowicie uszczelnić źródła promieniowania.

185 245

Ilustracją powyższego przypadku jest zainstalowanie źródła promieniowania na linii produkcyjnej, doprowadzanie materiału przeznaczonego do napromieniania przez to źródło do środka urządzenia ekranującego, oraz wyjmowanie wyrobów napromienionych przez źródło promieniowania przez otwór w urządzeniu ekranującym, albo przypadek, w którym gazy spalinowe lub ścieki wprowadza się do środka urządzenia ekranującego, napromienia je za pomocą źródła promieniowania, a następnie odprowadza ze środka urządzenia ekranującego, albo też przypadek, w którym gazy spalinowe lub ścieki wprowadza się do zbiornika technologicznego, napromienia wiązką elektronową, a następnie zabiera z urządzenia ekranującego. W szczególności, w przypadku napromieniania wiązką elektronową, zderzająca się z obrabianym gazem lub podobnym materiałem, powstają wtórne promienie Rontgena, a zatem zbiornik technologiczny oraz napromieniowane za pomocą wiązki elektronowej gazy spalinowe lub ścieki, stają się źródłami promieni Rontgena. W takich przypadkach konieczne jest stosowanie pewnych struktur ekranujących promienie Rontgena lub gamma, uniemożliwiających im ucieczkę przez otwór.

Ogólnie biorą:, promienie Rontgena lub promienie gamma, należące do fal elektromagnetycznych, są tłumione podczas przechodzenia przez substancje, słabną w miarę wzrostu odległości od źródła promieniowania i są tłumione przy każdym odbiciu o powierzchnię substancji. Dzięki temu, w celu uniemożliwienia promieniom Rontgena lub gamma ucieczki przez otwór, otacza się kanał biegnący od źródła promieniowania do otworu ściankami ekranującymi, które są bardzo odporne na przenikanie promieni Rontgena lub gamma, zwiększa się długość kanału oraz wygina go. W dalszym opisie, kanał otoczony ściankami ekranującymi o wysokiej odporności na przenikanie promieni Rontgena lub gamma, nazywa się „kanałem ekranowanym”.

Na rysunku pos. I załączonych rysunków widać znane urządzenie ekranujące. W skład urządzenia ekranującego z pos. I wchodzą zewnętrzne ścianki ekranujące 22 tworzące centralną komorę, w której znajduje się źródło promieniowania 21 wytwarzające promienie Rontgena lub gamma. W jednej ze ścianek 22 znajduje się otwór 26 przykryty dużymi drzwiczkami 27. Otwór 26 używa się głównie do dostawania się do wnętrza urządzenia ekranującego. Jednakże drzwiczki te są również drogie, ponieważ muszą mieć w zasadzie takie same właściwości ekranujące jak ścianka ekranująca i muszą uniemożliwiać promieniom Rontgena lub gamma przenikanie przez siebie na zewnątrz. Ponadto drzwiczki te można otwierać tylko wtedy, gdy nie są wytwarzane promienie Rontgena ani gamma, więc tego typu urządzeń ekranujących nie można stosować w tych przypadkach, w których substancję lub materiał doprowadza się do i wyjmuje z urządzenia ekranującego podczas wytwarzania promieniowania Rontgena lub gamma, lub w przypadkach przewietrzania urządzenia ekranującego.

Na rysunku pos. II przedstawiono znane urządzenie ekranujące z krzywoliniowym kanałem ekranowanym otoczonym ściankami ekranującymi. Urządzenie to ma zewnętrzne ścianki ekranujące 22 ograniczające komorę, w której znajduje się źródło promieniowania 21 wytwarzające promienie Rontgena lub gamma. W ściankach ekranujących 22 znajduje się kręty kanał ekranowany 23 biegnący od komory do otworu 28 znajdującego się w jednej ze ścianek ekranujących 22 i zamkniętego drzwiczkami 29. Drzwiczki 26 są zwykłymi drzwiczkami, i kiedy promieniowanie Rontgena lub gamma nie jest wytwarzane, mogą być otwarte, umożliwiając dostęp do środka urządzenia ekranującego przez kanał ekranowany. Ponadto, pozostawiając drzwiczki otwarte można przewietrzać wnętrze urządzenia ekranującego podczas wytwarzania promieni Rontgena lub gamma.

Na rysunku pos. III uwidoczniono inne znane urządzenie ekranujące z krzywoliniowym kanałem ekranowanym otoczonym ściankami ekranującymi. Ścianki ekranujące 22 wyznaczają kanały ekranowane 23A i 23B, natomiast w centralnej komorze ograniczonej ściankami ekranującymi 22 znajduje się źródło promieniowania 21 wytwarzające i wypromieniowujące promienie Rontgena lub gamma. Kanały ekranowane 23 A i 23B mają również otwory 24 i 25 znajdujące się, odpowiednio, na ich przeciwległych końcach. Podczas wytwarzania promieni Rontgena lub gamma, substancję lub materiał wprowadza się do wewnątrz kanału ekranującego kanałem ekranowanym 23A, a wyjmuje ze środka kanału ekranującego kanałem ekranowanym 23B.

185 245

Przechodzące kanałem ekranowanym promienie Rontgena lub gamma są tłumione w stopniu zależnym od odległości, jaką przebyły, tj. długości ekranowanego kanału oraz liczby odbić, jakim uległy. Jeżeli natężenie promieni Rontgena lub gamma na wylocie z ekranowanego kanału wynosi 1/100 ich natężenia na wlocie do ekranowanego kanału, to współczynnik tłumienia promieni Rontgena lub gamma wynosi 100. Do obliczania współczynnika tłumienia stosuje się przytoczone poniżej, empiryczne równanie (1), na podstawie którego projektuje się następnie ekranowane kanały.

I = I_ox L'²x R-ⁿ (1) gdzie I0 jest natężeniem promieni Rontgena lub gamma w punktach o jednostkowej odległości od środka źródła promieniowania, I jest natężeniem promieni Rontgena lub gamma w otworze wylotowym ekranowanego kanału, L jest odległością od środka źródła promieniowania do otworu wylotowego, R jest współczynnikiem tłumienia na odbicie promieni Rontgena lub gamma, a N jest liczbą odbić promieni Rontgena lub gamma na odcinku od źródła do otworu wylotowego. Dlatego współczynnik tłumienia promieni Rontgena lub gamma na wylocie jest proporcjonalny do kwadratu odległości L od źródła promieniowania oraz jest również proporcjonalny do N-tej potęgi liczby odbić. W związku z tym, współczynnik tłumienia określa następujące równanie:

η= L² x Rⁿ (2)

Jak wynika z powyższego równania (2), współczynnik tłumienia promieni Rontgena lub gamma zależy od odległości i liczby odbić, więc urządzenie ekranujące z otwartym ekranowanym kanałem musi zajmować więcej miejsca i trzeba zużyć na nie więcej materiału do ekranowania promieni Rontgena lub gamma niż w przypadku urządzenia ekranującego całkowicie zamkniętego. Można to łatwo zrozumieć porównując pos. III i pos. II rysunku. W przypadku wytwarzania promieni Rontgena lub gamma z większym natężeniem i o wyższej energii, trzeba stosować większą odległość i większą liczbę odbić w celu ich stłumienia, a tym samym do ekranowania potrzebne jest więcej miejsca i więcej materiału. Jeżeli zwiększa się ilość substancji lub materiału wprowadzanego i wyprowadzanego do urządzenia ekranującego, to zwiększa się również pole przekroju poprzecznego ekranowanego kanału, co powoduje zwiększenie zajmowanego miejsca i ilości materiału ekranującego. W szczególności, w przypadku procesu obróbki gazów spalinowych, w którym gazy te napromienia się wiązką elektronową w urządzeniu ekranującym, ze względu na bardzo dużą ich ilość, pole powierzchni ekranowanego kanału wynosi od kilku do kilkudziesięciu m2. Wzrost zajmowanego miejsca narzuca ograniczenia na konstrukcję urządzenia ekranującego, a zwiększenie ilości materiału ekranującego zwiększa koszt urządzenia ekranującego i jego wagę, co pociąga za sobą wzrost kosztu fundamentu, na którym się je montuje.

Urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma, w szczególności otrzymywane w wyniku napromieniowania wiązką elektronową która jest stosowana do obróbki gazów spalinowych, w którego skład wchodzą ścianka ekranująca ograniczająca co najmniej jeden ekranowany kanał z otworem wlotowym i otworem wylotowym, w której umieszczane jest źródło wytwarzające promienie Rontgena lub gamma, które to źródło znajduje się od strony otworu wlotowego ekranowanego kanału charakteryzuje się według wynalazku tym, że zawiera co najmniej jedną wewnętrzną płytkę lub ściankę usytuowaną w co najmniej części ekranowanego kanału umieszczoną w kierunku od otworu wlotowego do otworu wylotowego tego ekranowanego kanału, przy czym wewnętrzna płytka lub ścianka jest co najmniej raz wygięta w ekranowanym kanale i jest umieszczona w tym ekranowanym kanale w taki sposób, że otwór wylotowy jest niewidoczny od strony otworu wlotowego, ponadto urządzenie zawiera płytkę dzielącą lub ściankę działową która dzieli ekranowany kanał na wiele kanałów.

Korzystnie płytka dzieląca lub ścianka działowa ma postać pofałdowanego ekranu z co najmniej jedną fałdą.

Korzystnie urządzenie zawiera ponadto co najmniej jedną pomocniczą płytkę dzielącą lub ściankę działową umieszczoną w co najmniej części ekranowanego kanału dzielącą ten kanał na wiele kanałów pomocniczych.

Urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma w szczególności otrzymywane w wyniku napromieniowania wiązką elektronową która jest stosowana do obróbki gazów

185 245 spalinowych, zawierające ściankę ekranującą ograniczającą co najmniej jeden ekranowany kanał z otworem wlotowym i otworem wylotowym, w której umieszczane jest źródło wytwarzające promienie R ontgena lub gamma, które to źródło znajduje się od strony otworu wlotowego ekranowanego kanału odznacza się według wynalazku tym, że kanał jest wygięty oraz zawiera co najmniej jedną płytkę dzielącą lub ściankę działową usytuowaną w co najmniej części tego ekranowanego kanału dzielącą ekranowany kanał na wiele kanałów.

Korzystnie płytka dzieląca lub ścianka działowa ma grubość stanowiącą w przybliżeniu co najmniej jedną dwudziestą warstwy półchłonnej materiału, z jakiego jest wykonana płytka dzieląca lub ścianka działowa.

Zaleta rozwiązania według wynalazku polega na uzyskaniu urządzenia ekranującego promienie Rontgena lub gamma, w którym znajdujący się ekranowany kanał zajmuje znacznie mniej miejsca i wymaga mniej materiału.

Szczególnie korzystne jest, urządzenie ekranujące promienie Rontgena łub gamma według wynalazku, w którego skład wchodzą: ścianka ekranująca, w której znajduje się co najmniej jeden ekranowany kanał z otworem wlotowym i wylotowym, przystosowana do źródła wytwarzającego promienie Rontgena lub gamma umieszczanego po stronie otworu wlotowego ekranowanego kanału oraz co najmniej jedna wewnętrzna płytka lub ścianka biegnąca w kierunku od wspomnianego otworu wlotowego do wspomnianego otworu wylotowego, w którym ta wewnętrzna płytka lub ścianka jest wygięta co najmniej jeden raz we wspomnianym ekranowanym kanale.

Zaleta rozwiązania wynika ponadto z tego, że wewnętrzną płytkę lub ściankę można skonstruować w ekranowanym kanale w taki sposób, żeby otwór wylotowy ekranowanego kanału nie był widoczny z jego otworu wlotowego.

W skład wewnętrznej płytki lub ściany może wchodzić płytka dzieląca lub ścianka działowa, która dzieli ekranowany kanał na wiele kanałów.

W szczególnie korzystnym rozwiązaniu według wynalazku płytka dzieląca łub ścianka działowa mogą mieć postać pofałdowanego ekranu z co najmniej jedną fałdą. Wewnętrzna płytka lub ścianka może zawierać spiralną płytkę lub ściankę.

Promienie Rontgena lub gamma mogą powstawać w wyniku napromieniania wiązką elektronową. Wiązkę tę można używać do obróbki gazów spalinowych.

W korzystnej postaci rozwiązania według wynalazku stosuje się ekranowany kanał, który jest krzywoliniowy, oraz co najmniej jedną płytkę dzielącą lub ściankę działową, umieszczoną w co najmniej części ekranowanego kanału z zadaniem jego dzielenia na wiełe kanałów.

Kolejna zaleta wynalazku wynika z faktu, że grubość płytki dzielącej lub ścianki działowej może stanowić w zasadzie co najmniej jedną dwudziestą, a co najwyżej dziesięciokrotną grubość warstwy półchłonnej materiału płytki dzielącej lub ścianki działowej.

Dotychczas uwzględniano, że według procedury konstrukcyjnej, stosowanej do projektowania urządzeń ekranujących na podstawie wyżej przytoczonego równania (1), współczynnik tłumienia promieni Rontgena lub gamma nie zmienia się nawet w przypadku podziału ekranowanego kanału, ponieważ nie zmieniają się odległość od źródła i liczba odbić. Natomiast w rozwiązaniu według niniejszego zgłoszenia stwierdzono możliwość zwiększenia współczynnika tłumienia promieni Rontgena lub gamma jeżeli dokona się podziału ekranowanego kanału na wiele kanałów za pomocą płytki dzielącej lub ścianki działowej. Uzyskano również potwierdzenie wzrostu współczynnika tłumienia nawet wtedy, gdy grubość płytki dzielącej lub ścianki działowej nie jest na tyle duża, żeby sama ta płytka lub ścianka tłumiła promienie Rontgena lub gamma.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma według wynalazku w pierwszym przykładzie wykonania, w poziomym przekroju poprzecznym, fig. 2 - płytki dzielące lub ścianki działowe urządzenia ekranującego w pierwszym przykładzie wykonania według wynalazku, w rzucie perspektywicznym, w powiększeniu, fig. 3 - urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma w drugim przykładzie wykonania według wynalazku, w poziomym przekroju poprzecznym, fig. 4 - wykres współczynników tłumienia promieni Rontgena z uwzględnieniem grubości w funkcji współczynników warstwy półchłonnej,

185 245 fig. 5 - wykres obrazujący współczynniki tłumienia promieni Rontgena w zależności od liczby jednostek płytek dzielących lub ścianek działowych, fig. 6 - ekranowany kanał używany dalej do objaśnienia równań (2) i (3), w poziomym przekroju poprzecznym, fig. 7 - przykład zastosowania urządzenia ekranującego promienie Rontgena lub gamma według wynalazku w instalacji do obróbki gazów za pomocą wiązki elektronowej, schematycznie, fig. 8 - urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma, w którym znajduje się ekranowany kanał rozdzielony płytkami dzielącymi lub ściankami działowymi w przykładzie wykonania według drugiej odmiany wynalazku, w rzucie perspektywicznym, fig. 9 - urządzenie ekranujące w przykładzie wykonania w poziomym przekroju poprzecznym, fig. 10 - urządzenie ekranujące z fig. 9, w pionowym przekroju poprzecznym, fragmentarycznie fig. 11 - wykres współczynników tłumienia promieni Rontgena z uwzględnieniem grubości w funkcji współczynników warstwy półchłonnej, fig. 12 - wykres obrazujący współczynniki tłumienia promieni Rontgena z uwzględnieniem L²/S, fig. 13 - płytki dzielące lub ścianki działowe urządzenia ekranującego promienie Rontgena lub gamma w przykładzie wykonania, według kombinacji pierwszej i drugiej odmiany wynalazku, w rzucie perspektywicznym, w powiększeniu, natomiast pos. I przedstawia znane, typowo stosowane urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma w poziomym przekroju poprzecznym, pos. II - inne znane typowe stosowane urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma w poziomym przekroju poprzecznym oraz pos. III - jeszcze inne znane i stosowane typowo urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma, w poziomym przekroju poprzecznym.

Urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma w pierwszym zalecanym przykładzie wykonania według pierwszej odmiany wynalazku przedstawiono na fig. 1. Jak widać na fig. 1, w urządzeniu ekranującym znajduje się źródło promieniowania 1, na przykład substancja lub materiał napromieniany za pomocą wiązki elektronowej, emitujący wtórne promienie Rontgena, oraz zewnętrzne ścianki ekranujące 2, wyznaczające znajdujący się w nich ekranowany kanał 3. Ścianki ekranujące 2 mają w sobie zespoły 4-1 i 4-2 płytek dzielących lub ścianek działowych. Na końcu ekranowanego kanału 3, w pobliżu źródła 1 znajduje się otwór wlotowy A promieni R ontgena, natomiast na jego przeciwległym końcu w stosunku do źródła 1 znajduje się otwór wylotowy B promieni R ontgena. Zazwyczaj otwór wylotowy B jest zamknięty drzwiczkami ekranującymi 2d. Zespoły 4-1 i 4-2 płytek dzielących lub ścianek działowych są rozmieszczone w ekranowanym kanale 3 w taki sposób, że otwór wlotowy A nie jest widoczny z otworu wylotowego B.

Na figurze 2 widać w powiększeniu każdy z zespołów 4-1 i 4-2 płytek dzielących lub ścianek działowych. Jak widać na fig. 2, w skład każdego zespołu wchodzi płyta górna 5, płyta dolna 6 znajdująca się pod płytą górną 5 w pewnej odległości od niej, oraz wiele płytek rozdzielających lub pionowych ścianek działowych 7-1, 7-2 i 7-3 biegnących pomiędzy płytami, górną 5 i dolną 6, w pewnej odległości od siebie w poziomie w kierunku prostopadłym do podłużnej osi ekranowanego kanału 3 (patrz fig. 1). Ścianki ekranujące 2 stykają się ściśle z górną płytą 5 i dolną płytą 6, uniemożliwiając promieniom Rontgena przenikanie pomiędzy stykającymi się częściami ścianek działowych 2 oraz płyt, górnej 5 i dolnej 6. Płytka dzieląca lub ścianka działowa 7-1, 7-2 lub 7-3 stanowi wewnętrzną płytkę lub ściankę oraz dzieli ekranowany kanał 3, jak widać na fig. 2, na wiele biegnących obok siebie poprzecznych kanałów. Każda z płytek dzielących lub ścianek działowych 7-1, 7-2 i 7-3 ma postać pofałdowanego ekranu i ma kształt wygięty pod kątem 90°, przy czym jego centralna pionowa linia wygięcia biegnie pomiędzy jego końcem górnym a dolnym, przymocowanymi, odpowiednio, do górnej i dolnej płyty 5 i 6. Każda z płytek dzielących lub ścianek działowych 7-1, 7-2 i 7-3 ma na fig. 2 tylko jedną fałdę 7f, ale fałd tych może być więcej.

Na figurze 3 widać urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma w drugim przykładzie wykonania według wynalazku.W drugim przykładzie wykonania z fig. 3, urządzenie ekranujące ma spiralną ściankę działową 8 umieszczoną w ekranowanym kanale 3 i biegnącą pomiędzy dworem wlotowym A, a otworem wylotowym B. Ścianka działowa 8 jest owinięta wokół centralnej linii C_L biegnącej w kierunku podłużnym ekranowanego kanału 3 w stale zmieniającym się szeregu płaszczyzn. Inne szczegółowe rozwiązania konstrukcyjne urządzenia ekranującego widocznego na fig. 3 są identyczne z rozwiązaniami zastosowanymi

185 245 w urządzeniu ekranującym widocznym na fig. 1. Te części i elementy składowe z fig. 3, które są identyczne strukturalnie i funkcjonalnie z widocznymi na fig. 1, oznaczono, takimi samymi numerami identyfikacyjnymi.

Z urządzeniem ekranującym pokazanym na fig. 1 przeprowadzono opisane dalej doświadczenie.

W doświadczeniu tym, dwa z zespołów płytek dzielących lub ścianek działowych z fig. 2, umieszczono w urządzeniu ekranującym z fig. 1, po czym przeprowadzono badanie ekranowania wtórnych promieni Rontgena wytwarzanych podczas napromieniania wiązka elektronowa. Podczas badania ekranowania promieni Rontgena, promienie te były emitowane z napromienianego materiału z maksymalną energią od 0,5 MeV do 0,8 MeV. Ścianki działowe były wykonane z różnych materiałów, w tym z żelaza i ołowiu, i miały różne grubości, jak widać w tabeli 1 poniżej. Podane w tabeli 1 stosunki grubości do grubości warstwy półchłonnej definiuje się jako stosunki grubości ścianek działowych do warstw półchłonnych podanych w tabeli 2, a warstwę półchłonną definiuje się jako grubość warstwy materiału zmniejszającą o połowę natężenie przechodzących przez nią promieni i wartość ta zależy od rodzaju materiału i maksymalnej energii promieni Rontgena.

Tabela 1 (Ścinki działowe zastosowane w doświadczeniu)

Materiał ścianki działowej	Grubość ścianki działowej (mm)	Stosunek grubości do warstwy półchłonnej
0,5 MeV	0,8 MeV
Żelazo	1	0,10	0,08
	3	0,29	0,23
	10	0,95	0,76
	20	1,91	1,52
Ołów	10	2,49	1,42
	20	4,97	2,83
	40	9,95	5,67

Tabela 2 (Warstwa półchłonną dla promieni Rentgena)

Materiał ścianki działowej (gęstość)	Energia promieni Rontgena (MeV)	Warstwa półchłonną (mm)
Beton	0,5	34,2
(2,4)	0,8	42,3
Żelazo	0,5	10,5
(7,86)	0,8	13,2
Ołów	0,5	4,0
(11,34)	0,8	7,1

Całkowite wartości współczynników absorpcji materiałów zastosowanych w obliczeniach warstw półchłonnych przytoczono za „Radiation” opublikowanym przez Kyoritsu Shuppan, a gęstości materiałów za „Rika Nenpyo” (Almanach Naukowy) opublikowanym przez Maruzena.

Jeżeli założy się, że natężenia promieni Rontgena w otworze wlotowym A i otworze wylotowym B ekranowanego kanału wynoszą, odpowiednio, I_A i I_B, to wtedy współczynnik tłumienia urządzenia ekranującego określa formuła η = Ia/I_b. Na fig. 4 przedstawiono współczynniki tłumienia promieni Rontgena z uwzględnieniem stosunków grubości w funkcji warstw półchłonnych, zmierzone dla różnych materiałów i grubości płytek dzielących lub ścianek działowych, oraz promieniowania Rontgena o różnych energiach. Na podstawie fig. 4

185 245 stwierdzono całkowite tłumienie promieni Rontgena jeżeli grubość ścianek działowych wynosiła 2,5 warstwy półchłonnej (przy współczynniku tłumienia 2^2,5 = 5,7). Potwierdzono również, że nawet jeżeli grubość ścianek działowych była mniejsza niż 2,5 warstwy półchłonnej, uzyskuje się większy efekt tłumienia niż w przypadku nie stosowania ścianek działowych. Przykładowo, nawet przy stosunku grubości do warstwy półchłonnej 0,1, uzyskuje się współczynniki tłumienia w zakresie od 50 do 100, co świadczy o silnym tłumieniu. Zwiększenie grubości ścianek działowych nie zmienia efektu tłumienia, ale pogarsza parametry urządzenia ekranującego pod względem trudności z montażem i ekonomicznym. W związku z tym, praktyczne jest stosowanie grubości ścianek działowych na poziomie kilkudziesięciu warstw półchłonnych.

Podczas innego testu ekranowania promieni Rontgena zwiększono liczbę zespołów płytek dzielących lub ścianek działowych (zastosowano dodatkowy zespół płytek dzielących lub ścianek działowych, jak pokazano liniami przerywanymi na fig. 1), natomiast nie zmieniono grubości ścianek działowych. Promienie Rontgena emitowano ze źródła 1 z maksymalną energią 0,5 MeV, ścianki działowe z ołowiu miały grubość 20 mm, oraz mierzono współczynniki tłumienia dla, odpowiednio, pierwszego, drugiego i trzeciego zespołu płytek dzielących lub ścianek działowych. Uzyskane wyniki przedstawiono na fig. 5. Ścianki działowe z ołowiu miały grubość 20 mm, więc na fig. 5 przedstawiono tylko efekt tłumienia dla odbitych promieni Rontgena, na które nie wpływają transmisyjne promienie Rontgena. Potwierdzono, że zależność pomiędzy liczbą zespołów płytek dzielących lub ścianek działowych a współczynnikiem tłumienia nie spełnia powyższego równania (1), ale następujące równanie (3), opracowane przez wnioskodawców niniejszego zgłoszenia patentowego.

I_n = I_n-x [(α x L_n ²/S_n) + β]-¹ (3)

Poniżej opisano równanie (3).

Zakłada się, że, jak widać na fig. 6, natężenia promieni Rontgena ze źródła promieni 1 w odpowiednich miejscach zmiany kierunku P_l5 P₂, ..., Pn w ekranowanym kanale 3 wyznaczonym zewnętrznymi ściankami ekranującymi 2 wynoszą, odpowiednio, I„ I₂,..., In, a zatem na podstawie tego równania (3) można obliczyć natężenie In promieni Rontgena w miejscu Pn na podstawie natężenia I_n., promieni Rontgena w poprzednim miejscu P_n_, gdzie Sn jest polem powierzchni przekroju poprzecznego ekranowanego kanału od miejsca zakrzywienia P_n., do miejsca zakrzywienia P_n, L_n jest odległością od miejsca zakrzywienia Pn_ do miejsca zakrzywienia P_n, a a i β są stałymi zależnymi od kształtu przekroju poprzecznego ekranowanego kanału. W równaniu (3), człon [(α x Ln²/S_n) + β] reprezentuje współczynnik tłumienia na jedno miejsce zakrzywienia. Z równania (3) wynika, że współczynnik tłumienia na jedno miejsce zakrzywienia ekranowanego kanału jest proporcjonalny do kwadratu odległości od miejsca odbicia i odwrotnie proporcjonalny do pola przekroju poprzecznego ekranowanego kanału. W związku z tym, efekt tłumienia ekranowanego kanału można zwiększyć zmniejszając jego pole przekroju poprzecznego poprzez, na przykład, zmniejszenie odległości ścianek działowych, jak również poprzez zwiększenie liczby odbić i odległości.

Na widocznym na fig. 3 urządzeniu ekranującym przeprowadzono również badania tłumienia promieni Rontgena powstających poprzez napromienianie wiązką elektronową. Spiralną ściankę działową wykonano z żelaza nadając jej grubość 10 mm. Za pomocą źródła 1 wytwarzano promienie Rontgena o maksymalnych energiach 0,5 MeV i 0,8 MeV. Podczas badania tłumienia promieni Rontgena współczynnik ich tłumienia η (= I_A/I_B) wynosił 2000 dla 0,5 MeV i 1500 dla 0,8 MeV. W związku z tym właściwości tłumiące urządzenia ekranującego z fig. 3 były takie same jak urządzenia ekranującego z fig. 1.

W urządzeniu ekranującym promienie Rontgena lub gamma według pierwszej odmiany wynalazku stosuje się płytki dzielące lub ścianki działowe umieszczone w ekranowanym kanale, więc skuteczność ekranowania takiego urządzenia ekranującego dla promieni Rontgena lub gamma jest większa, oraz można znacznie zmniejszyć miejsce potrzebne do zamontowania takiego urządzenia oraz koszty budowy urządzenia ekranującego.

Na figurze 7 pokazano przykład, w którym urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma według wynalazku stosuje się w instalacji do obróbki gazu wiązką elektronową.

Przeznaczony do obróbki gaz wprowadza się kanałem wlotowym 31 do zbiornika technolo185 245 gicznego 32, w którym napromienia się go wiązką elektronową o energii w zakresie od kilkudziesięciu KeV do kilku MeV, pochodzącą z generatora 33 wiązki elektronowej. Po napromienieniu wiązką elektronową, gaz odprowadza się kanałem wylotowym 34. Podczas zderzania się wiązki elektronowej z obrabianym gazem powstają wtórne promienie Rontgena o maksymalnej energii równej energii wiązki elektronowej. Z tego względu instaluje się urządzenie ekranujące promienie Rontgena w taki sposób, żeby ścianki ekranujące 2 otaczały zbiornik technologiczny 32, kanał wlotowy 31 i kanał wylotowy 34, uniemożliwiając ucieczkę wtórnych promieni Rontgena. W celu eliminacji przenikania wtórnych promieni Rontgena otworami w kanale wlotowym 31 i kanale wylotowym 33, w kanałach tych, wlotowym 31 i wylotowym 33, umieszczono ścianki działowe 1-1, 7-2 i 7-3 z wielu fałdami tak, żeby otworów wlotowych 31A i 32A promieni Rontgena nie było widać z, odpowiednio, otworów wylotowych 31B i 32B. Ścianki działowe 7-1, 7-2 i 7-3 są wykonane z materiału ekranującego z betonu, żelaza lub ołowiu, a ich grubość wynosiła od kilku dziesiętnych części warstwy półchłonnej do kilkudziesięciu warstw chłonnych materiału ekranującego. Grubość ścianki działowej wyznaczano na podstawie materiału ekranującego i maksymalnej energii wytwarzanych promieni Rontgena. Generator 33 wiązki elektronowej jest generatorem typu samoekranującego, w którym samoczynnie zapobiega się ucieczce 37 wytwarzanych promieni Rontgena.

Przykład wykonania według drugiej odmiany wynalazku opisano poniżej odwołując się do fig. 8 do 12.

Na fig. 8 widać w rzucie perspektywicznym urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma w drugim przykładzie wykonania według drugiej odmiany wynalazku. Jak widać na fig. 8, urządzenie ekranujące zawiera ekranowany kanał z otworem wlotowym 11 promieni Rontgena lub gamma i otworem wylotowym 12 promieni Rontgena lub gamma, oraz ograniczonym zewnętrznymi ściankami ekranującymi 13. Ekranowany kanał jest wygięty pod kątem 90°. Otwór wlotowy 11 i otwór wylotowy 12 znajdują się, odpowiednio, na przeciwległych końcach ekranowanego kanału. W skład urządzenia ekranującego wchodzą również płytki dzielące lub ścianki działowe 14 umieszczone w ekranowanym kanale. W skład płytek dzielących lub ścianek działowych 14 wchodzą pionowe i poziome płytki dzielące lub ścianki działowe, które kombinuje się ze sobą w taki sposób, żeby dzieliły ekranowany kanał na wiele równoległych kanałów 18, każdy o prostokątnym przekroju poprzecznym.

Jak już opisano wcześniej, powyższe równanie (3) określa, że współczynnik tłumienia w miejscu zakrzywienia ekranowanego kanału jest proporcjonalny do kwadratu odległości od miejsca odbicia, i odwrotnie proporcjonalny do pola powierzchni przekroju poprzecznego ekranowanego kanału. Wynika z tego, że efekt tłumienia ekranowanego kanału można zwiększyć zarówno zmniejszając pole powierzchni przekroju poprzecznego, jak i zwiększając liczbę odbić i odległość.

Przykładowo, jeżeli ścianki działowe 14 dzielą ekranowany kanał na dziewięć równych i równoległych kanałów 18, jak pokazano na fig. 8, to efekt tłumienia na miejsce zakrzywienia jest około dziewięć razy większy niż efekt tłumienia, jaki można uzyskać bez ścianek działowych 14. W związku z tym, jeżeli w ekranowanym kanale znajduje się pięć miejsc zakrzywionych i jest on podzielony na dziewięć równych i równoległych kanałów, to efekt tłumienia w tym przypadku jest około 60 000 (=9⁵) razy większy, chociaż objętość ekranowanego kanału pozostaje w zasadzie bez zmian. Stwierdzono doświadczalnie, że powyższy efekt tłumienia uzyskuje się kiedy grubość każdej ze ścianek działowych 14 wynosi co najmniej około jedną dwudziestą (1/20) warstwy półchłonnej dla promieni Rontgena lub gamma przechodzących przez ścianki działowe 14. W rezultacie ścianki działowe 14 mogą mieć bardzo małą grubość. Jest to jeszcze jedna ważna właściwość odkryta przez wynalazców zgłaszających niniejszy wniosek.

Przeprowadzono następujące doświadczenie na urządzeniu ekranującym według wynalazku.

Na fig. 9 pokazano urządzenie ekranujące promienie Rontgena z zewnętrznymi ściankami ekranującymi 13, wyznaczającymi ekranowany kanał z umieszczonym w nim źródłem 15 promieni Rontgena (substancją lub materiał napromieniowany wiązką elektronową). Jak widać na fig. 10, ściankę działową 14 umieszczono w obszarze 16 (na fig. 9 ściankę tę zakre10

185 245 skowano) ekranowanego kanału, równolegle do jego dna. Na fig. 9 oznaczono otwór wylotowy 17. Szerokość ekranowanego kanału wynosiła 900 mm, a wysokość 3000 mm, natomiast ścianka działowa 14 znajdowała się w odległości 100(0 mm nad dnem kanału, dzieląc go na dwa kanały 18, których stosunek pól powierzchni przekrojów poprzecznych wynosił 2:1. Źródło promieniowania 15 wytwarzało promienie Rontgena o maksymalnych energiach 0,5 MeV i 0,8MeV. Ścianka działowa 14 była wykonana z różnych materiałów, takich jak aluminium, żelazo i ołów, oraz miała różne grubości, takie jak podano poniżej w tabeli 3. Podane w tabeli 3 stosunki grubości półhłonnej oznaczają stosunki grubości ścianek warstw półchłonnych podanych w tabeli 4.

Tabela 3 (Ścianki działowe zastosowane w doświadczeniu)

Materiał ścianki działowej	Grubość ścianki działowej (mm)	Stosunek grubości do warstwy półchłonnej
0,5 MeV	0,8 MeV
Aluminium	5	0,16	0,13
	10	0,33	0,27
Żelazo	1	0,10	0,08
	3	0,29	0,23
	10	0,95	0,76
	20	1,91	1,52
Ołów	10	2,49	1,42
	20	4,97	2,83
	40	9,95	5,67

Tabela 4 (Warstwa półchłonna dla promieni Rontgena)

Materiał ścianki działowej (gęstość)	Energia promieni Rontgena (MeV)	Warstwa półchłonna (mm)
Beton	0,5	34,2
(2,4)	0,8	42,3
Aluminium	0,5	30,5
(2,69)	0,8	37,7
Żelazo	0,5	10,5
(7,86)	0,8	13,2
Ołów	0,5	4,0
(11,34)	0,8	7,1

Mierzono natężenia I, i I3 (patrz fig. 9) promieni Rontgena na wlocie i wylocie ekranowanego kanału, oraz obliczono współczynniki tłumienia η = 1,113 w celu porównania efektów tłumienia ekranowanego kanału według wynalazku oraz ekranowanego kanału bez ścianki działowej.

Na figurze 11 przedstawiono współczynniki tłumienia promieni Rontgena z uwzględnieniem stosunków grubości do warstw półchłonnych. Na fig. 11 punkt (a) odpowiada współczynnikom tłumienia promieni Rontgena z uwzględnieniem warstw półchłonnych dla ekranowanego kanału (o polu powierzchni przekroju poprzecznego 2,7 m²) bez ścianki działowej, oznaczenie O odpowiada współczynnikom tłumienia promieni Rontgena z uwzględnieniem

185 245 warstw półchłonnych dla kanału górnego (o polu powierzchni przekroju poprzecznego 1,8 m²) w ekranowanym kanale ze ścianką działową, a oznaczenie Δ odpowiada współczynnikom tłumienia z uwzględnieniem warstw półchłonnych dla kanału dolnego (o polu powierzchni przekroju poprzecznego 0,9 m²) w ekranowanym kanale ze ścianką działową. Analiza fig. 11 wykazuje, że współczynnik tłumienia jest większy kiedy pole powierzchni przekroju poprzecznego jest mniejsze w tej samej odległości od źródła promieni Rontgena i przy tej samej liczbie odbić, oraz że efekt tłumienia zwiększa się w przypadku podziału ekranowanego kanału ścianką działową.

Na figurze 12 przedstawiono współczynniki tłumienia (I₁/I₂) zmierzone dla jednego odbicia w ekranowanym kanale z fig. 9. Opisane powyżej równanie (3) można wyprowadzić z danych przedstawionych na fig. 12. Na podstawie fig. 11 stwierdzono, że efekt tłumienia nie zmienia się nawet kiedy grubość ścianki działowej jest zmniejszona do jednej dziesiątej warstwy półchłonnej (ścianka działowa z żelaza o grubości 1 mm w odniesieniu do maksymalnej energii promieni Rontgena równej 0,5MeV). Po zmniejszeniu grubości ścianki działowej do 0,08 warstwy półchłonnej (ścianka działowa z żelaza o grubości 1 mm w odniesieniu do maksymalnej energii promieni Rontgena równej 0,8 MeV), efekt tłumienia nieco obniża się, ale ciągle zwiększa skuteczność tłumienia bez zmiany kształtu ekranowanego kanału. Dalsze zwiększanie grubości ścianki działowej nie zmienia efektu tłumienia, ale pogarsza parametry urządzenia ekranującego pod względem trudności z montażem i pod względem ekonomicznym. W związku z tym, praktyczne jest stosowanie grubości ścianek działowych na poziomie co najwyżej około dziesięciu warstw półchłonnych.

Według drugiego aspektu wynalazku, ze względu na to, że w urządzeniu ekranującym promienie Rontgena lub gamma ekranowany kanał jest podzielony płytkami dzielącymi lub ściankami działowymi, zwiększa się skuteczność ekranowania urządzenia ekranującego w odniesieniu do promieni Rontgena lub gamma, ponadto do zainstalowania urządzenia ekranującego potrzeba stosunkowo mało miejsca i można je wykonać stosunkowo tanio.

Następnie opisano dalej przykład wykonania według kombinacji pierwszej i drugiej odmiany wynalazku, odwołując się do fig. 13. Kombinacja pierwszej i drugiej odmiany wynalazku silnie wpływa na tłumienie promieni Rontgena lub gamma.

Na figurze 13 przedstawiono w powiększeniu zespół 4-1 (lub 4-2) płytek dzielących lub ścianek działowych, odpowiadający zespołowi z fig. 2. Zespół 4-1 (lub 4-2) z fig. 13 jest identyczny z zespołem 4-1 (lub 4-2) z fig. 2, z tym wyjątkiem, że w jego skład wchodzi wiele płytek dzielących lub ścianek działowych 9 biegnących pomiędzy ścianką działową 7-1 a ścianką działową 7-3 i znajdujących się w pewnej odległości w pionie w kierunku podłużnym ekranowanego kanału 3 (patrz fig. 1). Ta płytka dzieląca lub ścianka działowa 9 stanowi drugą ściankę działową. To jest, jak przedstawiono na fig. 13, kanał ekranujący 3 (patrz fig. 1) podzielono za pomocą płytki dzielącej lub ścianki 7-1, 7-2 lub 7-3 na wiele leżących obok siebie kanałów, oraz powyższy kanał podzielono za pomocą płytki dzielącej lub ścianki działowej 9 na wiele leżących obok siebie w pionie kanałów pomocniczych, każdy o prosokątnym przekroju poprzecznym. W rezultacie można zwiększyć współczynnik tłumienia promieni Rontgena.

Powyżej szczegółowo pokazano i opisano pewne zalecane przykłady wykonania według wynalazku, ale rozumie się samo przez się, że można w nich dokonywać różnych zmian i modyfikacji, nie wykraczając poza zakres objęty załączonymi zastrzeżeniami patentowymi.

Wynalazek nadaje się do urządzeń ekranujących, w których nie można całkowicie uszczelnić źródła promieni Rontgena lub gamma, ponieważ trzeba wprowadzać do nich i wyprowadzać z nich substancje lub materiały podczas wytwarzania promieni Rontgena lub gamma przez źródło. Korzystnie, wynalazek znajduje zastosowanie w instalacjach obróbki gazów spalinowych, w których powstają promienie Rontgena podczas zderzania wiązki elektronowej z przeznaczonym do obróbki gazem spalinowym oraz trzeba odprowadzać obrabiany gaz lub produkt uboczny z otworu w ekranowanym kanale.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma, w szczególności otrzymywane w wyniku napromieniowania wiązką elektronową, która jest stosowana do obróbki gazów spalinowych, w którego skład wchodzą ścianka ekranująca ograniczająca, co najmniej jeden ekranowany kanał z otworem wlotowym i otworem wylotowym, w której umieszczane jest źródło wytwarzające promienie Rontgena lub gamma, które to źródło znajduje się od strony otworu wlotowego ekranowanego kanału, znamienne tym, że zawiera co najmniej jedną wewnętrzną płytkę lub ściankę usytuowaną w co najmniej części ekranowanego kanału (3) umieszczoną w kierunku od otworu wlotowego (A) do otworu wylotowego (B) tego ekranowanego kanału (3), przy czym wewnętrzna płytka lub ścianka jest co najmniej raz wygięta w ekranowanym kanale (3) i jest umieszczona w tym ekranowanym kanale (3) w taki sposób, że otwór wylotowy (B) jest niewidoczny od strony otworu wlotowego (A) ponadto urządzenie zawiera płytkę dzielącą lub ściankę działową (7-1) (7-2) (7-3) (8), która dzieli ekranowany kanał (3) na wiele kanałów.
2. Urządzenie ekranujące według zastrz. 1, znamienne tym, że płytka dzieląca lub ścianka działowa (7-1) (7-2) (7-3) (8) ma postać pofałdowanego ekranu z co najmniej jedną fałdą (7-f).
3. Urządzenie ekranujące według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera ponadto co najmniej jedną pomocniczą płytkę dzielącą lub ściankę działową (9) umieszczoną w co najmniej części ekranowanego kanału (3) dzielącą ten kanał na wiele kanałów pomocniczych.
4. Urządzenie ekranujące promienie Rontgena lub gamma w szczególności otrzymywane w wyniku napromieniowania wiązką elektronową, którą jest stosowana do obróbki gazów spalinowych, zawierające ściankę ekranującą ograniczającą co najmniej jeden ekranowany kanał z otworem wlotowym i otworem wylotowym, w której umieszczane jest źródło wytwarzające promienie Rontgena lub gamma, które to źródło znajduje się od strony otworu wlotowego ekranowanego kanału, znamienne tym, że kanał jest wygięty oraz zawiera co najmniej jedną płytkę dzielącą lub ściankę działową (14) usytuowaną w co najmniej części tego ekranowanego kanału dzielącą ekranowany kanał na wiele kanałów (18).
5. Urządzenie ekranujące według zastrz. 4, znamienne tym, że płytka dzieląca lub ścianka działowa (14) ma grubość stanowiącą w przybliżeniu co najmniej jedną dwudziestą warstwy półchłonnej materiału, z jakiego jest wykonana płytka dzielącą lub ścianka działowa (14).