放射性废物检测装置透射源支撑架受力分析

（绵阳市维博电子有限责任公司，绵阳 621000）

0 引言

透射源部件是放射性废物检测装置中的一个重要组成部件，通过透射源释放出辐照射线，经过准直器将射线转化成放射束，放射束穿过放射性废物进入探测器如图1所示，来检测并判断放射性废物的密度及辐照强度[1]。

在放射性废物检测装置样机试验阶段，由于透射源铅屏蔽层较重，引起透射源支撑架的严重变形，致使准直器放射束位置偏移，放射束无法准确到达探测器最有效区域，导致检测结果失真。

针对上述问题，对透射源支撑架进行优化设计，并通过有限元分析对改进方案进行验证。

1 透射源部件的组成

透射源部件要由透射源、屏蔽层、准直器和支撑架组成如图1所示。

图1 透射源工作状态示意图

透射源支撑架固定板与安装面板材料选用12mm厚的Q235钢板焊接而成，底部加强筋板采用10mm厚的Q235钢板。同时为了支撑架的减重，加强筋上做了相应镂空处理如图2所示。

通过4个M8的螺钉将透射源固定在支撑架安装面板的基准面上。

图2 透射源支撑架组成图

2 受力分析

根据放射性废物检测装置对放射性废物检测的形式，对透射源与探测器进行结构分析、并对透射源支撑架材料及受力等方面进有限元分析。

2.1 结构分析

透射源经过准直器将离散射线转化成放射束，放射束穿过放射性废物进入探测器，放射束直径为φ6mm，探测器有效区域直径为φ10mm，放射束允许的位置偏移小于2mm，如图3所示。透射源由铅屏蔽层包裹与准直器合起来重量可达12kg。

图3 放射束偏移区域示意图

当支撑架安装基准面所受压力为120N，安装面板的变形量要小于2mm，探测器才能有效的检测放射性废物各种辐照参数。

2.2 材料的选用。

透射源支撑架材料选用Q235钢，调质处理241～286HB，通过机械设计手册“碳素结构钢的力学性能”查表可知[2]：

屈服极限：σs=235MPa；

安全系数：S=1.5。

根据许用应力公式可得：

许用应力：σp=σs/S=235/1.5=156.7MPa。

2.3 透射源支撑架三维仿真分析

将支撑架三维模型简化后导入SOLIDWORKS中的simulation模块[3]，赋予零件材料属性，设置固定板为约束面，安装面板基准面为受力面，添加载荷等后求解[4]结果如图4、图5所示。

图4 支撑架应力云图

如图3所示结果表明最大应力出现在面板与加强筋板焊接的位置，最大应力为0.457N/mm2，远小于Q235钢的许用应力[5]，强度符合要求。

图5 支撑架位移云图

同时如图4所示支撑架面板的变形量较小，最大位移0.003115mm，远小于放射束允许的位置偏移，满探测器对透射源部件结构的要求。

3 结论

通过以上对透射源支撑架优化方案的受力分析，改进后的支撑架结构满足使用要求，不会对探测器的测量结果造成影响。通过样机验证，放射性废物检测装置的检测效果良好。