RU180072U1 - DEVICE FOR PROCESSING WATER MEDIA WITH GAMMA IRRADIATION - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области ядерной техники, а именно к стационарным устройствам с неподвижным облучателем и предназначена для проведения радиационных процессов в водных средах, в частности полимеризации. Также, с использованием предлагаемой полезной модели, могут быть реализованы процессы стерилизации, пастеризации и модификации свойств материалов. Технический результат заключается в обеспечении эффективного и равномерного облучения жидких сред, а также в возможности варьировать производительность процесса в широком диапазоне и в упрощении конструкции. Согласно полезной модели, устройство для обработки водных сред гамма-облучением содержит один источник ионизирующего излучения линейного типа, размещенный в полом канале, который, в свою очередь, расположен по центральной вертикальной оси внутри технологического объема, представляющего собой, по меньшей мере, две независимые облучательные камеры, вместе образующие цилиндр и разделенные между собой радиальными перегородками, при этом каждая облучательная камера, в свою очередь, внутри разделена, по меньшей мере, на три смежных секции, разделенные перегородками, и сообщающиеся посредством перетоков с продольным сечением в виде полуокружности.The utility model relates to the field of nuclear engineering, namely to stationary devices with a fixed feed and is designed to conduct radiation processes in aqueous media, in particular polymerization. Also, using the proposed utility model, sterilization, pasteurization and modification of material properties can be implemented. The technical result is to ensure effective and uniform irradiation of liquid media, as well as the ability to vary the performance of the process over a wide range and to simplify the design. According to a utility model, a device for treating aqueous media with gamma radiation contains one linear type of ionizing radiation source located in a hollow channel, which, in turn, is located along a central vertical axis inside the process volume, which is at least two independent irradiators chambers together forming a cylinder and separated by radial partitions, each irradiation chamber, in turn, inside is divided into at least three adjacent sections, p Thousands separator partitions and flows through communicating with a longitudinal section in the form of a semicircle.

Description

Полезная модель относится к области ядерной техники, а именно к стационарным устройствам с неподвижным облучателем и предназначена для проведения радиационных процессов в водных средах, в частности полимеризации. Также, с использованием предлагаемой полезной модели, могут быть реализованы процессы стерилизации, пастеризации и модификации свойств материалов.The utility model relates to the field of nuclear engineering, namely to stationary devices with a fixed feed and is designed to conduct radiation processes in aqueous media, in particular polymerization. Also, using the proposed utility model, sterilization, pasteurization and modification of material properties can be implemented.

Известно, что радиолиз воды, сопровождается образованием веществ, в том числе радикалов, которые способны выступать активными инициаторами химических реакций. Во многих случаях влияние данных веществ на полимеризацию в водных средах существенно превалирует над прямым радиационным разрушением химических связей в облучаемых мономерах при их облучении в водной среде, что позволяет отказаться от использования катализаторов и специальных химических инициаторов. Таким образом, получение полимеров под действием гамма-излучения в водных растворах позволяет исключить или существенно снизить количества отходов производства, а также получать продукт высокой чистоты, что важно, например, при производстве продуктов медицинского назначения.It is known that radiolysis of water is accompanied by the formation of substances, including radicals, which are able to act as active initiators of chemical reactions. In many cases, the effect of these substances on the polymerization in aqueous media substantially prevails over the direct radiation destruction of chemical bonds in irradiated monomers when they are irradiated in an aqueous medium, which eliminates the use of catalysts and special chemical initiators. Thus, the production of polymers under the action of gamma radiation in aqueous solutions eliminates or significantly reduces the amount of production waste, as well as to obtain a high-purity product, which is important, for example, in the manufacture of medical products.

В настоящее время в мире существует большое многообразие облучательных установок, применяемых для радиационной обработки различных изделий и объектов. Ниже рассмотрены те, которые могут быть применены для облучения водных сред.Currently in the world there is a wide variety of irradiation plants used for radiation treatment of various products and objects. Below are those that can be used to irradiate aqueous media.

Известна промышленная гамма-установка [Атомная энергия, том 65, вып. 2, август 1988, стр. 157-160] для обработки пищевых продуктов, содержащая плоскостной облучатель, сформированный из трубчатых элементов, закрепленных на защитном блоке и заполненных источниками излучения, устройство перемещения облучателя с защитным блоком и источником с электромеханическим устройством аварийного сброса облучателя, «сухое» хранилище облучателя с комплектом блоков защиты и теплообменником, систему перемещения объекта на облучение и после облучения, включающую подвесной контейнер с устройством перегрузки и разворота облучаемого объекта, систему управления установкой и вспомогательное оборудование. Оборудование смонтировано в помещении с бетонной защитой. При этом продукция облучается в автоматическом режиме ионизирующим потоком однажды установленной величины, а доза облучения регламентируется временем облучения.Known industrial gamma installation [Atomic energy, volume 65, no. 2, August 1988, pp. 157-160] for food processing, comprising a planar irradiator formed of tubular elements mounted on a protective block and filled with radiation sources, an irradiator moving device with a protective block and a source with an electromechanical emergency irradiator discharge device, " dry ”storage of the irradiator with a set of protection blocks and a heat exchanger, a system for moving the object to and after irradiation, including a hanging container with an overload and reversal device facility, installation management system and auxiliary equipment. The equipment is mounted in a room with concrete protection. In this case, the products are irradiated automatically by an ionizing stream of a once established value, and the radiation dose is regulated by the exposure time.

Известно устройство [Патент RU №2414761 «Гамма-установка для радиационной обработки объектов»] для радиационной обработки объектов, содержащее облучатель, сформированный из трубчатых элементов-кассет с источниками излучения, закрепленных на траверсе (раме), привод перемещения облучателя, систему управления и радиационную защиту с хранилищем облучателя, облучатель прямоугольной формы выполнен секционно, параллельно облучателю расположена матрица детекторов, и снабжен электромеханическими фиксаторами положения секций облучателя, при этом фиксаторы связаны электрически с приводом облучателя через блок управления с возможностью выведения в положение облучения или хранения любой отдельной секции или всего облучателя с фиксацией в заданном положении для формирования заданного радиационного поля облучаемого объекта.A device is known [Patent RU No. 2414761 "Gamma installation for radiation processing of objects"] for radiation processing of objects, comprising an irradiator formed of tubular cassette elements with radiation sources mounted on a traverse (frame), a drive for moving the irradiator, a control system and a radiation protection with storage of the irradiator, the rectangular irradiator is made in sections, a matrix of detectors is located parallel to the irradiator, and is equipped with electromechanical clamps for the position of the irradiator sections, at m tabs connected electrically to the feed actuator through the control unit to derive a position of irradiation or storing any single section or only the illuminator latched at a predetermined position to form a predetermined radiation field of the irradiated object.

Известно устройство [Патент SU 493167 «Гамма установка»], предназначенное для облучения объектов различной конфигурации. Устройство включает в себя набор трубок-кассет с радиационными источниками, закрепленными роликовыми цепями либо тросами, а в облучательной камере установлены передвигающиеся опоры, например, звездочки, полозья и др., несущие на себе держатели с кассетами. Конструкция позволяет легко менять конфигурацию облучательной камеры и облучателя.A device is known [Patent SU 493167 "Gamma installation"], designed to irradiate objects of various configurations. The device includes a set of cassette tubes with radiation sources fixed by roller chains or cables, and moving supports, for example, sprockets, runners, etc., carrying holders with cassettes, are installed in the irradiation chamber. The design makes it easy to change the configuration of the irradiation chamber and irradiator.

Общим недостатком вышеописанных изобретений является наличие различного рода механизмов, необходимых для перемещения в пространстве облучателя и/или транспортировку объектов к месту облучения в камеру и обратно. Данные механизмы могут со временем изнашиваться и выходить из строя, ремонт в этом случае, осложнен высокими уровнями активности радиационных источников, которая может составлять до сотен тысяч кюри. В соответствии с нормами радиационной безопасности загрузка подлежащих радиационному воздействию объектов в облучательную камеру и последующая выгрузка осуществляются по лабиринтной системе, что придает устройствам повышенную громоздкость, особенно при использовании в качестве биологической защиты бетонных конструкций. Облучение жидких сред с использованием вышеописанных конструкций устройств возможно в специальных контейнерах.A common disadvantage of the above inventions is the presence of various kinds of mechanisms necessary for moving in the space of the irradiator and / or transportation of objects to the place of irradiation in the chamber and vice versa. These mechanisms can wear out and fail over time, and repairs in this case are complicated by high levels of activity of radiation sources, which can be up to hundreds of thousands of curies. In accordance with radiation safety standards, the objects to be exposed to radiation are loaded into the irradiation chamber and then unloaded through a labyrinth system, which makes the devices more bulky, especially when using concrete structures as biological protection. Irradiation of liquid media using the above-described device designs is possible in special containers.

Необходимость загрузки и выгрузки контейнеров не позволяет реализовать процесс в непрерывном режиме.The need to load and unload containers does not allow to implement the process in a continuous mode.

Известно изобретение [Patent US 3602712 A Fluid irradiating apparatus using gamma rays and helical passageways], предназначенное для облучения жидких отходов, например, сточных вод. Описываемое устройство включает в себя множество неподвижных источников ионизирующего излучения (ИИИ), расположенных по двум концентрическим круговым рядам, и облучательную камеру, вокруг источников излучения, выполненную в виде трубных спиралей, изгибов и поворотов. Технологическая камера позволяет осуществлять непрерывную подачу и отвод облучаемой среды. Облучательная камера облачена в бетон, выполняющий роль биологической защиты. Данное изобретение является наиболее близким по своему конструктивному исполнению к заявленной полезной модели и выбрано в качестве прототипа.Known invention [Patent US 3602712 A Fluid irradiating apparatus using gamma rays and helical passageways], intended for the irradiation of liquid waste, such as wastewater. The described device includes many stationary sources of ionizing radiation (III) located in two concentric circular rows, and an irradiation chamber around the radiation sources, made in the form of pipe spirals, bends and turns. The technological chamber allows continuous supply and removal of the irradiated medium. The irradiation chamber is clad in concrete, performing the role of biological protection. This invention is the closest in its design to the claimed utility model and is selected as a prototype.

Недостатком прототипа является неэффективное использование радиационных источников, поскольку излучение, проходящее через межтрубное пространство облучательной камеры не задействуется в технологических целях. Кроме того, система имеет один технологический контур с ограниченным сечением трубы, т.е. вся облучаемая среда проходит один сложный маршрут по единой трубе. Это, в свою очередь, приводит к повышенному гидродинамическому сопротивлению при пропускании вязких сред или при высокой скорости прокачки, что ограничивает производительность устройства. Очевидно, что прототип не позволяет реализовать равномерное облучение прокачиваемой через него среды, поскольку в конструкции имеются технологические каналы с одинаковым поперечным сечением, удаленные от источников ионизирующего излучения на разное расстояние.The disadvantage of the prototype is the inefficient use of radiation sources, because the radiation passing through the annulus of the irradiation chamber is not involved for technological purposes. In addition, the system has one process circuit with a limited pipe section, i.e. the entire irradiated medium passes one difficult route through a single pipe. This, in turn, leads to increased hydrodynamic resistance when passing viscous media or at a high pumping speed, which limits the performance of the device. Obviously, the prototype does not allow to realize uniform irradiation of the medium pumped through it, since the design has technological channels with the same cross section, at different distances from ionizing radiation sources.

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании устройства для обработки жидких сред гамма-облучением простой конструкции, обеспечивающее эффективное и равномерное облучение жидких сред, а также позволяющее варьировать производительность процесса в широком диапазоне.The technical problem to which the invention is directed is to create a device for treating liquid media with gamma irradiation of a simple design, which ensures efficient and uniform irradiation of liquid media, and also allows you to vary the performance of the process in a wide range.

Технический результат достигается использованием устройства для обработки водных сред гамма-облучением, включающем технологический объем для прокачивания жидких сред в радиационных полях, а также содержащим один источник ионизирующего излучения линейного типа, размещенный в полом канале, который, в свою очередь, расположен по центральной вертикальной оси внутри технологического объема, представляющего собой, по меньшей мере, две независимые облучательные камеры, вместе образующие цилиндр и разделенные между собой радиальными перегородками, при этом каждая облучательная камера, в свою очередь, внутри разделена, по меньшей мере, на три смежных секции, разделенные перегородками и сообщающиеся посредством перетоков с продольным сечением в виде полуокружности.The technical result is achieved by using a device for treating aqueous media with gamma radiation, including a technological volume for pumping liquid media in radiation fields, and also containing one linear type ionizing radiation source located in a hollow channel, which, in turn, is located on the central vertical axis inside the technological volume, which is at least two independent irradiation chambers, together forming a cylinder and separated by radial rodkami, each Irradiation chamber, in turn, is divided in at least three adjacent sections, and separated by partitions communicating via overflows with a longitudinal section in the form of a semicircle.

Устройство для обработки водных сред гамма-облучением имеет, как минимум два независимых канала ввода и два канала вывода облучаемых жидких сред.A device for treating aqueous media with gamma radiation has at least two independent input channels and two output channels for irradiated liquid media.

Предлагаемое устройство для обработки водных сред гамма-облучением содержит две или более независимых облучательных камеры, сосредоточенных в едином корпусе и расположенных вокруг линейного ИИИ так, что достигается равномерное облучение прокачиваемой через данные камеры среды. Внутренний объем облучательных камер разделен перегородками на сообщающиеся секции с разным проходным сечением, при этом прокачиваемая среда, находясь в камере, меняет свое направление движение несколько раз, двигаясь вдоль ИИИ, что позволяет подвергать ее многократному и эффективному воздействию ионизирующих излучений.The proposed device for treating aqueous media with gamma irradiation contains two or more independent irradiation chambers concentrated in a single housing and located around a linear III so that uniform irradiation of the medium pumped through these chambers is achieved. The internal volume of the irradiation chambers is divided by partitions into communicating sections with different flow cross sections, while the pumped medium, being in the chamber, changes its direction of motion several times, moving along the IRS, which allows it to be exposed to multiple and effective effects of ionizing radiation.

Устройство схематически показано на Фиг. 1 (вертикальный разрез), Фиг. 2 (горизонтальный разрез), где:The device is schematically shown in FIG. 1 (vertical section), FIG. 2 (horizontal section), where:

1 - облучательная камера;1 - irradiation chamber;

2 - радиальная перегородка, разделяющая облучательные камеры:2 - radial partition separating the irradiation chambers:

3 - секция облучательной камеры;3 - section of the irradiation chamber;

4 - перегородка, разделяющая секции облучательной камеры;4 - a partition dividing the sections of the irradiation chamber;

5 - переток между секциями облучательной камеры;5 - flow between sections of the irradiation chamber;

6 - вводы облучаемой среды;6 - inputs of the irradiated medium;

7 - отводы облучаемой среды;7 - taps of the irradiated medium;

8 - канал с линейным ИИИ.8 - channel with a linear III.

Устройство действует следующим образом. Технологический объем, через который прокачивается облучаемая среда, представляет собой две или более независимые облучательные камеры 1, разделенные между собой радиальными перегородками 2 и образующие совместно цилиндрическую форму. Каждая облучательная камера, в свою очередь, внутри разделена, по меньшей мере, на три смежные секции 3, разделенные перегородками 4. Движение облучаемой среды в каждой камере осуществляется последовательно от внешней секции к внутренней по перетокам 5, имеющим полукруглое сечение. Подача облучаемой среды осуществляется через вводы 6 в днище внешних секций облучательных камер, а забор облученной среды производится через отводы 7 в крышке внутренних секций. Система подачи исходной среды через днище внешних секций, а также геометрия самих секций выполнена таким образом, что исключено образование значимых обратных потоков и застойных зон. Для создания радиационного поля используется линейный ИИИ в виде одного или нескольких закрытых радиационных источников (ЗРИ) на основе кобальта-60 или цезия-137. Линейный ИИИ размещается в полом канале 8, расположенном по вертикальной центральной оси внутри технологического объема. Применение линейного ИИИ позволяет получать равномерный профиль дозовых нагрузок облучения среды по высоте облучательной камеры. Горизонтальный же профиль дозовых нагрузок будет изменяться в меньшую сторону в направлении от поверхности ИИИ к внешней границе облучательных камер за счет пространственного рассеивания излучения и поглощения излучения конструкционными материалами устройства и облучаемой средой. В этом случае равномерность дозовых нагрузок на облучаемую среду при различном удалении от поверхности канала с ИИИ в объеме облучательной камеры обеспечивается разным временем воздействия ионизирующего излучения. Достигается это тем, что при движении облучаемой жидкости от секции к секции в направлении от внешней границы облучательной камеры к каналу с ИИИ, когда мощность дозы возрастает, линейная скорость течения облучаемой среды будет соизмеримо увеличиваться за счет уменьшения площадей проходных сечений секций облучательных камер в сторону канала с ИИИ. Таким образом, при движении среды в облучательной камере от внешней секции к внутренней, происходит ее многократное облучение при постоянных дозовых нагрузках.The device operates as follows. The technological volume through which the irradiated medium is pumped is two or more independent irradiation chambers 1, separated by radial partitions 2 and together forming a cylindrical shape. Each irradiation chamber, in turn, is internally divided into at least three adjacent sections 3, separated by partitions 4. The movement of the irradiated medium in each chamber is carried out sequentially from the outer section to the inner one over flows 5 having a semicircular section. The irradiated medium is supplied through the inlets 6 in the bottom of the external sections of the irradiation chambers, and the irradiated medium is taken through the outlets 7 in the cover of the inner sections. The system for supplying the initial medium through the bottom of the external sections, as well as the geometry of the sections themselves, is designed in such a way that the formation of significant reverse flows and stagnant zones is excluded. To create a radiation field, a linear III is used in the form of one or several closed radiation sources (ZRI) based on cobalt-60 or cesium-137. Linear III is located in the hollow channel 8, located on the vertical central axis inside the process volume. The use of linear III makes it possible to obtain a uniform dose profile of the radiation exposure of the medium along the height of the irradiation chamber. The horizontal profile of dose loads will change in a smaller direction in the direction from the surface of the III to the outer boundary of the irradiation chambers due to spatial dispersion of radiation and absorption of radiation by the structural materials of the device and the irradiated medium. In this case, the uniformity of dose loads on the irradiated medium at different distances from the channel surface with III in the volume of the irradiation chamber is ensured by different times of exposure to ionizing radiation. This is achieved by the fact that when the irradiated liquid moves from section to section in the direction from the outer boundary of the irradiation chamber to the channel with the III, when the dose rate increases, the linear flow rate of the irradiated medium will increase commensurably by reducing the area of the passage sections of the sections of the irradiation chambers towards the channel with III. Thus, when the medium moves in the irradiation chamber from the outer section to the inner one, it is repeatedly irradiated at constant dose loads.

Наличие отдельных, независимых облучательных камер в составе предлагаемой полезной модели позволяет варьировать ее производительность не только изменением скорости потока, но и задействованием определенного количества облучательных камер, а также использовать отдельные облучательные камеры единовременно под решение различных задач. Количество облучательных камер и секций в них, а также их габариты выбираются исходя из требуемой производительности устройства, физических свойств облучаемой среды и решаемых задач.The presence of separate, independent irradiation chambers as part of the proposed utility model makes it possible to vary its productivity not only by changing the flow rate, but also by activating a certain number of irradiation chambers, as well as using separate irradiation chambers at a time to solve various problems. The number of irradiation chambers and sections in them, as well as their dimensions, are selected based on the required performance of the device, the physical properties of the irradiated medium and the tasks to be solved.

Claims (2)

1. Устройство для обработки водных сред гамма-облучением, включающее технологический объем для прокачивания жидких сред в радиационных полях, отличающееся тем, что содержит один источник ионизирующего излучения линейного типа, размещенный в полом канале, который, в свою очередь, расположен по центральной вертикальной оси внутри технологического объема, представляющего собой, по меньшей мере, две независимые облучательные камеры, вместе образующие цилиндр и разделенные между собой радиальными перегородками, при этом каждая облучательная камера, в свою очередь, внутри разделена, по меньшей мере, на три смежных секции, разделенные перегородками и сообщающиеся посредством перетоков.1. Device for treating aqueous media with gamma irradiation, comprising a process volume for pumping liquid media in radiation fields, characterized in that it contains one linear type ionizing radiation source located in a hollow channel, which, in turn, is located along a central vertical axis inside the technological volume, which is at least two independent irradiation chambers, together forming a cylinder and separated by radial partitions, each irradiating I camera, in turn, internally divided into at least three adjacent sections, and separated by partitions communicating via overflows. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что имеет как минимум два независимых канала ввода и два канала вывода облучаемых жидких сред.2. The device according to claim 1, characterized in that it has at least two independent input channels and two output channels of irradiated liquid media.

Images