当今, 放射性同位素与射线装置在科研、工业、医学、农业等各个领域得以广泛应用, 核技术利用在创造经济效益的同时, 也存在放射性污染安全隐患, 因此, 在射线装置及放射源的使用场所应设置必要的防护安全联锁、报警装置或者工作信号^[1]。笔者对放射源、射线装置在工业探伤应用过程中提出多种行之有效的、创新设计的安全联锁方法。

1 各类安全联锁装置功能简介 1.1 门机联锁

未开机状态下, 探伤室门在未能完全关闭到位的情况下, 探伤机不能启动(探伤机高压不启动); 探伤机在启动状态下, 门不能从外面打开。这种联锁对通过电源控制的射线装置行之有效, 但是对于手摇控制的γ放射源没有作用。

1.2 剂量联锁

探伤作业时, 探伤室内安装的固定式辐射剂量监测仪将测得的辐射剂量率通过数据传输显示在控制室主控设备上, 主控设备根据设定好剂量值的大小确定门机联锁, 当高于设置值时, 门不能被打开。这种联锁方式适用于手动控制的放射源探伤。

1.3 钥匙联锁

操作人员只有使用控制箱钥匙才能启动探伤机或打开人员通道门。在探伤机启动状态下, 钥匙无法取出, 人员通道门不能被开启; 在人员通道门开启的情况下, 钥匙无法取出, 探伤室不能启动。

1.4 无人监控开关与探伤机联锁

在探伤室内安装无人监控开关, 探伤人员撤离探伤室, 检查确认探伤室内无人滞留后, 按下监控开关, 方可以在控制室内启动探伤机, 否则无法启动探伤机。

1.5 急停控制系统

探伤室内可设置急停开关, 被滞留在探伤室的人员只要按下紧急逃逸开关(必要时可设置多个逃逸开关), 探伤机立即停止工作, 人员通道门自动打开^[2]。同样这种装置适用于电控的射线装置, 对手动的放射源探伤并不适用。

1.6 声、光警示系统

第一种:在探伤作业时, 自动发出声音、灯光、灯箱等警示, 探伤作业结束时, 自动关闭上述警示; 第二种:在探伤室内设置的警示系统, 一旦有人未能从探伤室及时撤出, 可通过按动报警器, 提示操作室人员停止作业, 并打开门。

2 现有安全联锁存在的问题 2.1 多台工业X射线探伤机同时使用的联锁问题

工业X射线探伤室最常用到的安全联锁装置是门机联锁, 很多单位所采取的都是一机一联锁的方式, 即一个高压联锁装置只能控制一台X射线探伤机, 由于工作关系, 常常需要在一个探伤室同时使用多台X射线探伤机, 这种情况下, 这种单台机器的联锁方式显然不能满足安全防护的要求, 并在探伤作业中产生安全隐患。

2.2 手动式γ射线探伤室联锁问题

一般的γ射线探伤机(见图 1)在探伤作业时一般通过手摇驱动将放射源从屏蔽体内通过输源软管送到曝光位置进行工作, 经过一定的曝光时间后, 将放射源收回到屏蔽体内, 这种手摇设计由于不需要使用电力控制, 所以不能像一般的X射线探伤室那样实现门机联锁。γ射线探伤机接头磨损, 输源管老化等原因可导致收源时产生卡死现象, 如果没有安全联锁装则极易产生误照射及超剂量照射事故, 因此设计一套完善的安全联锁装置对固定式γ射线探伤室至关重要。

3 安全联锁装置的创新设计 3.1 多台工业X射线探伤机同时使用的安全联锁设计 3.1.1 手工改造联锁线路法

目前, 在X射线探伤作业中使用最多的是便携式X射线探伤机, 这种机器其高压一般由可控硅来控制高压变压器初级回路的脉冲电压来实现。为了实现多台机器同时使用时联锁, 我们可以把联锁、报警器的触点分别接到便携式探伤机的中心控制器高压开关回路中, 即在中心控制单元高压关回路并联一个常闭触点, 而在高压开回路中串联一个常开触点(见图 2)。把各个触点接到相应的探伤机后, 再把联锁、报警器中的行程开关安装于探伤曝光室的出、入门上。在工作时, 首先把联锁报警器的电源开关合上, 这时安装于曝光室周围的警示灯打开发光。当曝光室内所有人员全部撤离并关闭铅门后, 门上的行程开关接通联锁器触点, 通电后, 各触点动作, 原来常开的触点均被接通, 接入联锁的所有探伤机均处于随时可以上高压的状态(高压开回路触点合上, 高压关回路触点自动断开)。相反, 如果铅门没有关上, 或者探伤机正常工作时打开铅门, 则门上的行程开关立即自动断开, 使联锁器中的继电器断电, 所有触点复位, 联锁器发出警告信息, 此时任何一台探伤机都不能上高压, 正在工作中的所有探伤机也会立即跳闸关掉高压, 从而有效确保了辐射安全。

3.1.2 购置设计成熟的门机联锁保护器

对于没有能力改造联锁装置的单位, 可以选择购买设计较为成熟的门机联锁保护器(见图 3)以达到多台机器同时联锁的目的。这种门机联锁报警器可与探伤室警示灯、报警器、铅门相连接, 在打开保护器时, 铅门关闭, 警示灯亮, 报警器也发出报警声, 此时X射线探伤机可正常开启使用。如果在使用中开启铅门, 所有接入保护器的探伤机高压均被切断, 但探伤机冷却系统依旧在工作, 这样既达到了门机联锁的目的, 又有效保护的探伤机的射线管。这种保护器的设计原理见图 4。

3.2 手动式γ射线探伤室安全联锁设计 3.2.1 改进式剂量联锁法 3.2.1.1 作用

通过在探伤室内安装固定式辐射剂量检测设备对剂量值进行实时监测, 并将监测结果通过数据传输显示在控制室主控设备上, 对主控设备设置一个剂量率水平值, 当探伤室内剂量率水平低于这个设置值时门可以通过操作程序打开, 当高于设置值时, 门不能被打开。

3.2.1.2 原理

通过控制室剂量监测主控设备与探伤室大门自动锁定装置相联接, 使大门锁定装置根据剂量监测主控设备的设定值自动锁定。

3.2.1.3 不足

在探伤室防护门未关闭时, 仍可出源; 探伤室大门在出源后自动锁定, 如果探伤室有人未及时撤出也无法在里面打开大门。

3.2.1.4 改进

在探伤室防护门外安装剂量监测探头, 探伤机操作平台安装含报警功能的接收器, 监测探头与接收器相连接, 当防护门未关闭或未完全关上, 探头检测到剂量值超过设定限值时将检测数据传输至接收器, 并立即触发报警, 提醒操作人员立即收源; 在探伤室内安装紧急开门开关, 紧急开关应与操作平台的报警器相连接, 当防护门关闭探伤机出射线时, 仍滞留探伤室的人员可通过紧急开关打开大门, 同时触发操作平台报警器, 提醒操作员收源, 设计原理如图 5。

3.2.2 使用γ射线探伤机自动控制台 3.2.2.1 原理

γ射线探伤机由手摇方式改进为电动方式, 这种设计可像普通的X射线机一样与防护大门设置门机联锁。

3.2.2.2 优点

该控制台可采用电子定时器定时, 操作简单, 可以遥控操作, 便于设计门机联锁。

3.2.2.3 不足

该设备由于出源机构采用微动开关到位的方式, 开关易受灰尘、油污等因素的干扰, 造成出源电机到位不能停机, 出源(回源)不到位, 甚至在老化后卡源等安全隐患^[3]。

3.2.2.4 改进

在使用自动控制台的同时采用探伤室剂量监测, 即在探伤室内安装剂量监测设备, 将监测结果回馈至控制室显示器上, 如自动控制台回源后探伤室剂量仍很高, 则不能打开防护门, 应检修自动控制台, 待修复并正确收源后方可打开探伤室大门。

4 结论

探伤室安全联锁装置作为一种积极有效的安全防护手段, 我们应该在实践中不断完善和改进其防护性能和可操作性, 在不同的场所采用不同的联锁设计, 可大为改善和发展安全联锁的效能, 像视频监控等手段也可以和安全联锁装置相结合, 更好的提高防护性能, 保障辐射安全。