工業CT鉛房的功能選擇

孫凱　呂益良　鄭詩楊

摘? 要：隨著工業技術的進步，對無損檢測的要求也越來越高，工業CT作為無損檢測重要的手段，其鉛房的設計制作是必不可少的，鉛房具備多種功能提供設備工作所需的條件和保證人員的安全，根據設備的尺寸和需求靈活制定鉛房的尺寸樣式和搭配鉛房的各種功能。

關鍵詞：工業CT;鉛房;工件門系統

中圖分類號：TG115.22+2? ? ? 文獻標志碼：A

工業CT技術是20世紀80、90年代重大科研成果之一，其技術特點是利用錐束CT（Cone-beam CT，CBCT）的X射線掃描，清晰、準確地再現物體高分辨率和各向同性的三維立體結構，是一項廣泛參與工業設計、工業制造、無損檢測等方面的新型支撐技術。

工業CT工作時就會不可避免地產生X射線，而X射線對人體是有嚴重危害的，所以其在設計制作時會有自防護系統用于對其產生的X射線進行屏蔽以保護工作人員和人民公眾的生命安全及身體健康。自防護系統應滿足人員在關注點的周劑量控制水平為對職業工作人員不大于100μSv/周，對公眾不大于5μSv/周，并且滿足關注點最高周圍劑量控制水平不大于2.5μSv/h[1]。自防護系統的基本原理是利用重金屬的原子序數和密度相對較高的特點，X射線在穿射其內部的過程中能量急劇衰減，則X射線衰弱甚至消失。所有重金屬中只有鉛的密度相對較大、本身毫無輻射、價格相對便宜等，并且在長時間輻射條件下其原子結構不會被破壞能持續的使用，物理特性和化學特性也比較穩定便于制作，所以設計制作工業CT的自防護系統時一般都會選擇鉛作為屏蔽X射線的材料，簡稱為鉛房。

工業CT工作時對環境條件的要求比較苛刻，也就要求鉛房須具備多種功能。工業CT對環境條件的要求一般包括安裝形式、防護屏蔽、物體進出、溫度濕度、電氣照明、工況監測、安全預防以及外觀顏色等，則鉛房對應的功能一般為：固定移動、鉛層防護、工件門系統、檢修門系統、換氣系統、溫控系統、照明系統、電控柜系統、監控系統、安全系統、油漆標識等。

1 固定移動

鉛房作為一個整體，是需要固定安裝的形式還是需要移動固定的形式是根據鉛房大小以及使用場地和客戶需求等決定的。一般體積比較大、能量比較強、使用場地比較闊的鉛房選擇固定安裝的形式，做好地基一體成型，不便于移動，但整體穩定性好，對外形尺寸以及整體重量無限制。一般體積比較小、能量比較弱、使用場地比較窄的鉛房選擇移動固定的形式，在移動輪上鋪設基礎，其他結構在基礎上順延制作，外形尺寸和整體重量受限，但移動更換使用場地方便。鉛房設計制作時具體選擇哪種方式還是根據需求決定。

2 鉛層防護

鉛層防護是鉛房的基本功能，鉛作為屏蔽射線的優選材料被廣泛用于制作鉛房的屏蔽層。鉛的元素符號Pb，原子序數82，周期序數6，相對原子質量207.2，晶胞為面心立方晶胞，熔點327.5℃，沸點1 740℃，密度11.3 g/cm3，比熱容0.13kJ/（kg·K），硬度1.5。沒有氧化層的鉛為銀白色的重金屬，有毒，硬度非常低，延展性很好，導電性能相當低，抗腐蝕性能很高，金屬鉛在空氣中受到氧、水、二氧化碳等的作用，表面會很快氧化生成保護薄膜進一步增強其穩定性[2]，根據金屬鉛的物理化學特性判定其比較適合作為屏蔽射線的材料。工業CT制作時首先會確定其所用的射線機型號及射線機擺放位置，根據相應的參數可計算出鉛房6個面所需的鉛層厚度，由于X射線的反射、散射和折射等的特性以及射線機發出的是錐束X射線，所以鉛房須做6個面的防護，開孔處、縫隙處、接縫處都需做加強防護處理。鉛板是用物理（螺釘固定）或化學（膠水粘貼）的方法，把一層一層的薄鉛板堆疊固定成所需厚度，再固定于6個面的骨架上，在需要加強屏蔽的地方根據設計制作的要求具體制成所需的厚度和形狀。

3 工件門系統

工件門系統是鉛房必不可少的功能，是檢測工件或者操作人員進出鉛房的唯一出入口。工件門系統包括門洞門體、移動組件、限位組件、防夾組件、護罩組件、LED屏組件、報警燈組件以及控制組件等。門洞尺寸大小根據設計意圖及放置設備和工件大小確定，門體采用電機帶動皮帶平移再帶動門體平移的模式，移動組件采用滑軌固定安裝于鉛房而滑塊和門體隨皮帶在滑軌上平移的樣式，運動模塊是否移動到位由行程開關或接近開關控制，門洞適當高度裝有紅外防夾裝置，為了安全和外觀整潔增加造型護罩遮蓋移動組件并構造所需造型，LED屏與射線機相連用來顯示其是否發出射線，報警燈也與射線機相連顯示其是否發出射線，控制組件是利用行程開關或接近開關等信號裝置實現所需要的功能或運動，并且控制組件與射線機相連形成門機連鎖機制以保證安全。工件門系統如有需要有時也可代替檢修門系統，不過須具體考慮設備的安裝調試和檢修維護再統一折中設計制作。

4 檢修門系統

檢修門系統是為了設備安裝調試和檢修維護，設備需要整機放置進鉛房或者設備換修零部件比較大時才用到檢修門，有時候可以由工件門系統替代。檢修門洞尺寸大小一般稍大于設備外形尺寸，這樣便于設備整體放置進鉛房。工件門一般選用手動雙開的形式，并且閉合時有行程開關形成門機連鎖。

5 換氣系統

換氣系統是將射線機工作時高壓電離和X射線衰減產生的有害氣體排出室外，并將新鮮空氣吸入室內，在這個過程中如果室內形成負壓更加有利于空氣的交換，如果室外空氣溫度較低，換氣系統也可兼顧溫控系統。由于熱空氣上升冷空氣下沉的特性和有害氣體比空氣重的特性，鉛房一般會選擇下進上出或者上進下出的進排氣方式，即在鉛房的底面或側下方設置進氣口，而在鉛房的頂面或側上方設置出氣口，或者在鉛房的底面或側下方設置出氣口而在鉛房的頂面或側上方設置進氣口，在進氣口或者出氣口安裝軸流風機帶動空氣的流通使室內空氣得以交換。也可采取下進下出或者上進上出的進排氣方式，但是此種方法不常用，進氣孔也可用門體門洞縫隙或者線孔代替。所有的進氣口和出氣口都要做防護處理，并且所有進氣口和出氣口一般都不在射線主照面開孔，甚至避開射線出束角度內的墻體，同時風機的安裝也需考慮其檢修和維護的方便性。

6 溫控系統

溫控系統是將鉛房室內溫控控制在設備工作所需的范圍，一般在設備熱量聚集區附近安裝一個溫度探頭并在室外安裝顯示模塊用來檢測室內溫度，并根據鉛房內部空間的大小安置一臺空調，空調須具備制冷和制熱功能，并且兼具除濕功能，不但能調節溫度還能調節濕度。空調外機安置于室外隱蔽處，內機安置于室內空氣流通處，采用室外控制器控制室內遙控器控制的雙控制模式，所有電子元器件應避開射線主照面。如果鉛房外部空氣溫度和濕度可控的情況下換氣系統也可兼顧溫控系統。

7 照明系統

照明系統是為鉛房室內和電控柜內部提供燈光照明以便于人員操作，是必不可少的功能，不過由于光線直射的特性單一光源照射易有死角，在鉛房設計制作照明系統時根據照明面積一般設置多處光源，并且是雙數多方向交叉照射，這樣室內幾乎沒有暗影，人員操作時鉛房內部和電控柜內部明亮無死角。

8 電控柜系統

電控柜系統是擺放鉛房電氣系統和設備電氣系統的地方，根據空間的需求可大可小，一般鉛房在設計制作時設置單獨的電控柜并預留足夠的空間放置設備的電氣系統，并且電控柜設計成與鉛房一體并隱蔽設計處理。若設備自帶電控柜放置其電氣系統并擺放鉛房內部，那鉛房的電控柜就可改成操作箱甚至不要，只用功能按鈕控制鉛房的動作，所有電氣系統相互連接并和射線機形成安全機制，統一一根電纜從外部取電并從內部分電。

9 監控系統

監控系統是為了監視鉛房內部設備運行情況和鉛房外部環境情況，以便工作人員實時了解鉛房內外的情況。鉛房內外一般安置多個攝像頭多角度多畫面的在同一顯示器上觀察，但具體攝像頭的數量多少則根據設備的大小和環境的需要決定。一般也只有相對較大的鉛房才需要設置監控系統，如果相對較小的鉛房有可視化鉛玻璃窗口可觀察鉛房內部情況則不用安裝監控。

10 安全系統

安全系統是由鉛房和設備的多層安全措施組成的用來保護人員和設備，如多個行程開關組成的門機聯鎖裝置、反射式紅外光電開關組成的物件防夾裝置、LED顯示屏和聲光報警燈組成射線聯鎖裝置、多個電源空氣開關形成的過載保護裝置、多個急停按鈕組成的設備急停裝置、室內外多個輻射劑量儀組成的輻射實時監測裝置、控制軟件和功能軟件關聯形成的安全互鎖裝置等，從各個子系統到整機，從硬件到軟件各個方面多層面多措施的來保護人員和設備。各個安全措施相對獨立又相互連接，任何一個地方任何一道程序只要有一個有問題，就不允許射線機發出射線，只有設備的全套安全系統都放行的情況下才允許射線機發出射線，采用這些安全措施的目的只有一個，就是保護工作人員和人民群眾的生命安全及身體健康。

11 油漆標識

油漆標識作為鉛房的最后一道程序也是影響鉛房外觀的重要功能之一，油漆噴涂顏色在滿足國家標準的前提下可根據公司產品戰略布局和客戶需求選擇不同的色號。一般會根據鉛房功能模塊或者造型布局選擇不同的色號，室內盡量選擇淺色系色號增加亮度，室外盡量選擇色號對比度較大的色號增加層次感，盡量避免選擇太艷的色號。至于標識如公司名稱、公司LOGO、產品型號、安全標志、功能說明等也是在滿足國家標準的前提下可根據公司產品戰略布局和客戶需求選擇不同的形式和色號。鉛房從外觀看色彩不會過多，一般在3種顏色左右，過多過艷反而給人凌亂的感覺。

12 結語

鉛房這些功能模塊各個獨立運行又相互連接，根據設計制作的需要可靈活搭配使用，但無論怎樣搭配鉛房的幾項基本功能不得缺失，實現的樣式可根據實際情況具體變動，但是無論如何變化，鉛房的第一功能就是屏蔽設備產生的射線，此為鉛房的基本目的。

參考文獻

[1]鄧大平.工業X射線探傷放射防護要求[S].北京：國家衛生和計劃生育委員會，2015：3.