工业CT铅房的功能选择
孙凯 吕益良 郑诗杨
摘? 要：随着工业技术的进步，对无损检测的要求也越来越高，工业CT作为无损检测重要的手段，其铅房的设计制作是必不可少的，铅房具备多种功能提供设备工作所需的条件和保证人员的安全，根据设备的尺寸和需求灵活制定铅房的尺寸样式和搭配铅房的各种功能。
关键词：工业CT;铅房;工件门系统
中图分类号：TG115.22+2? ? ? 文献标志码：A
工业CT技术是20世纪80、90年代重大科研成果之一，其技术特点是利用锥束CT（Cone-beam CT，CBCT）的X射线扫描，清晰、准确地再现物体高分辨率和各向同性的三维立体结构，是一项广泛参与工业设计、工业制造、无损检测等方面的新型支撑技术。
工业CT工作时就会不可避免地产生X射线，而X射线对人体是有严重危害的，所以其在设计制作时会有自防护系统用于对其产生的X射线进行屏蔽以保护工作人员和人民公众的生命安全及身体健康。自防护系统应满足人员在关注点的周剂量控制水平为对职业工作人员不大于100μSv/周，对公众不大于5μSv/周，并且满足关注点最高周围剂量控制水平不大于2.5μSv/h[1]。自防护系统的基本原理是利用重金属的原子序数和密度相对较高的特点，X射线在穿射其内部的过程中能量急剧衰减，则X射线衰弱甚至消失。所有重金属中只有铅的密度相对较大、本身毫无辐射、价格相对便宜等，并且在长时间辐射条件下其原子结构不会被破坏能持续的使用，物理特性和化学特性也比较稳定便于制作，所以设计制作工业CT的自防护系统时一般都会选择铅作为屏蔽X射线的材料，简称为铅房。
工业CT工作时对环境条件的要求比较苛刻，也就要求铅房须具备多种功能。工业CT对环境条件的要求一般包括安装形式、防护屏蔽、物体进出、温度湿度、电气照明、工况监测、安全预防以及外观颜色等，则铅房对应的功能一般为：固定移动、铅层防护、工件门系统、检修门系统、换气系统、温控系统、照明系统、电控柜系统、监控系统、安全系统、油漆标识等。
1 固定移动
铅房作为一个整体，是需要固定安装的形式还是需要移动固定的形式是根据铅房大小以及使用场地和客户需求等决定的。一般体积比较大、能量比较强、使用场地比较阔的铅房选择固定安装的形式，做好地基一体成型，不便于移动，但整体稳定性好，对外形尺寸以及整体重量无限制。一般体积比较小、能量比较弱、使用场地比较窄的铅房選择移动固定的形式，在移动轮上铺设基础，其他结构在基础上顺延制作，外形尺寸和整体重量受限，但移动更换使用场地方便。铅房设计制作时具体选择哪种方式还是根据需求决定。
2 铅层防护
铅层防护是铅房的基本功能，铅作为屏蔽射线的优选材料被广泛用于制作铅房的屏蔽层。铅的元素符号Pb，原子序数82，周期序数6，相对原子质量207.2，晶胞为面心立方晶胞，熔点327.5℃，沸点1 740℃，密度11.3 g/cm3，比热容0.13kJ/（kg·K），硬度1.5。没有氧化层的铅为银白色的重金属，有毒，硬度非常低，延展性很好，导电性能相当低，抗腐蚀性能很高，金属铅在空气中受到氧、水、二氧化碳等的作用，表面会很快氧化生成保护薄膜进一步增强其稳定性[2]，根据金属铅的物理化学特性判定其比较适合作为屏蔽射线的材料。工业CT制作时首先会确定其所用的射线机型号及射线机摆放位置，根据相应的参数可计算出铅房6个面所需的铅层厚度，由于X射线的反射、散射和折射等的特性以及射线机发出的是锥束X射线，所以铅房须做6个面的防护，开孔处、缝隙处、接缝处都需做加强防护处理。铅板是用物理（螺钉固定）或化学（胶水粘贴）的方法，把一层一层的薄铅板堆叠固定成所需厚度，再固定于6个面的骨架上，在需要加强屏蔽的地方根据设计制作的要求具体制成所需的厚度和形状。
3 工件门系统
工件门系统是铅房必不可少的功能，是检测工件或者操作人员进出铅房的唯一出入口。工件门系统包括门洞门体、移动组件、限位组件、防夹组件、护罩组件、LED屏组件、报警灯组件以及控制组件等。门洞尺寸大小根据设计意图及放置设备和工件大小确定，门体采用电机带动皮带平移再带动门体平移的模式，移动组件采用滑轨固定安装于铅房而滑块和门体随皮带在滑轨上平移的样式，运动模块是否移动到位由行程开关或接近开关控制，门洞适当高度装有红外防夹装置，为了安全和外观整洁增加造型护罩遮盖移动组件并构造所需造型，LED屏与射线机相连用来显示其是否发出射线，报警灯也与射线机相连显示其是否发出射线，控制组件是利用行程开关或接近开关等信号装置实现所需要的功能或运动，并且控制组件与射线机相连形成门机连锁机制以保证安全。工件门系统如有需要有时也可代替检修门系统，不过须具体考虑设备的安装调试和检修维护再统一折中设计制作。
4 检修门系统
检修门系统是为了设备安装调试和检修维护，设备需要整机放置进铅房或者设备换修零部件比较大时才用到检修门，有时候可以由工件门系统替代。检修门洞尺寸大小一般稍大于设备外形尺寸，这样便于设备整体放置进铅房。工件门一般选用手动双开的形式，并且闭合时有行程开关形成门机连锁。
5 换气系统
换气系统是将射线机工作时高压电离和X射线衰减产生的有害气体排出室外，并将新鲜空气吸入室内，在这个过程中如果室内形成负压更加有利于空气的交换，如果室外空气温度较低，换气系统也可兼顾温控系统。由于热空气上升冷空气下沉的特性和有害气体比空气重的特性，铅房一般会选择下进上出或者上进下出的进排气方式，即在铅房的底面或侧下方设置进气口，而在铅房的顶面或侧上方设置出气口，或者在铅房的底面或侧下方设置出气口而在铅房的顶面或侧上方设置进气口，在进气口或者出气口安装轴流风机带动空气的流通使室内空气得以交换。也可采取下进下出或者上进上出的进排气方式，但是此种方法不常用，进气孔也可用门体门洞缝隙或者线孔代替。所有的进气口和出气口都要做防护处理，并且所有进气口和出气口一般都不在射线主照面开孔，甚至避开射线出束角度内的墙体，同时风机的安装也需考虑其检修和维护的方便性。
6 温控系统
温控系统是将铅房室内温控控制在设备工作所需的范围，一般在设备热量聚集区附近安装一个温度探头并在室外安装显示模块用来检测室内温度，并根据铅房内部空间的大小安置一台空调，空调须具备制冷和制热功能，并且兼具除湿功能，不但能调节温度还能调节湿度。空调外机安置于室外隐蔽处，内机安置于室内空气流通处，采用室外控制器控制室内遥控器控制的双控制模式，所有电子元器件应避开射线主照面。如果铅房外部空气温度和湿度可控的情况下换气系统也可兼顾温控系统。
7 照明系统
照明系统是为铅房室内和电控柜内部提供灯光照明以便于人员操作，是必不可少的功能，不过由于光线直射的特性单一光源照射易有死角，在铅房设计制作照明系统时根据照明面积一般设置多处光源，并且是双数多方向交叉照射，这样室内几乎没有暗影，人员操作时铅房内部和电控柜内部明亮无死角。
8 电控柜系统
电控柜系统是摆放铅房电气系统和设备电气系统的地方，根据空间的需求可大可小，一般铅房在设计制作时设置单独的电控柜并预留足够的空间放置设备的电气系统，并且电控柜设计成与铅房一体并隐蔽设计处理。若设备自带电控柜放置其电气系统并摆放铅房内部，那铅房的电控柜就可改成操作箱甚至不要，只用功能按钮控制铅房的动作，所有电气系统相互连接并和射线机形成安全机制，统一一根电缆从外部取电并从内部分电。
9 监控系统
监控系统是为了监视铅房内部设备运行情况和铅房外部环境情况，以便工作人员实时了解铅房内外的情况。铅房内外一般安置多个摄像头多角度多画面的在同一显示器上观察，但具体摄像头的数量多少则根据设备的大小和环境的需要决定。一般也只有相对较大的铅房才需要设置监控系统，如果相对较小的铅房有可视化铅玻璃窗口可观察铅房内部情况则不用安装监控。
10 安全系统
安全系统是由铅房和设备的多层安全措施组成的用来保护人员和设备，如多个行程开关组成的门机联锁装置、反射式红外光电开关组成的物件防夹装置、LED显示屏和声光报警灯组成射线联锁装置、多个电源空气开关形成的过载保护装置、多個急停按钮组成的设备急停装置、室内外多个辐射剂量仪组成的辐射实时监测装置、控制软件和功能软件关联形成的安全互锁装置等，从各个子系统到整机，从硬件到软件各个方面多层面多措施的来保护人员和设备。各个安全措施相对独立又相互连接，任何一个地方任何一道程序只要有一个有问题，就不允许射线机发出射线，只有设备的全套安全系统都放行的情况下才允许射线机发出射线，采用这些安全措施的目的只有一个，就是保护工作人员和人民群众的生命安全及身体健康。
11 油漆标识
油漆标识作为铅房的最后一道程序也是影响铅房外观的重要功能之一，油漆喷涂颜色在满足国家标准的前提下可根据公司产品战略布局和客户需求选择不同的色号。一般会根据铅房功能模块或者造型布局选择不同的色号，室内尽量选择浅色系色号增加亮度，室外尽量选择色号对比度较大的色号增加层次感，尽量避免选择太艳的色号。至于标识如公司名称、公司LOGO、产品型号、安全标志、功能说明等也是在满足国家标准的前提下可根据公司产品战略布局和客户需求选择不同的形式和色号。铅房从外观看色彩不会过多，一般在3种颜色左右，过多过艳反而给人凌乱的感觉。
12 结语
铅房这些功能模块各个独立运行又相互连接，根据设计制作的需要可灵活搭配使用，但无论怎样搭配铅房的几项基本功能不得缺失，实现的样式可根据实际情况具体变动，但是无论如何变化，铅房的第一功能就是屏蔽设备产生的射线，此为铅房的基本目的。
参考文献
[1]邓大平.工业X射线探伤放射防护要求[S].北京：国家卫生和计划生育委员会，2015：3.
