由于輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)樣品絕大部分為痕量放射性樣品，實(shí)驗(yàn)所需生物樣品量大，并且有的生物樣品不能長(zhǎng)時(shí)間存放，如螃蟹樣品冰凍存放后難以進(jìn)行監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)所要求的骨肉分離，需要在新鮮狀態(tài)進(jìn)行骨肉分離后進(jìn)行樣品前處理。因此，更需要在短時(shí)間內(nèi)處理大量的生物樣品。雖然我站擁有一定數(shù)量的烘箱、電爐、馬弗爐，且設(shè)備總數(shù)在國(guó)內(nèi)同行單位中屬于相對(duì)較多，但在樣品采集 “高峰時(shí)段”仍然存在樣品處理能力不足的問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，該智能大容量馬弗爐具有內(nèi)腔體積大、灰化效率高、自動(dòng)化程度高、安全系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，適用于大批量動(dòng)植物生物樣品的烘干、炭化和灰化。
1 設(shè)計(jì)過(guò)程中需要解決的技術(shù)問(wèn)題
設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的因素:
①馬弗爐爐腔溫度非均勻情況下，對(duì)易揮發(fā)核素?fù)p失和樣品灰化效率的影響;
②灰化過(guò)程中異味的凈化與去除;
③馬弗爐增大爐腔體積、溫度均勻性控制和檢測(cè)、溫度曲線(xiàn)記錄查詢(xún)與儲(chǔ)存、炭化灰化一體化的試驗(yàn)驗(yàn)證等。
設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮的內(nèi)容有: 與制造相關(guān)的材料及零部件供應(yīng)、工藝制造、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、儀器設(shè)備的檢測(cè); 爐腔的設(shè)計(jì)涉及加熱板、保溫材料; 箱體的設(shè)計(jì)涉及外殼、箱門(mén)、通風(fēng)裝置; 控制系統(tǒng)涉及溫控元器件、氣體流量控制、工控設(shè)備; 系統(tǒng)檢測(cè)涉及溫度均勻性、腔體密封性、氣體流量等。
2 放射性核素回收率試驗(yàn)
放射性核素灰化回收率，是直接關(guān)系到放射性核素測(cè)量是否準(zhǔn)確的重要參數(shù)，也是最后確定放射性核素含量( 或活度濃度) 的重要參數(shù)。因此，對(duì)于一臺(tái)新研制的烘干、炭化和灰化一體的馬弗爐，必須進(jìn)行必要的回收率測(cè)定和驗(yàn)證。謝運(yùn)棉、胡征蘭開(kāi)展過(guò)植物樣品中137Cs灰化回收率的測(cè)定，結(jié)果表明回收率是個(gè)比較復(fù)雜的動(dòng)態(tài)參數(shù)，不僅不同植物不同核素有較大差別，而且與炭化、灰化溫度和時(shí)間等均有較大關(guān)系。
3 快速炭化灰化試驗(yàn)
本項(xiàng)目還需要開(kāi)展不同方法的快速炭化灰化試驗(yàn)，以了解最佳的炭化灰化技術(shù)，發(fā)揮該設(shè)備的最優(yōu)性能。試驗(yàn)內(nèi)容也包括炭化灰化過(guò)程中充氮、供氧的輸入量、時(shí)間點(diǎn)和持續(xù)時(shí)間等。
4 爐腔溫度場(chǎng)的分布研究
對(duì)于大容量爐腔的一體化馬弗爐，腔內(nèi)工作溫度分布的均勻性是非常重要的因素，直接影響到烘干、炭化和灰化的效率和同步性。現(xiàn)有試驗(yàn)表明，給定時(shí)間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)全部樣品的完整灰化，但可進(jìn)一步優(yōu)化加溫結(jié)構(gòu)和布局，挖掘和提升裝置的性能。隨著各領(lǐng)域數(shù)字模擬技術(shù)的發(fā)展，基于有限元分析的溫度場(chǎng)分布模擬軟件已有很多，并在航空、汽車(chē)等工業(yè)領(lǐng)域得到重要應(yīng)用。本項(xiàng)目可引入這類(lèi)軟件，對(duì)一體化馬弗爐的加溫結(jié)果進(jìn)行溫度場(chǎng)分布的模擬和研究，并提出進(jìn)一步的改進(jìn)設(shè)計(jì)。也可引入內(nèi)部氣體導(dǎo)流技術(shù)，以促進(jìn)爐腔內(nèi)溫度分布的均勻性。
5 進(jìn)一步完善運(yùn)行環(huán)境條件
運(yùn)行環(huán)境條件是保障一臺(tái)設(shè)備運(yùn)行安全、實(shí)現(xiàn)理想炭化、灰化效果的重要因素。例如，建立實(shí)驗(yàn)室智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)改造實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、無(wú)人值守模式，建立樣品灰化控制溫度和實(shí)際溫度記錄系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控與電力、消防安全系統(tǒng)對(duì)接，能夠在需要的時(shí)候或是緊急情況下提供報(bào)警信號(hào)、自動(dòng)切斷電源或采取自動(dòng)滅火隔離措施等。
6 結(jié)論
基于實(shí)際監(jiān)測(cè)工作需要研制的智能大容量馬弗爐，基本實(shí)現(xiàn)了大量生物樣品的快速處理，具備了在輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用的條件。作為一個(gè)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試驗(yàn)證的樣機(jī)，仍有改進(jìn)和提高的工作可以進(jìn)一步開(kāi)展，以便研制出性能更好的智能大容量馬弗爐裝置。
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