由于輻射環(huán)境監(jiān)測樣品絕大部分為痕量放射性樣品，實驗所需生物樣品量大，并且有的生物樣品不能長時間存放，如螃蟹樣品冰凍存放后難以進行監(jiān)測標準所要求的骨肉分離，需要在新鮮狀態(tài)進行骨肉分離后進行樣品前處理。因此，更需要在短時間內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，且設備總數(shù)在國內同行單位中屬于相對較多，但在樣品采集 “高峰時段”仍然存在樣品處理能力不足的問題。為了解決上述問題，該智能大容量馬弗爐具有內腔體積大、灰化效率高、自動化程度高、安全系數(shù)大等優(yōu)點，適用于大批量動植物生物樣品的烘干、炭化和灰化。
1 設計過程中需要解決的技術問題
設計過程中需要考慮的因素:
①馬弗爐爐腔溫度非均勻情況下，對易揮發(fā)核素損失和樣品灰化效率的影響;
②灰化過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、溫度曲線記錄查詢與儲存、炭化灰化一體化的試驗驗證等。
設計過程中，需要考慮的內容有: 與制造相關的材料及零部件供應、工藝制造、控制系統(tǒng)設計、儀器設備的檢測; 爐腔的設計涉及加熱板、保溫材料; 箱體的設計涉及外殼、箱門、通風裝置; 控制系統(tǒng)涉及溫控元器件、氣體流量控制、工控設備; 系統(tǒng)檢測涉及溫度均勻性、腔體密封性、氣體流量等。
2 放射性核素回收率試驗
放射性核素灰化回收率，是直接關系到放射性核素測量是否準確的重要參數(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，對于一臺新研制的烘干、炭化和灰化一體的馬弗爐，必須進行必要的回收率測定和驗證。謝運棉、胡征蘭開展過植物樣品中137Cs灰化回收率的測定，結果表明回收率是個比較復雜的動態(tài)參數(shù)，不僅不同植物不同核素有較大差別，而且與炭化、灰化溫度和時間等均有較大關系。
3 快速炭化灰化試驗
本項目還需要開展不同方法的快速炭化灰化試驗，以了解最佳的炭化灰化技術，發(fā)揮該設備的最優(yōu)性能。試驗內容也包括炭化灰化過程中充氮、供氧的輸入量、時間點和持續(xù)時間等。
4 爐腔溫度場的分布研究
對于大容量爐腔的一體化馬弗爐，腔內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?，F(xiàn)有試驗表明，給定時間內能夠實現(xiàn)全部樣品的完整灰化，但可進一步優(yōu)化加溫結構和布局，挖掘和提升裝置的性能。隨著各領域數(shù)字模擬技術的發(fā)展，基于有限元分析的溫度場分布模擬軟件已有很多，并在航空、汽車等工業(yè)領域得到重要應用。本項目可引入這類軟件，對一體化馬弗爐的加溫結果進行溫度場分布的模擬和研究，并提出進一步的改進設計。也可引入內部氣體導流技術，以促進爐腔內溫度分布的均勻性。
5 進一步完善運行環(huán)境條件
運行環(huán)境條件是保障一臺設備運行安全、實現(xiàn)理想炭化、灰化效果的重要因素。例如，建立實驗室智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過改造實現(xiàn)遠程監(jiān)控、無人值守模式，建立樣品灰化控制溫度和實際溫度記錄系統(tǒng)。遠程監(jiān)控與電力、消防安全系統(tǒng)對接，能夠在需要的時候或是緊急情況下提供報警信號、自動切斷電源或采取自動滅火隔離措施等。
6 結論
基于實際監(jiān)測工作需要研制的智能大容量馬弗爐，基本實現(xiàn)了大量生物樣品的快速處理，具備了在輻射環(huán)境監(jiān)測領域推廣應用的條件。作為一個經(jīng)過長時間測試驗證的樣機，仍有改進和提高的工作可以進一步開展，以便研制出性能更好的智能大容量馬弗爐裝置。
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