打造具有示範意義的核物質放射性樣品檢測智慧實驗室

我國是世界上少數幾個擁有比較完整的核工業體系的國家之一，隨著核電、醫學、化學、生物學等學科的發展，建設先進的科研型核反應堆顯得尤為重要。為確保核試驗的安全進行，穩定利用核能，貫徹以人為本的科學發展觀，我國先後建立了鈾水冶廠、同位素分離廠、鈾轉換廠、核燃料元件製造廠、後處理廠和一批研究設計院所，我國的核試驗裝備從無到有，得到了很大的發展。

如今，科學家們正在探索如何利用先進的智能化試驗手段，避免科研工作者直接與危險樣品接觸，從而降低人員遭受核輻射的風險，並且提高試驗的可靠性，同時也是國家一項重要的課題。由北鋼聯所研製的放射性樣品取樣、檢測、清洗試驗設備，成為了核試劑檢驗領域的重要設備之一。該設備能夠以機械化的手段，替代人工完成實驗室所需的一系列樣品檢驗動作，實現核試劑檢驗過程中人員與試驗環境的完全分離，避免了科研人員與試劑近距離接觸造成的輻射風險。

集成化的結構設計

該設備主要由支撐及控制櫃體、上/下料跑兔系統（注1）、樣品轉移機器人、樣品識別裝置、樣品暫存位、樣品成分檢測裝置、開蓋裝置及控制系統等構成，能實現樣品試劑的自動上/下料、樣品識別後樣品瓶開蓋檢測、檢測後樣品回收下料及容器清洗全過程的自動化。

注1：跑兔系統，指通過氣壓或液壓驅動，將內裝輻照樣品的小容器，通過管道由實驗室快速送至核反應堆使樣品接受輻照，輻照後又迅速返回實驗室的裝置。被輸送的樣品稱為「兔子」。

設備運行工藝路線

首先，由上料系統提供樣品，機器人抓取樣品至待開蓋位置，由開蓋機構將樣品瓶蓋打開，隨後機器人將樣品轉移至檢測位置，由專業儀器進行測定，並在線記錄相關參數。隨後向樣品瓶內注入清洗液，充分清潔完畢後，通過壓縮空氣，吹乾樣品瓶。隨後擰緊瓶蓋，下料至跑兔系統，準備新一輪的試驗循環。

軟硬體集成系統

控制系統與機器人配合，確保實驗操作的智能化。由於實驗樣品體積小，操作步驟繁多，操作空間緊湊，且環境有一定的腐蝕性，常規的抓取機器人無法在此場景下發揮其效力。但是該設備採用了IP56級的輕型防護六軸機器人，可實現在緊湊空間內的微小型樣品轉移。通過控制系統配置，對各操作工位及操作裝置的即時信息感應、相應的參數配置可在線調節，僅通過啟動外部的軟體客戶端即可實現樣品的精確識別與轉移等各項操作步驟，同時實驗過程的參數均可在線監控，實現檢測過程的智能化。

多種防護裝置確保過程安全

設備整機材質選用316L高防護金屬，所有電纜均採用316L格蘭頭（注2）密封，機器人除選用IP56防護等級外，專門定製特殊材料防護服對機器人進行安全防護，確保在實驗過程中設備結構不受酸霧侵蝕，延長設備使用壽命。

注2：格蘭頭，又名電纜防水接頭、電纜固定頭，廣泛應用於機械設備電氣、船舶電氣、防蝕設備的電線電纜的固定和保護。

後端清洗措施實現操作的完整性

檢測使用的試劑瓶帶有殘存樣品，若不及時進行清洗將直接影響後續樣品的檢測結果，因此試劑瓶的清洗至關重要。檢測裝置配套清洗功能，可對試劑瓶進行溶劑清洗及吹乾操作兩個步驟，整套試驗裝置實現了完整的檢測過程，避免了試劑瓶取出另作清洗對環境的污染及人員的危害，真正實現試驗過程人員與樣品的完全隔離。

一個國家的實驗室水平標誌著科技與經濟的發達程度，直接影響著科研成就。依託國內智能製造的大背景，北鋼聯所研製的各類智能化試驗裝備，將為諸多行業尖端實驗室的智能化改造提供有力支撐，例如化工、醫學、電子等。隨著各類定製化試驗裝置的問世、安全環保理念的導入、智能化軟體的應用，採用無需人工干預的智能化試驗方式，能夠極大避免人為失誤的影響，其將成為未來先進實驗室的重點建設方向。因此，改變實驗室的發展觀念，改進其智能化程度，為科研工作者提供安全、高效、舒適的環境，是北鋼聯一貫秉承的研製理念和社會責任。