放射性伽玛刀切割机的设计

　　伽玛刀是一种利用放射性元素放射聚焦来杀死病人体内的病变细胞，从而代替开刀治疗的手术器械。我国从 20 世纪 90 年代中期引进伽玛刀技术和设备应用于肿瘤的临床治疗，目前中国已经成为世界上的伽玛刀大国。伽玛刀以 Co60 作为放射性材料，半衰期为 5. 3 年，当放射性原料衰减到一定的程度时，伽玛刀就不能提供治疗所需的辐射量。使用过的伽玛刀仍具有很强的放射性，不加处理会对环境和人类造成危害。因此，生产厂家就要将废弃的伽玛刀回收作为核废料处理。受国内技术能力的限制，生产厂家往往将伽玛刀整体运往国外按质量计费处理，其处理成本非常高。如果能将废弃伽玛刀切割开，将内部的 Co60取出作为高能放射性核废料送往国外处理，包壳作为低放射性废料在国内处理，处理成本将大大降低。作者提出一种将废弃伽玛刀 Co60 和包壳分离并分别处理的方法，根据伽玛刀的自身结构，研制出放射性伽玛刀切割机，实现对放射性伽玛刀的切割，解决高放射性核废料和低放射性废料分离问题。

　　1 总体设计方案

　　1. 1 设计要求

　　考虑到伽玛刀具有很强的放射性，所以切割过程应避免人的直接参与，防止辐射对人体的伤害; 设备要适应热室内潮湿的工作环境，并能在强辐射环境中长期稳定的工作; 除装取伽玛刀由机械手完成外，其余工作过程自动完成。切割过程中切口卷边要小，切割完成后要保证机械手顺利取出垫块、倒出物料; 整机结构应紧凑，操作简便灵活，具有良好的可靠性、稳定性和安全性。

　　1. 2 设计应解决的关键技术问题

　　设计应解决的关键技术问题有:

　　( 1) 根据伽玛刀的结构外形，确定定位基准，以保证定位准确。

　　( 2) 切割时如何实现自动对伽玛刀进行夹紧和自动松开夹紧装置。

　　( 3) 单次切割还是分次切割以及分次切割时切割位置的确定，根据可行性及切割效率来选择切割方式。

　　( 4) 切割过程实行自动控制。

　　1. 3 总体原理方案

　　通过分析放射性伽玛刀切割机的功能，对各种原理和结构方案进行评价所确定的总体原理方案如图1所示。该方案能够实现除安装和取下伽玛刀由机械手完成外，其余工作过程自动完成，采用单片机控制机械系统的方式实现自动化切割。机械系统主要由夹紧装置部分、进给部分、切割部分组成; 控制部分主要协调各电机的运动和控制各动作的先后顺序，使整个系统有序稳定地工作。采用该方案能解决设计中需要解决的自动切割问题。

　　整机切割伽玛刀的过程为: 步进电机启动，通过丝杠螺母副带动工作台作进给运动，使刀具接近伽玛刀，另一方面借助传动推力通过压缩弹簧使移动弧形块亦向前运动，当移动块和固定块合并后压紧伽玛刀，然后工作台上的铣刀电机启动带动铣刀头作旋转运动，当工作台运动到切割位置时，铣刀对伽玛刀开始进行切割，当碰到右行程开关时，切割完毕。铣刀电机停转，同时步进电机反转，带动工作台后退，当两弧形块分开至稍大于伽玛刀直径的距离，控制机械手抓取切开的伽玛刀，并倒出 Co60 及垫块，工作台后退，碰到左行程开关时，步进电机停转，工作台复位。