由于辐射环境监测样品绝大部分为痕量放射性样品，实验所需生物样品量大，并且有的生物样品不能长时间存放，如螃蟹样品冰冻存放后难以进行监测标准所要求的骨肉分离，需要在新鲜状态进行骨肉分离后进行样品前处理。因此，更需要在短时间内处理大量的生物样品。虽然我站拥有一定数量的烘箱、电炉、马弗炉，且设备总数在国内同行单位中属于相对较多，但在样品采集 “高峰时段”仍然存在样品处理能力不足的问题。为了解决上述问题，该智能大容量马弗炉具有内腔体积大、灰化效率高、自动化程度高、安全系数大等优点，适用于大批量动植物生物样品的烘干、炭化和灰化。
1 设计过程中需要解决的技术问题
设计过程中需要考虑的因素:
①马弗炉炉腔温度非均匀情况下，对易挥发核素损失和样品灰化效率的影响;
②灰化过程中异味的净化与去除;
③马弗炉增大炉腔体积、温度均匀性控制和检测、温度曲线记录查询与储存、炭化灰化一体化的试验验证等。
设计过程中，需要考虑的内容有: 与制造相关的材料及零部件供应、工艺制造、控制系统设计、仪器设备的检测; 炉腔的设计涉及加热板、保温材料; 箱体的设计涉及外壳、箱门、通风装置; 控制系统涉及温控元器件、气体流量控制、工控设备; 系统检测涉及温度均匀性、腔体密封性、气体流量等。
2 放射性核素回收率试验
放射性核素灰化回收率，是直接关系到放射性核素测量是否准确的重要参数，也是最后确定放射性核素含量( 或活度浓度) 的重要参数。因此，对于一台新研制的烘干、炭化和灰化一体的马弗炉，必须进行必要的回收率测定和验证。谢运棉、胡征兰开展过植物样品中137Cs灰化回收率的测定，结果表明回收率是个比较复杂的动态参数，不仅不同植物不同核素有较大差别，而且与炭化、灰化温度和时间等均有较大关系。
3 快速炭化灰化试验
本项目还需要开展不同方法的快速炭化灰化试验，以了解最佳的炭化灰化技术，发挥该设备的最优性能。试验内容也包括炭化灰化过程中充氮、供氧的输入量、时间点和持续时间等。
4 炉腔温度场的分布研究
对于大容量炉腔的一体化马弗炉，腔内工作温度分布的均匀性是非常重要的因素，直接影响到烘干、炭化和灰化的效率和同步性。现有试验表明，给定时间内能够实现全部样品的完整灰化，但可进一步优化加温结构和布局，挖掘和提升装置的性能。随着各领域数字模拟技术的发展，基于有限元分析的温度场分布模拟软件已有很多，并在航空、汽车等工业领域得到重要应用。本项目可引入这类软件，对一体化马弗炉的加温结果进行温度场分布的模拟和研究，并提出进一步的改进设计。也可引入内部气体导流技术，以促进炉腔内温度分布的均匀性。
5 进一步完善运行环境条件
运行环境条件是保障一台设备运行安全、实现理想炭化、灰化效果的重要因素。例如，建立实验室智能监控系统，通过改造实现远程监控、无人值守模式，建立样品灰化控制温度和实际温度记录系统。远程监控与电力、消防安全系统对接，能够在需要的时候或是紧急情况下提供报警信号、自动切断电源或采取自动灭火隔离措施等。
6 结论
基于实际监测工作需要研制的智能大容量马弗炉，基本实现了大量生物样品的快速处理，具备了在辐射环境监测领域推广应用的条件。作为一个经过长时间测试验证的样机，仍有改进和提高的工作可以进一步开展，以便研制出性能更好的智能大容量马弗炉装置。
