集裝箱安檢加速器的輻射防護(hù)評價

福建省輻射環(huán)境監(jiān)督站　黃世耀

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集裝箱安檢加速器的輻射防護(hù)評價

福建省輻射環(huán)境監(jiān)督站黃世耀

[摘要]隨著我國“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，進(jìn)出口業(yè)務(wù)日益增長，集裝箱運(yùn)輸量增長迅速。由于集裝箱的隱蔽性，驗(yàn)箱工作給海事部門帶來極大的困難。為了更快更好地檢測進(jìn)出口貨物，提高工作效率和精確度，許多港口碼頭都建有集裝箱安檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用加速器X射線輻射成像技術(shù)，得到物體內(nèi)部不同密度的物質(zhì)的分布圖像，可以區(qū)分出貨物中是否摻雜有錯報、違禁、危險品等，達(dá)到貨物安全檢查的目的，但加速器產(chǎn)生的X射線不可避免導(dǎo)致電離輻射的產(chǎn)生，使得周圍公眾和工作人員受到一定的電離輻射。所以，工作場所的輻射防護(hù)不容忽視。該文通過具體案例分析與研究，理論與實(shí)際相結(jié)合，提出可供參考的具體量化預(yù)測，不僅可為建設(shè)單位針對已建項(xiàng)目自我整改提供參考，也可對擬建項(xiàng)目的輻射防護(hù)實(shí)施提供理論依據(jù)，最終為審管部門提供管理依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]加速器電離輻射X射線輻射防護(hù)

1　集裝箱安檢加速器的工作原理

集裝箱安檢系統(tǒng)從射線方面可分為兩種，一種是利用放射源（如鈷60）產(chǎn)生的γ射線成像，另一種是利用加速器產(chǎn)生的X射線成像。由于放射源無時無刻都在釋放γ射線，方向是向四面八方擴(kuò)散的，隨著活度的衰減需要定期更換放射源，在安全防護(hù)方面也比較苛刻，大大增加了操作維護(hù)的難度，基于以上幾點(diǎn)，大部分港口碼頭選擇加速器安檢系統(tǒng)。

福建省內(nèi)集裝箱安檢加速器系統(tǒng)基本上都使用清華同方威視技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，從H986系統(tǒng)到如今的FG系列、MB系列、MT系列、PB系列、RF系列和FS系列等眾多產(chǎn)品，但其原理都是相同的，只是在能量大小、檢測速度及檢測環(huán)境有所差異。本文以福建省內(nèi)常見的MT1213DE型號為具體案例進(jìn)行研究探討。

MT1213DE型車載移動式檢查系統(tǒng)采用交替雙能（6/3MeV）駐波電子直線加速器，加速器是產(chǎn)生高能電子束的裝置，當(dāng)高能電子束與靶物質(zhì)相互作用時，其部分能量轉(zhuǎn)換為穿透力較強(qiáng)的軔致輻射，發(fā)出脈沖X射線束，X射線能量有3MeV和6MeV兩種，經(jīng)準(zhǔn)直器成形后，變成扇形束。被檢查物通過系統(tǒng)掃描時，圖像獲取系統(tǒng)得到X射線穿透的圖像，通過一系列算法重建，系統(tǒng)能夠判斷集裝箱內(nèi)貨物的等效原子序數(shù)。根據(jù)等效原子序數(shù)的不同區(qū)分出有機(jī)物和無機(jī)物，并將不同材料用顏色在掃描圖像上區(qū)分，如有機(jī)物將被標(biāo)為橙色，無機(jī)物將被標(biāo)為藍(lán)色。物質(zhì)識別功能將會為檢查人員提供更為有效、準(zhǔn)確和直觀的圖像信息，以協(xié)助他們查出藏匿的違禁品和危險品。

系統(tǒng)采用交替雙能（6/3MeV）駐波電子直線加速器，它可以按照預(yù)先設(shè)定的頻率交替射出高能（6MeV）和低能（3MeV）的X射線（見圖1）。

圖1　6/3MeV交替雙能脈沖示意圖

當(dāng)高能和低能X射線穿透相同物質(zhì)時，因?yàn)椴煌牡刃з|(zhì)量衰減率，在掃描圖像中得到的灰度值是不一樣的。高、低能量X射線對應(yīng)的被檢物質(zhì)圖像灰度值之比取決于物質(zhì)的等效原子序數(shù)，等效原子序數(shù)越高，該比值越高。通過這種相對應(yīng)的關(guān)系和特殊的雙能算法對衰減后的高能X射線信號和低能X射線信號進(jìn)行處理，可以獲得被掃描物質(zhì)的等效原子序數(shù)（Zeff）所在的范圍，從而進(jìn)行物質(zhì)識別。

由于采用了交替雙能成像技術(shù)，系統(tǒng)僅需進(jìn)行一次掃描，就能夠同時生成高能、低能灰度圖像和物質(zhì)識別的彩色圖像。而不需要來回掃描幾次，從而節(jié)省了掃描時間、提高了系統(tǒng)的通過率。

2　集裝箱安檢加速器的輻射防護(hù)

由MT1213DE安檢系統(tǒng)的工作原理可知，項(xiàng)目運(yùn)行期主要污染因子為X射線，來自于系統(tǒng)中的加速器，所產(chǎn)生的X射線是隨加速器的開關(guān)而產(chǎn)生和消失。有用線束(俗稱主線束)穿透豎探測器臂的透射線，主線束受集裝箱、豎探測器臂、橫探測器臂的散射線，以及穿過加速器室屏蔽墻的漏射線，這些透射線、散射線和漏射線穿過掃描大廳的屏蔽墻后泄漏到周圍環(huán)境，從而造成對操作人員和周圍公眾的X射線外照射。MT1213DE型車載移動式檢查系統(tǒng)所輸出X射線最大能量分別為3MeV和6MeV，均低于10MeV，不會產(chǎn)生感生放射性和中子污染問題，因此我們主要考慮X射線經(jīng)透射和散射后所到達(dá)點(diǎn)的輻射劑量。

（1）透射計算公式：

表1　屏蔽計算TVT表

（2）散射計算公式：

系統(tǒng)的主要屏蔽措施：控制艙采用鉛、鋼多層屏蔽結(jié)構(gòu)，后艙壁采用2mm鋼夾3mm鉛，左艙壁采用10mm鋼；準(zhǔn)直器鉛屏蔽長度為150mm，厚度為15mm，外加14mm的鋼結(jié)構(gòu)。豎探測器臂背后采用180mm鉛+10mm鋼，側(cè)面板采用5mm厚鉛板；后墻采用350mm厚混凝土墻。橫探測器臂背后采用80mm鉛；加速器艙后墻采用200mm厚混凝土墻。

（3）屏蔽計算結(jié)果

各點(diǎn)劑量率的估算結(jié)果如表2所示，預(yù)測點(diǎn)位見圖2。

表2　系統(tǒng)邊界上點(diǎn)劑量率計算結(jié)果

圖2　MT1213DE安檢系統(tǒng)預(yù)測點(diǎn)位示意圖

從以上計算結(jié)果可知，該MT1213DE安檢系統(tǒng)邊界外環(huán)境劑量率均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《輻射型集裝箱檢查系統(tǒng)》（GB19211－2003）的規(guī)定（小于2.5μGy/h）。

3　結(jié)論

通過對集裝箱安檢加速器的輻射防護(hù)評價可以看出，為了使安檢系統(tǒng)邊界輻射率達(dá)標(biāo)，建設(shè)單位可以從加速器能量大小、加速器自身屏蔽材料和厚度、掃描大廳屏蔽材料和厚度、系統(tǒng)邊界與加速器之間的距離等方面進(jìn)行控制，實(shí)施最優(yōu)化防護(hù)措施。倘若在野外進(jìn)行移動作業(yè)時，應(yīng)用警戒線劃定足夠?qū)捲５谋O(jiān)督區(qū)，疏散周圍群眾，以免受到不必要的照射。監(jiān)管部門可以根據(jù)以上輻射防護(hù)原則，對建設(shè)單位安檢作業(yè)條件進(jìn)行監(jiān)管。

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