射線無損檢測(cè)技術(shù)的防護(hù)研究

肖長(zhǎng)華 石巍 徐建軍

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院鹽城分院 江蘇鹽城 224052

射線無損檢測(cè)技術(shù)是指用高能量的射線，例如X射線、γ射線、中子流等，穿透物品，以感光膠片記錄結(jié)果的一種技術(shù)，此技術(shù)主要應(yīng)用于物品內(nèi)部缺陷的檢測(cè)。其原理是射線在穿透物品時(shí)，因受到物質(zhì)的阻力而削減了強(qiáng)度，削減的程度由物質(zhì)的阻力系數(shù)和厚度決定。

1 射線檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 射線檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

射線無損檢測(cè)技術(shù)適用于所有目前市面上的金屬材料，例如：鋼、鈦、銅、鋁等，該技術(shù)對(duì)物品的規(guī)格形狀、表面粗糙度、材料晶粒度等沒有苛刻的要求。射線檢測(cè)底片的圖像比較直觀，定性定量較為準(zhǔn)確，直接記錄結(jié)果的檢測(cè)底片可以可長(zhǎng)期保存。對(duì)體積型缺陷諸如氣孔、夾渣等檢出率高[1]。

1.2 射線檢測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)

射線檢測(cè)技術(shù)也存在較明顯的缺點(diǎn)，首先是檢測(cè)成本過高、速度慢，其次是在實(shí)際檢測(cè)中需要提前進(jìn)行合理角度的選擇，并且在檢測(cè)裂紋與未熔合處時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)漏檢的情況[2]。射線對(duì)人體有傷害，射線檢測(cè)操作中需采取嚴(yán)格防護(hù)措施。

2 射線損傷的研究

2.1 射線損傷的原理

射線檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生的電離輻射把能量傳遞給物質(zhì)，從原子水平開始產(chǎn)生激發(fā)或電離，然后促使分子出現(xiàn)破壞，又進(jìn)一步損壞機(jī)體組織和器官的正?；顒?dòng)，破壞組織和器官的結(jié)構(gòu)，引起機(jī)體繼發(fā)性的損傷，嚴(yán)重可導(dǎo)致死亡。

2.2 射線損傷的影響因素

射線損傷是一個(gè)復(fù)雜的過程，它與射線性質(zhì)、照射劑量、照射強(qiáng)度、照射部位、照射面積等直接相關(guān)。

2.2.1 射線性質(zhì)

射線性質(zhì)指的是高能射線的類型和能量等級(jí)。不同的射線種類產(chǎn)生的電離程度不同，相應(yīng)的生物效應(yīng)也不一樣。即便是一樣的射線種類，射線能量不一樣時(shí)，產(chǎn)生的損傷也不一樣。

2.2.2 照射劑量

照射劑量在人體組織或器官中是累積的，一般來說，照射劑量越大，造成的損傷也越大。但是，照射劑量存在個(gè)體差異，同樣的照射劑量，有些人可能出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷，另一些人可能只是輕微甚至沒有損傷。

2.2.3 照射強(qiáng)度

在總的照射劑量相同時(shí)，低照射強(qiáng)度的多次照射造成的損傷比高照射強(qiáng)度的少量照射要小得多。因此，當(dāng)使用射線檢測(cè)時(shí)，應(yīng)采用低照射強(qiáng)度分散進(jìn)行。

2.2.4 照射部位

照射部位不同，產(chǎn)生的損傷也不一樣。主要原因在于人體組織和器官對(duì)射線照射的敏感性不一樣。例如，一定照射劑量的射線照射手足沒有造成嚴(yán)重?fù)p傷，而同樣照射劑量的射線照射全身，則可能致人死亡。

2.3 射線損傷的結(jié)果

射線對(duì)人體組織和器官帶來的損傷，一般為確定性效應(yīng)以及隨機(jī)性效應(yīng)。當(dāng)射線照射人體組織和器官時(shí)，如果滅殺了足夠多的細(xì)胞，而這些細(xì)胞又得不到補(bǔ)充，則細(xì)胞大量死亡可在組織或器官出現(xiàn)的嚴(yán)重功能性損傷，確定性效應(yīng)的嚴(yán)重程度與照射總量直接相關(guān)，并且有一個(gè)閾值，當(dāng)照射總量小于某一個(gè)劑量值，滅殺的細(xì)胞數(shù)量較少，不足以引起出現(xiàn)可檢查到的損傷，在健康人群中出現(xiàn)的損傷概率為零。但是，隨著照射劑量的增大，當(dāng)照射劑量增加到某一個(gè)劑量值時(shí)，其損傷概率陡然上升到100%，必然檢查到嚴(yán)重的損傷，這種射線照射引起的損傷效應(yīng)就是確定性效應(yīng)，這時(shí)的照射總量稱為劑量閾值。

隨機(jī)性效應(yīng)不存在劑量閾值，它發(fā)生的概率隨著照射總量的增大而變高，但是它發(fā)生損傷的嚴(yán)重程度與照射總量的多少并不相關(guān)。隨機(jī)性效應(yīng)會(huì)造成兩種結(jié)果：一是發(fā)生在身體細(xì)胞內(nèi)部，射線照射使體細(xì)胞發(fā)生基因突變或染色體畸變而未被殺死，這些發(fā)生變異的細(xì)胞繼續(xù)存活，經(jīng)過一段時(shí)間的增殖后，可能在身體內(nèi)誘發(fā)癌細(xì)胞，導(dǎo)致人體患癌，變異細(xì)胞的增殖直至誘發(fā)癌癥發(fā)作的時(shí)間，稱為潛伏期，射線照射導(dǎo)致人體患癌的隨機(jī)性效應(yīng)稱為致癌效應(yīng)；二是發(fā)生在生殖組織細(xì)胞，當(dāng)射線照射使生殖組織細(xì)胞基因突變或染色體畸變時(shí)，就有可能遺傳給受照射者的后代，使其后代出現(xiàn)遺傳疾患，并且不同的遺傳疾患會(huì)按照一定的遺傳規(guī)律有概率的一直遺傳下去，這種射線照射導(dǎo)致出現(xiàn)遺傳疾患的隨機(jī)性效應(yīng)稱為遺傳效應(yīng)。

3 射線防護(hù)的研究

在自然環(huán)境中，天然存在多種射線和放射性物質(zhì)，完全避免射線輻射是不能夠做到的。因此，射線防護(hù)的目的在于控制射線對(duì)人體照射的傷害，使之保持在合理的最低水平，保護(hù)人體在射線照射時(shí)所受到的當(dāng)量劑量不超過國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。射線檢測(cè)技術(shù)的防護(hù)研究有三個(gè)基本內(nèi)容是：時(shí)間、距離和屏蔽。

3.1 時(shí)間-控制射線對(duì)人體的曝光時(shí)間

人體對(duì)射線的吸收劑量是累計(jì)的，當(dāng)達(dá)到閾值時(shí)就會(huì)出現(xiàn)確定性損傷。因此，我國(guó)現(xiàn)行放射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)劑量限值做了明確規(guī)定。在射線檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，檢測(cè)人員應(yīng)佩戴個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)儀器，一般為兩個(gè)，一個(gè)是劑量報(bào)警儀（圖1），現(xiàn)場(chǎng)讀取所處區(qū)域的射線劑量，當(dāng)射線劑量超出許可值時(shí)，發(fā)出警示；另一個(gè)是由衛(wèi)生防護(hù)監(jiān)管部門提供的個(gè)人劑量計(jì)（圖2），可累計(jì)照射劑量，每個(gè)季度監(jiān)測(cè)一次，以確保檢測(cè)人員的吸收劑量在許可范圍內(nèi)。

圖1 劑量報(bào)警儀

圖2 個(gè)人劑量計(jì)

在射線防護(hù)時(shí)間的研究中確定，在具有恒定照射量區(qū)域內(nèi)的人，其累積的照射劑量與照射強(qiáng)度及照射時(shí)間成正比關(guān)系：

由上式可見，在射線照射強(qiáng)度不變的情況下，照射時(shí)間越長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)人員所接受的照射劑量越大，組織或器官受到損傷的概率和嚴(yán)重程度也越大。因此，在射線防護(hù)時(shí)間的研究主要有兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是降低單位時(shí)間內(nèi)的照射量，即降低照射強(qiáng)度，二是縮短照射時(shí)間。

3.1.1 降低單位時(shí)間內(nèi)的照射量

單位時(shí)間內(nèi)的照射量，即照射強(qiáng)度主要是由射線檢測(cè)工藝決定。X光機(jī)的照射強(qiáng)度與管電壓成正比相關(guān)，γ射線的照射強(qiáng)度由、與放射源的種類和活度相關(guān)。在射線檢測(cè)中，應(yīng)根據(jù)待檢測(cè)的物品材料，選擇符合標(biāo)準(zhǔn)要求的最小射線功率及對(duì)應(yīng)的管電壓，并調(diào)整檢測(cè)位置和角度，使輻射能量降到最低極限。同時(shí)，調(diào)整好X射線機(jī)的照射方向，受照射人員應(yīng)避免處于直接照射的位置，降低單位時(shí)間的照射強(qiáng)度，相應(yīng)的降低了單位時(shí)間內(nèi)的照射量。

3.1.2 縮短照射時(shí)間

對(duì)于檢測(cè)人員而言，要求對(duì)射線檢測(cè)的工藝相當(dāng)熟悉，對(duì)儀器設(shè)備的操作熟練，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作盡量簡(jiǎn)單迅速，縮短現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間，減少不必要的照射時(shí)間。當(dāng)一項(xiàng)檢測(cè)工作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，也可幾個(gè)人輪換操作，縮短每個(gè)人的照射時(shí)間。在現(xiàn)場(chǎng)具體檢測(cè)作業(yè)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程，在檢測(cè)人員放置好膠片、對(duì)應(yīng)好設(shè)備并離開現(xiàn)場(chǎng)到達(dá)安全位置后，方可啟動(dòng)設(shè)備或鏈接放射源進(jìn)行檢測(cè)；當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)行或放射源已回收至源箱后，檢測(cè)人員才能去往檢測(cè)地點(diǎn)更換膠片及擺放設(shè)備位置。

3.2 距離-控制射線源到人體的距離

當(dāng)射線源位置一定時(shí)，照射總量與人體到射線源距離的平方值成反比。因此，在條件允許的情況下，應(yīng)盡量增大人與射線源之間的距離。尤其是無屏蔽的室外工作，應(yīng)盡量利用連接電纜長(zhǎng)度達(dá)到距離防護(hù)的目的。在射線檢測(cè)場(chǎng)地應(yīng)拉起警示帶（圖3），一方面保證檢測(cè)人員與射線源的距離，另一方面也警示旁人不能靠近，以免受到損傷。

圖3 檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)警示帶

3.3 屏蔽-在人體與射線源之間隔一層吸收物質(zhì)

射線通過物品時(shí)，強(qiáng)度會(huì)被削弱，削弱的程度與物品的原子序數(shù)度正相關(guān)。當(dāng)人與射線源之間的距離無法改變，而時(shí)間又受到工藝操作的限制時(shí)，只能采用屏蔽防護(hù)。

例如，在固定場(chǎng)所射線檢測(cè)中，應(yīng)當(dāng)考慮射線機(jī)的功率大小對(duì)固定場(chǎng)所屏蔽防護(hù)的要求，當(dāng)采用大功率射線機(jī)替代原來的小功率機(jī)器時(shí)，需要進(jìn)行屏蔽防護(hù)的設(shè)計(jì)，增加鉛板或者其他屏蔽防護(hù)的方式，使探傷室外檢測(cè)到的射線劑量低于法規(guī)要求。

除了鉛板面積及厚度和屏蔽墻外，屏蔽墻與門的縫隙寬度、室內(nèi)換氣口的位置也會(huì)影響外部的射線劑量數(shù)值。在探傷室搭建過程中，防護(hù)門與墻體之間存在縫隙寬度是不可避免的，但應(yīng)盡可能保證其寬度能使得縫隙內(nèi)輻射劑量率符合相應(yīng)的規(guī)定。通過在通風(fēng)口安裝鉛制百葉窗的方式，在檢測(cè)的過程中關(guān)閉通風(fēng)口來控制其環(huán)境輻射率在合理的范圍之內(nèi)[3]。

防護(hù)門（圖4）的啟閉應(yīng)與射線檢測(cè)工作的開關(guān)相關(guān)聯(lián)，確保做到防護(hù)門關(guān)閉時(shí)方可進(jìn)行射線檢測(cè)，射線檢測(cè)未完成時(shí)，防護(hù)門無法開啟。在射線檢測(cè)工作進(jìn)行中時(shí)，同時(shí)以警示燈、廣播提醒等手段，確保不損傷他人。

圖4 防護(hù)門

3.4 其他防護(hù)措施

3.4.1 安全管理的防護(hù)措施

射線檢測(cè)操作人員應(yīng)按照國(guó)家法規(guī)要求，參加必備的培訓(xùn)，學(xué)習(xí)射線檢測(cè)知識(shí)，了解射線檢測(cè)及防護(hù)的原理，提高安全防護(hù)觀念，取得射線無損檢測(cè)人員資格證，執(zhí)證上崗。

3.4.2 持續(xù)提升射線安全防護(hù)措施水平

無損檢測(cè)公司的管理層應(yīng)加強(qiáng)射線檢驗(yàn)的管理，對(duì)射線機(jī)、放射源的使用提出具體措施，避免出現(xiàn)人為事故。在日常工作中，應(yīng)有射線檢測(cè)人員的培訓(xùn)計(jì)劃，不斷對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行安全防護(hù)的教育和提醒，從物資、思想、管理等各方面持續(xù)提升射線安全防護(hù)措施水平。

4 結(jié)語

總之,隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,各行各業(yè)將對(duì)射線檢測(cè)技術(shù)提出更多、更高的要求。射線檢測(cè)技術(shù)的防護(hù)研究成果可以綜合各種方式方法協(xié)同使用，保護(hù)檢測(cè)人員，拓寬射線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用邊界，更好地服務(wù)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展。