淺議加速器輻照交聯(lián)電纜建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)保措施

謝昕 王格陽

（1 安徽省蕪湖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，安徽 蕪湖 241000；2 安徽省合肥生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，安徽 合肥 230000）

在社會整體經(jīng)濟(jì)環(huán)境不斷提升的前提下，工業(yè)輻照用加速器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在所有加速器當(dāng)中輻照交聯(lián)電線電纜的應(yīng)用能夠充分展現(xiàn)出其科技性的特點(diǎn)。其依靠電子加速器的作用產(chǎn)生高能電子束直接作用于絕緣層，實(shí)現(xiàn)了分子鏈向高分子自由基的轉(zhuǎn)換，使其能夠經(jīng)過新的變化和組合成為交聯(lián)鍵改變其原有的分子結(jié)構(gòu)。分子結(jié)構(gòu)的變化主要體現(xiàn)為過去的線性分子轉(zhuǎn)化成三維網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以提升電線電纜的耐高溫和耐磨屬性，也有一定的阻燃作用。電子加速器輻照裝置運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生電離輻射和其他環(huán)境影響。本文以最高能量3.0MeV、最大束流強(qiáng)度30mA 的Ⅱ類射線裝置輻照交聯(lián)電線電纜電子加速器為例，對此類項(xiàng)目產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行探討。

一、工業(yè)電子加速器的應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)如今全世界應(yīng)用于工業(yè)的電子加速器達(dá)到七八百臺，整體功率超過20000kw，在這當(dāng)中有200 臺以上是作用于電線電纜的輻照交聯(lián)工作上。目前世界上的工業(yè)電子加速器的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楦鱾€(gè)國家的工業(yè)、通訊、建筑等多個(gè)產(chǎn)業(yè)，輻照交聯(lián)電纜的應(yīng)用相對較多，在世界上多個(gè)國家都有所涉及，我國輻照交聯(lián)電纜的數(shù)量在最近一些年逐漸增多，逐漸走在了世界前沿。雖然我們國家在這部分的研究和實(shí)踐工作發(fā)展較晚，但后續(xù)的發(fā)展趨勢依然展現(xiàn)了輻照交聯(lián)電纜市場的創(chuàng)新能力，雖然在實(shí)際的制造和開發(fā)工作上依然存在一些不足，但整個(gè)輻照交聯(lián)電纜的應(yīng)用狀況依然能夠促進(jìn)國家工業(yè)水平實(shí)現(xiàn)整體的發(fā)展?；仡欀暗陌l(fā)展情況可知，20 世紀(jì)90 年代我國的電纜行業(yè)當(dāng)中輻照交聯(lián)電線電纜的生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)程中就已經(jīng)開始引入電子加速器的參與，隨著電子加速器生產(chǎn)線的擴(kuò)大，相對應(yīng)的各類研究和操作技術(shù)也不斷成熟，直接促進(jìn)了整個(gè)輻照交聯(lián)電線電纜的電子加速器數(shù)量的增多，也在一定程度上提升了其運(yùn)行功率。通過對目前該行業(yè)的研究可知，現(xiàn)如今我國輻照加工電線電纜的電子加速器中，有極大一部分的加速器是源自于國產(chǎn)設(shè)備，只有很少的一部分來自其他國家。目前我國在此方面的生產(chǎn)能力雖然未能達(dá)到世界領(lǐng)先水平，但和大部分國家的生產(chǎn)實(shí)力趨于相當(dāng)，可以稱得上是世界上輻照加工行業(yè)發(fā)展速度最快的國家之一。

二、輻照交聯(lián)電纜內(nèi)涵

在電能的傳送、信息的傳輸和不同電器儀表的制作過程中，電線電纜的作用是不可或缺的，其作為電氣和信息化生產(chǎn)的基礎(chǔ)產(chǎn)品在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用逐漸廣泛。受高分子材料本身的特性影響，其超高的性價(jià)比決定了其在電纜絕緣層和護(hù)套層方面的應(yīng)用逐漸增多。除了專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，在電子、汽車、通訊、航空、交通運(yùn)輸和建筑等各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，電線電纜的應(yīng)用也越來越多，傳統(tǒng)的電線電纜難以滿足新的時(shí)代發(fā)展需求，交聯(lián)電纜的出現(xiàn)能夠在溫度、耐久度和基本性能等方面展現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，是目前這些領(lǐng)域的第一選擇?，F(xiàn)如今電線電纜所采用的交聯(lián)方式主要包括化學(xué)、硅烷和輻照交聯(lián)三種形式，在這三種形式當(dāng)中，交聯(lián)電纜的耐高溫性能較好，抗載能力強(qiáng)，本身的機(jī)械性和壽命也高于其他形式，其應(yīng)用的范圍更加廣泛。三種形式在市面上同時(shí)存在且被不同領(lǐng)域所應(yīng)用，前兩種主要應(yīng)用于聚乙烯交聯(lián)電纜上，而第三種輻射交聯(lián)則在對溫度和阻燃性要求更高的電纜中應(yīng)用。

三、電子加速器輻照交聯(lián)主要污染因子

電子加速器輻照裝置主要包括電子和輻照加速器、輻照室、束下裝置以及控制系統(tǒng)幾部分構(gòu)成。由電子加速器運(yùn)行所形成電子束經(jīng)由鈦窗引出向下作用的輻照電線電纜，電子束轟擊電線電纜和輻照室內(nèi)其他材料會產(chǎn)生韌致輻射（X 射線）。受較大電離輻射的影響，空氣中會形成臭氧和氮氧化物氣體，兩者的比例約為1:3，因?yàn)槌粞醣旧砭哂卸竞ψ饔茫粌H會腐蝕設(shè)備，也會危害人體健康。以惰性六氟化硫?yàn)榻^緣介質(zhì)的電子加速器，在六氟化硫這一惰性氣體的作用下會和電弧以及電暈產(chǎn)生反應(yīng)，從而分解出低氟化合物釋放出劇毒。六氟化硫所引發(fā)的高濃度氣體會使人呼吸困難，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致人體窒息。因此，電子加速器輻照交聯(lián)主要污染因子有電子，電子與其他物質(zhì)作用產(chǎn)生的韌致輻射X射線，與空氣作用產(chǎn)生的臭氧，以及絕緣氣體SF6。

四、輻射屏蔽防護(hù)注意的問題

（一）輻照工作場所主要輻射源

3.0MeV 電子在密度為2.35g/cm3 混凝土中的穿透距離為0.64cm，當(dāng)電子加速器混凝土屏蔽墻體（密度為2.35g/cm3）厚度>0.64cm，可忽略電子束對外環(huán)境的影響，控制輻照裝置輻射防護(hù)設(shè)計(jì)中的主要輻射源。

（二）輻照工作場所屏蔽防護(hù)的射線類型

電子加速器輻照場所為二層建筑，地下無構(gòu)筑物，一層布局輻照室、控制室和束下傳輸裝置，二層布局電子加速器室及水冷卻系統(tǒng)、SF6 氣體系統(tǒng)等輔助設(shè)施。電子束向下照射產(chǎn)生韌致輻射X 射線向側(cè)向90°散射，輻照室四周墻體主要考慮側(cè)向X 射線的屏蔽。由于電子加速器在加速過程會有束流損失，束流損失會產(chǎn)生次級輻射場，因此電子加速器室四周墻體主要屏蔽防護(hù)電子加速器束流損失產(chǎn)生的X 射線。一層輻照室屋頂屏蔽防護(hù)輻照室直射到二層加速器室的X 射線以及加速器室周圍輔助設(shè)施用房的X 射線，若加速器室內(nèi)無人到達(dá)，一層輻照室屋頂主要屏蔽防護(hù)輻照室直射到二層電子加速器室周圍輔助設(shè)施用房的X 射線。二層電子加速器室屋頂主要考慮來自輻照室和加速器室的天空反散射的屏蔽。輻照室和電子加速器室的迷道、防護(hù)門、管線孔道主要屏蔽防護(hù)多次散射的X 射線。倘若輻照工作場所臨近高層建筑物，還需屏蔽防護(hù)X 射線透過加速器室屋頂?shù)膫?cè)向散射。

（三）輻照工作場所屏蔽防護(hù)的源強(qiáng)

輻照工作場所屏蔽防護(hù)須以電子加速器的最高能量和最大束流強(qiáng)度為源強(qiáng)，根據(jù)美國輻射防護(hù)委員會NC R P51 號報(bào)告，電子束轟擊靶材質(zhì)不同，X 射線的發(fā)射率不同。為增加輻照工作場所的屏蔽防護(hù)安全系數(shù)，保守取電子束打高Z 靶（原子系數(shù)>73）X 射線發(fā)射率的修正系數(shù)核算輻射源1m處的吸收劑量率，不考慮靶材料為銅、鐵、混凝土的X 射線發(fā)生率的修正系數(shù)。入射電子能量為3.0MeV，側(cè)向90°方向電子等效能量約為2MeV，根據(jù)電子等效能量確定屏蔽材料十分之一值層。電子加速器束流損失由電子加速器輻照裝置設(shè)備設(shè)計(jì)制造單位提供。

（四）輻照工作場所關(guān)注點(diǎn)及劑量當(dāng)量率

關(guān)注點(diǎn)劑量當(dāng)量率控制水平是輻照工作場所屏蔽防護(hù)計(jì)算的重要依據(jù)，同時(shí)也是校驗(yàn)輻照工作場所屏蔽防護(hù)效能的標(biāo)準(zhǔn)。在輻照工作場所屏蔽體外一定距離（30cm）處，公眾成員居留因子較大并可能受照劑量大的位置設(shè)置關(guān)注點(diǎn)，如輻照室、電子加速器室四周墻體外，控制室、迷道、防護(hù)門入口處，排風(fēng)管道、輻照電線電纜進(jìn)出孔道處。

五、污染防治措施

（一）輻照工作場所輻射安全防護(hù)措施

電子加速器輻照交聯(lián)電線電纜項(xiàng)目實(shí)體屏蔽防護(hù)應(yīng)滿足關(guān)注點(diǎn)劑量當(dāng)量率控制水平要求，除此之外，應(yīng)設(shè)置多重、獨(dú)立的輻射安全防護(hù)措施。控制室控制臺設(shè)置鑰匙控制系統(tǒng)，并與輻射監(jiān)測報(bào)警儀相連，控制鑰匙由操作班組負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)管理和使用；輻照裝置設(shè)置門機(jī)聯(lián)鎖、束下裝置聯(lián)鎖、門燈聯(lián)鎖、煙霧報(bào)警系統(tǒng)、通風(fēng)聯(lián)鎖、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、巡檢按鈕以及加速器異常停機(jī)后的人工復(fù)位系統(tǒng)；輻照室和主機(jī)室內(nèi)安裝語音報(bào)警裝置；在人員通道處安裝光電、紅外人員誤入裝置，并與加速器聯(lián)鎖；在迷道內(nèi)安裝固定式輻射監(jiān)測報(bào)警儀，并與迷道入口防護(hù)門聯(lián)鎖，超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)發(fā)出警報(bào)并聯(lián)動防護(hù)門使其無法打開；在輻照室、加速器室、控制室設(shè)置串聯(lián)式急停開關(guān)和拉線開關(guān)；在輻照工作場所醒目位置處設(shè)置電離警示標(biāo)志。輻照工作場所應(yīng)單獨(dú)建設(shè)，避開人員活動密集、居留時(shí)間長的功能場所，如居民區(qū)、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、行政辦公等場所，平面布局應(yīng)結(jié)合輻照工藝流程合理布局。

（二）輻射安全管理措施

對照《放射性同位素與射線裝置安全和防護(hù)條例》《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》使用射線裝置的單位應(yīng)具備的條件，使用單位應(yīng)設(shè)有專門的輻射安全與環(huán)境保護(hù)管理機(jī)構(gòu)，制定輻射安全管理規(guī)定、操作規(guī)程、運(yùn)行及檢修維護(hù)制度、輻射環(huán)境監(jiān)測方案、人員培訓(xùn)、個(gè)人劑量健康管理、輻射事故應(yīng)急預(yù)案等制度。項(xiàng)目輻射工作人員應(yīng)正確佩戴個(gè)人劑量計(jì)，進(jìn)入輻射工作場所攜帶個(gè)人劑量報(bào)警儀。使用單位應(yīng)組織項(xiàng)目工作人員加強(qiáng)輻射工作場所周圍輻射環(huán)境的監(jiān)測工作，如對輻照室、加速器室等控制區(qū)，控制室和其他輔助設(shè)施等監(jiān)督區(qū)進(jìn)行X－γ 空氣吸收劑量率的監(jiān)測。建設(shè)單位應(yīng)選購正規(guī)廠家生產(chǎn)的符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的輻照設(shè)備，按照國家相關(guān)技術(shù)規(guī)范，從嚴(yán)落實(shí)輻照工作場所屏蔽防護(hù)、輻射安全防護(hù)措施、輻射安全管理，以及其他各項(xiàng)污染防治措施。

（三）臭氧防治措施

輻照工作場所輻照室和加速器室應(yīng)設(shè)置通排風(fēng)系統(tǒng)，由于臭氧的密度大于空氣密度，輻照室排氣口應(yīng)設(shè)置在鈦窗掃描窗下方，易于臭氧排放。根據(jù)輻照裝置的束流強(qiáng)度、輻照工作場所空間體積、通排風(fēng)量，核算加速器停機(jī)后需連續(xù)通排風(fēng)的時(shí)間，輻照裝置通風(fēng)聯(lián)鎖設(shè)定時(shí)間應(yīng)大于等于該時(shí)間，以保證相應(yīng)數(shù)值符合環(huán)保要求。

（四）六氟化硫（SF6）防治措施

SF6 氣體泄漏，操作人員應(yīng)立刻切斷電子加速器電源，啟動氣體傳輸裝置，向配套的鋼質(zhì)儲氣罐轉(zhuǎn)移，減少SF6 泄漏量；工作人員及時(shí)上報(bào)泄漏情況，并發(fā)出警告，迅速撤離、疏散周圍人員；對泄漏場所采用鼓風(fēng)機(jī)，采取強(qiáng)通風(fēng)措施，增強(qiáng)空氣對流；使用單位應(yīng)加強(qiáng)泄漏事故現(xiàn)場管理，嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入泄漏事故場所，檢查工作人員佩戴正壓式空氣呼吸器、護(hù)目鏡等防護(hù)用品方可進(jìn)入。

結(jié)論

通過對目前加速器輻照交聯(lián)電纜工程項(xiàng)目的建設(shè)和環(huán)保情況展開分析可知，在加速器輻照交聯(lián)電纜的選擇工作上要重視環(huán)保性的引入，要結(jié)合工程的具體形式確定所對應(yīng)的電纜應(yīng)用方式，從建設(shè)的實(shí)際情況和環(huán)保綜合考量項(xiàng)目中的安全防護(hù)措施，進(jìn)而確保其對環(huán)境所產(chǎn)生的不良影響控制在最小范圍內(nèi)。要從環(huán)境保護(hù)和輻射安全而言，此類項(xiàng)目應(yīng)用中重點(diǎn)防護(hù)韌致輻射X 射線，通過采取有效的屏蔽防護(hù)和安全措施，其產(chǎn)生的環(huán)境影響是可以接受的。