工業(yè)X 射線探傷室輻射影響分析

劉 焦，吳 輝

（江西輻射劑量檢測院有限公司，南昌 330029）

工業(yè)X 射線探傷室內(nèi)的核心設(shè)備為探傷機(jī)，其射線管由真空玻璃殼中的陰極和陽極組成，陰極為鎢制燈絲，置于聚焦杯中[1]。在高壓作用下，陰極發(fā)出的電子通過聚焦杯聚集成束而射向陽極。過程中產(chǎn)生的X 射線包含有用線束和泄漏輻射，這都將增加從業(yè)人員的輻射安全風(fēng)險，是重要的輻射環(huán)境監(jiān)測對象[2-3]。

據(jù)此，以南昌市某低溫設(shè)備公司的探傷室為例，開展了工業(yè)X 射線探傷室輻射影響研究。該探傷室為獨立建筑，配有操作室、評片室、暗室與危廢暫存間，且操作室設(shè)有鉛防護(hù)門，緊鄰所需探傷的工件堆放位置，方便探傷工件進(jìn)出和探傷作業(yè)的開展。探傷室50 m 范圍內(nèi)公眾人員活動較少，屋頂無人員活動，因此對環(huán)境和人員影響較小，平面布局合理典型。

1 探傷室輻射屏蔽分析

1.1 探傷室結(jié)構(gòu)

探傷室長10 m，寬5 m，高5.2 m，面積55.12 m2（含迷道），屏蔽體主要包括四周墻體（厚度700 mm 的鋼筋混凝土）、屋頂（厚度400 mm 的鋼筋混凝土）、探傷室北側(cè)工件進(jìn)出屏蔽門（20 mm 鉛當(dāng)量）和探傷室西側(cè)操作室屏蔽門（8 mm 鉛當(dāng)量）。探傷室西北側(cè)設(shè)置了“Z”型迷道，迷道墻體為600 mm 鋼筋混凝土，探傷室平面布置圖如圖1 所示，物理參數(shù)見表1。

表1 探傷機(jī)物理參數(shù)

1.2 關(guān)注點劑量控制水平

探傷探傷室內(nèi)安裝2 臺探傷機(jī)，但每次作業(yè)只使用其中1 臺，選用主射束為周向的XXGH-3005 探傷機(jī)更具有代表性，按最不利情況，將各個方向均當(dāng)作是主射方向來計算探傷室屏蔽體厚度，按探傷機(jī)的最大工況進(jìn)行討論，曝光時間按照最大曝光時間700 h 計算。該探傷室下方?jīng)]有樓層，所以地面防護(hù)不予考慮。各側(cè)墻體外關(guān)注點導(dǎo)出控制劑量按下式進(jìn)行計算

表2 關(guān)注點控制劑量水平參數(shù)選取及計算結(jié)果表

1.3 探傷室屏蔽厚度

在分析探傷室四周及工件進(jìn)出門屏蔽厚度時，屏蔽透射因子B 和屏蔽體厚度X 由式（2）和式（3）計算[5]

根據(jù)表2 和探傷室四周墻面屏蔽參數(shù)，可計算出屏蔽體厚度，結(jié)果見表3。由表3 可知，探傷室設(shè)計屏蔽厚度均滿足屏蔽設(shè)計要求。

表3 各屏蔽體屏蔽厚度表

1.4 通道屏蔽厚度

式中：Rs為散射體至關(guān)注點的距離，m；R0為靶點至探傷工件的距離，取0.5 m；F 為R0處的輻射野面積；α為散射因子，R02/F·α 因子的值為60（150 kV）和50（200~400 kV）。

探傷室迷道主要是受散射線影響，散射路徑為O→A→B→C（如圖1 所示）。O 點到A 點的路徑長度為5m，A 點到B 點的路徑長度為3 m，B 點到C 點的路徑長度為3.5 m。經(jīng)計算得出迷道鉛門人員入口處輻射劑量率為0.01 μSv/h，入口處滿足2.5 μSv/h 劑量約束值要求；按照迷道人員入口處輻射劑量約束值2.5 μSv/h 的要求，計算得出迷道入口防護(hù)鉛門所需屏蔽厚度為7.84 mm 鉛當(dāng)量，其防護(hù)鉛門設(shè)計屏蔽厚度為8 mm 鉛當(dāng)量，滿足屏蔽設(shè)計要求。

2 探傷室輻射環(huán)境分析

2.1 劑量理論預(yù)測

采用理論計算方法預(yù)測探傷機(jī)運行產(chǎn)生的貫穿輻射影響，選取探傷室外操作室、迷道內(nèi)、探傷室東側(cè)墻外、探傷室西側(cè)墻外、探傷室南側(cè)和工件進(jìn)出門（北側(cè)）共6 個預(yù)測點位，理論公式見式（6）和式（7）

表4 探傷機(jī)輻射劑量計算參數(shù)及預(yù)測結(jié)果

2.2 輻射事故類別

探傷機(jī)只有在開機(jī)狀態(tài)下才會產(chǎn)生X 射線，一旦切斷電源，探傷機(jī)便不會再有X 射線產(chǎn)生，因此只存在2 種可能發(fā)生的輻射事故：在防護(hù)門未關(guān)閉的情況下即進(jìn)行探傷操作，可能給工作人員和周圍活動的人員造成不必要的照射；設(shè)備檢修時，人員在探傷室內(nèi)，射線裝置誤開機(jī)，造成事故照射。輻射事故情況下，人員受到的有效劑量與探傷機(jī)產(chǎn)生的初級射線束造成的空氣吸收劑量有關(guān)[8]，在空氣中探傷機(jī)產(chǎn)生的初級射線束造成的空氣吸收劑量可用式（8）計算

式中：D為空氣吸收劑量率，mGy/min2；I 為管電流，取5 mA；δX為距離靶點1m 處輸出量，取值20.9mGy·m2/（mA·min）；r 為參考點距X 射線管焦斑的距離，m。

人員受到的有效劑量可用式（9）計算

式中：E 為人員受到的有效劑量率，mSv/min；WT為組織權(quán)重因數(shù)，全身為1；WR為輻射權(quán)因數(shù)，X 射線為1。

根據(jù)式（8）和式（9）可知，探傷機(jī)管電流越大，受照人員所受的輻射有效劑量越大。因探傷室長寬尺寸為10 m×5 m，且探傷室和操作室內(nèi)均安裝有緊急止動開關(guān)按鈕，當(dāng)發(fā)生輻射事故時，相關(guān)人員可以立即通過探傷室或操作室內(nèi)緊急止動開關(guān)中斷電源，整個處理時間約10 s，輻射事故受照射劑量計算結(jié)果為104.5 mSv/次，在輻射事故狀態(tài)下，可造成職業(yè)人員最大受照射劑量超過連續(xù)5 年的年平均有效劑量20 mSv 的5 倍，因此可判斷事故等級為一般輻射事故。

3 結(jié)束語

以南昌市某低溫設(shè)備公司的探傷室為例，開展了工業(yè)X 射線探傷室輻射影響研究，包括輻射屏蔽分析和輻射環(huán)境分析。研究表明，該探傷室及通道的屏蔽厚度均滿足屏蔽設(shè)計要求，典型點位的劑量理論預(yù)測值均低于相應(yīng)的約束值，最嚴(yán)重的輻射事故類別為一般輻射事故，因此該探傷室建設(shè)合理，可為今后同類的探傷室建設(shè)及其輻射環(huán)境監(jiān)測提供參考。