在手套箱中操作放射性物料時(shí)的輻射防護(hù)分析

李曉軻+尹天罡

摘 要：在處理乏燃料時(shí)，一般都會(huì)在手套箱中將對(duì)具有較強(qiáng)放射性的物料進(jìn)行操作和處理。由于物料具有較強(qiáng)的放射性和污染性，因此，我們需要對(duì)手套箱中的源項(xiàng)以及輻射屏蔽進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚砗头治?，將手套箱中的操作源?xiàng)總活度以及不同類型的射線強(qiáng)度范圍進(jìn)行精確的測(cè)定，對(duì)操作人員的時(shí)限進(jìn)行評(píng)估，以在最大程度上保證人員人身安全。通過一定的分析和計(jì)算，我們得到這樣的結(jié)果，粒子對(duì)帶有一定厚度且完好無損的手套的手以及人整體的輻射是可以忽略不計(jì)的，為了進(jìn)一步降低中子對(duì)人員的輻射，我們需要將手套箱中的中子產(chǎn)額較高的核素以及整體的操作量進(jìn)行嚴(yán)格控制。除此之外，我們應(yīng)該要對(duì)90Sr、90Y、137Cs等純X射線核素的凈化效率進(jìn)行科學(xué)、嚴(yán)格地控制，這樣才能夠在一定程度上保證人員在操作的過程中不受到射線對(duì)手部的過量照射劑量以及其軔致輻射產(chǎn)生的光子對(duì)人體的二次輻照的傷害。

關(guān)鍵詞：手套箱輻射屏蔽；輻射劑量；輻射；手套箱

中圖分類號(hào)：TL752 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在手套箱中進(jìn)行放射性物料的操作和樣本的分析過程中，進(jìn)行輻射防護(hù)必須要從各個(gè)方面的因素進(jìn)行考慮，比如穿戴的手套的厚度、手套箱的輻射屏蔽防護(hù)、燃料對(duì)手部的輻射等。由于在手套箱中的放射性物料的組成元素較為復(fù)雜，其中有鈾、钚、镎等錒系元素，同時(shí)還會(huì)有其他的放射性核素，90Sr、90Y、137Cs、59Fe等。其中，放射性核素放射出的射線有不同的粒子和中子，甚至有時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)X射線。所以，我們必須要在進(jìn)行手套箱的防輻射設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)不同的具體情況進(jìn)行具體分析和設(shè)計(jì)。

一、手套箱中的物料源項(xiàng)分析

通常情況下，在手套箱中的放射性物料的組成元素較為復(fù)雜，會(huì)涉及到多種元素，每種元素都有自己的輻射特性，需要根據(jù)情況對(duì)其進(jìn)行具體分析。在進(jìn)行輻射防護(hù)設(shè)計(jì)的過程中，我們通常會(huì)選擇不同輻射類型、對(duì)劑量貢獻(xiàn)較大的物料源項(xiàng)進(jìn)行分析計(jì)算。一般我們根據(jù)物料的物質(zhì)形態(tài)進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，如在某些場(chǎng)合中用于沉淀、過濾、干燥烘焙的手套箱。在計(jì)算中，假定手套箱中錒系元素組成與物料參數(shù)見表1。

在進(jìn)行放射性物料的處理過程中，我們首先必須要把溶液形態(tài)的物料通過沉淀手套箱進(jìn)行沉淀，將沉淀之后的浮在上層的具有放射性的溶液進(jìn)行去除，然后將底層的沉淀物放入過濾手套箱，這樣就能將物料總活度降低一半。然后再將過濾之后的物料在干燥烘焙箱進(jìn)行焙燒處理，此時(shí)的放射性核素組分和活度與過濾手套箱的源項(xiàng)整體基本相同。

二、進(jìn)行手套箱屏蔽計(jì)算的相關(guān)參數(shù)

前面提到的3種手套箱都是長(zhǎng)70cm，寬70cm，高100cm的箱體，材質(zhì)一般都是碳鋼，其中碳鋼的密度必須在7.8g·cm-3之上，操作放射性物料的人員在工作過程中應(yīng)該要穿戴密度1g·cm-3以上、厚度為1mm的鉛橡膠手套。在進(jìn)行操作的過程中，人員離放射性物料的距離要在30cm之上，每天約生產(chǎn)200g產(chǎn)品，每個(gè)手套箱每天處理物料的時(shí)間為1h，一般每年工作100天。

三、手套箱輻射屏蔽

1.手套箱輻射屏蔽的計(jì)算方法程序

進(jìn)行手套箱輻射屏蔽的計(jì)算，我們采用MCNP程序，這個(gè)程序是在蒙特卡洛算法基礎(chǔ)上進(jìn)行中子、光子、電子的輸運(yùn)問題計(jì)算的程序。MCNP可以將模型幾何進(jìn)行準(zhǔn)確地描述，還可以將模擬粒子運(yùn)輸?shù)倪^程進(jìn)行確定，最終得到較為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

2.手套箱物料源項(xiàng)分析

手套箱中源項(xiàng)輻射出的射線主要有α粒子、β射線、I射線和中子。α粒子就是鈾、钚、镎等錒系放射性元素的衰變時(shí)出現(xiàn)的，α粒子沒有較強(qiáng)的穿透能力，會(huì)直接被手套箱屏蔽掉，因此在進(jìn)行計(jì)算的過程中，可以將其直接忽略。中子的產(chǎn)生主要是鈾、钚、镎等錒系放射性元素自發(fā)裂變和（α，n）反應(yīng)的，我們可以在表2中看出，其中自發(fā)裂變的中子平均能量有2MeV。這樣根據(jù)表1中的質(zhì)量和表2中給出的數(shù)據(jù)就可以將中子能譜進(jìn)行計(jì)算，得出輻射屏蔽的數(shù)值然后進(jìn)行輸入。

γ射線是由137Ba和60Co以及U、Pu、Np元素的各同位素衰變得來的，α射線主要由物料中90Sr、90Y、137Cs和60Co衰變輻射出的，同理可以根據(jù)表1得出最后的β射線的能譜，最后作為輻射屏蔽計(jì)算并輸入數(shù)據(jù)。

β射線被放射源物質(zhì)本身或者周圍的物質(zhì)阻止時(shí)就軔致輻射就會(huì)出現(xiàn)光子（x射線），也會(huì)對(duì)照射劑量有一定的貢獻(xiàn)。在進(jìn)行輻射屏蔽分析的過程中，由于其具有一定的保守性，可以采用埃文斯公式：（k）=C（E-k）。

其中，k代表軔致輻射光子能量；E是α粒子的初始能量；C是由軔致輻射固有強(qiáng)度決定的常數(shù)。在計(jì)算的過程中由于具有一定的保守性，沒有考慮到軔致輻射和考慮軔致輻射的光子能譜比較。

3.手套箱輻射屏蔽計(jì)算

根據(jù)手套箱對(duì)中子的輻射屏蔽計(jì)算的結(jié)果，我們可以知道，手套箱外的中子劑量在0.06v·h之內(nèi)，因此，對(duì)于手套箱外總劑量的貢獻(xiàn)較小，可以通過表1和表2進(jìn)行分析，得到中子的產(chǎn)額較高的Pu元素質(zhì)量份額很小，因此，貢獻(xiàn)也較小。

根據(jù)手套箱對(duì)α射線的輻射屏蔽計(jì)算結(jié)果，其中我們可以了解到，各手套箱外的β射線的劑量率為0，因此，手套箱本身的碳鋼材質(zhì)能夠?qū)ⅵ辽渚€屏蔽，一般來說，我們通常使用Katz和Penfold經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

針對(duì)手套箱對(duì)光子的輻射屏蔽設(shè)計(jì)，由于軔致輻射的光子和未考慮軔致輻射的光子不同的兩種情況，要進(jìn)行分別計(jì)算。在考慮軔致輻射的情況下，劑量率會(huì)直接提高增加約20%～25%，因此，軔致輻射對(duì)光子劑量的貢獻(xiàn)較大。在手套箱中物料包含有90Sr、90Y、137Cs等純?chǔ)路派湫院怂貜?qiáng)源的情況下，因此，在這種情況下，必須要考慮β射線的照射因素，還要充分考慮β射線引起的軔致輻射。此時(shí)如果將屏蔽后的劑量率設(shè)定為小于5v·h，不考慮軔致輻射，過濾手套箱和干燥烘焙手套箱就能夠進(jìn)行屏蔽，如果要將實(shí)際存在的軔致輻射的情況考慮進(jìn)來的話，就必須要對(duì)手套箱的屏蔽進(jìn)行相應(yīng)加強(qiáng)。

結(jié)語

綜上所述，我們應(yīng)該要將各種類型的射線對(duì)工作人員的輻射傷害進(jìn)行分析和說明，將放射性物料中中子產(chǎn)額較高的核素的含量和總體的操作量進(jìn)行嚴(yán)格控制。除此之外，我們應(yīng)該要對(duì)90Sr、90Y、137Cs等純?chǔ)律渚€核素的凈化效率進(jìn)行科學(xué)、嚴(yán)格地控制，這樣才能夠在一定程度上保證人們?cè)诓僮鞯倪^程中不受到α射線對(duì)手部的照射劑量以及其軔致輻射產(chǎn)生的光子對(duì)人體的二次輻照的傷害。

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