電離輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)的防護(hù)計(jì)算分析

凌晨　毛晨

【摘 要】當(dāng)前，電磁設(shè)備越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中，與此同時(shí)放射性污染卻愈發(fā)嚴(yán)重。輻射的照射方式分為外照射和內(nèi)照射，其中，時(shí)間防護(hù)、距離防護(hù)和物質(zhì)屏蔽是外照射防護(hù)的主要形式。本文首先介紹了放射性同位素和放射源，然后闡述了輻射防護(hù)的基本措施，最后分析了防護(hù)距離和物質(zhì)屏蔽的計(jì)算方法。

【關(guān)鍵詞】電離輻射；放射性；防護(hù)計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)：X837 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）17-0038-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.018

【Abstract】At present，electromagnetic equipment is more and more widely used in production and life. At the same time， radioactive pollution is becoming more and more serious. Radiation is divided into external and internal radiation. Time protection，distance protection and material shielding are the main forms of external radiation protection. This paper first introduces radioisotopes and radioactive sources， then expounds the basic measures of radiation protection， and finally analyses the calculation method of shielding distance and material shielding.

【Key words】Ionizing radiation；Radioactivity；Protection calculation

隨著科技的快速發(fā)展，人們的生活變得更加便利，同時(shí)生活中出現(xiàn)了許多電離輻射源，對(duì)人們的正常生活造成嚴(yán)重威脅。目前，核能技術(shù)、放射線裝置和反應(yīng)堆的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它們會(huì)形成大量的電離輻射，如果處理不當(dāng)，將會(huì)對(duì)人體造成一定傷害。因此，人們應(yīng)當(dāng)做好電離輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)的防護(hù)工作，盡量減少輻射對(duì)人體造成的危害。

1 放射性同位素和放射源

放射性同位素是指發(fā)生衰變的元素中原子序數(shù)相同而質(zhì)量不同的核素。人工放射性核素是指應(yīng)用反應(yīng)堆中子流和加速器高能帶電粒子流，人工制備的放射性元素。目前，該類(lèi)型的元素已經(jīng)超過(guò)千種，多數(shù)高能級(jí)、高源強(qiáng)的放射源，都是通過(guò)人工方式合成的。

放射源是指永久密封在容器內(nèi)或者具有嚴(yán)密簿層且呈固態(tài)的放射性物質(zhì)，其不包括研究用核反應(yīng)堆、核子動(dòng)力堆燃料循環(huán)方面的材料。

2 輻射防護(hù)的基本措施

2.1 外照射防護(hù)形式

2.1.1 時(shí)間防護(hù)

在相同環(huán)境中，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，人體受到的照射量不斷變大，兩者成正比。

2.1.2 距離防護(hù)

理想狀態(tài)下，人們不需要過(guò)多考慮電源介質(zhì)的吸收和散射，在同一方位角，電源的直接照射量與距離的平方呈反比。除了真空環(huán)境外的其它環(huán)境，吸收和散射兩種都時(shí)刻存在于不同環(huán)境中，由此可見(jiàn)，在該情況下，隨著電源距離的增加，直接照射量會(huì)有所減小，這一特點(diǎn)在許多應(yīng)用中都有所體現(xiàn)，例如，比較常見(jiàn)的智能機(jī)器人和監(jiān)測(cè)環(huán)境范圍的具體設(shè)定。

2.1.3 物質(zhì)屏蔽

在放射性核素與受照物間可以放置可吸收，或可以削弱輻射強(qiáng)度的物質(zhì)。如果射線物質(zhì)在發(fā)生作用后，可以被吸收或散射，則認(rèn)為采用的物質(zhì)對(duì)射線則能夠起到一定的屏蔽作用。在實(shí)際分析過(guò)程中，對(duì)不同射線，采用的屏蔽方法也會(huì)有所不同。針對(duì)γ射線和X射線，可以采用原子序數(shù)較高物質(zhì)，完成相應(yīng)的屏蔽操作，比較常見(jiàn)的物質(zhì)有鉛。而對(duì)于β射線可以利用低原子序數(shù)物質(zhì)進(jìn)行屏蔽，常見(jiàn)的物質(zhì)為有機(jī)玻璃。對(duì)于α射線，基本不需要進(jìn)行屏蔽處理，但是，需要注意的是，放出該射線的放射性核素，一旦進(jìn)入到人的體內(nèi)，將會(huì)造成較為嚴(yán)重的危害。屏蔽中子的難度相對(duì)較大，從目前的情況來(lái)看，對(duì)于中子的屏蔽，可以通過(guò)含有氫原子的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)。

在外照防護(hù)過(guò)程中，時(shí)間防護(hù)的目的是盡量減少人體與射線的接觸時(shí)間，通過(guò)該方式，降低人遭受到的傷害；距離防護(hù)則是通過(guò)結(jié)合力的方式，加大人與射線間的距離；物質(zhì)屏蔽的要點(diǎn)，是將一種能夠吸收射線的材料放置在人體與放射性源間，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的屏蔽作用。進(jìn)行外照防護(hù)的目的是確保射線檢測(cè)人員在實(shí)際工作中，承受的輻射劑量處于國(guó)家要求的安全標(biāo)準(zhǔn)以下。

2.2 內(nèi)照射防護(hù)

內(nèi)照射防護(hù)是指利用一定防護(hù)手段，避免放射性物質(zhì)進(jìn)入人體內(nèi)，對(duì)人體造成傷害。內(nèi)照射防護(hù)在實(shí)際進(jìn)行過(guò)程中的方法是隔離工作區(qū)域、封閉放射性物質(zhì)區(qū)域等。

3 計(jì)算防護(hù)距離

某工程在運(yùn)行過(guò)程中啟動(dòng)了放射源Cs-137，銘牌標(biāo)識(shí)活度為200mCi，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，因?yàn)椴僮魇д`，導(dǎo)致其從鉛屏蔽罐中滑出，掉落到地面上，在發(fā)生意外后，工廠快速對(duì)工程中的工作人員進(jìn)行了疏散，將6.0m范圍內(nèi)作為檢測(cè)區(qū)域。

在實(shí)際分析過(guò)程中，需要計(jì)算出距離該裸源6.0m處空氣吸收劑量率，如果在該過(guò)程中，需要設(shè)定控制區(qū)邊界，在該過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將邊界處劑量率為40μGy/h當(dāng)作限值，然后通過(guò)對(duì)各項(xiàng)信息內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)用，完成對(duì)控制半徑的計(jì)算。

以上兩項(xiàng)問(wèn)題是對(duì)放射源進(jìn)行監(jiān)測(cè)過(guò)程中經(jīng)常可以遇到的，就是已知放射性活動(dòng)的某一暴露核素點(diǎn)源，在發(fā)生意外后，從相應(yīng)的屏蔽裝置中滑出，在應(yīng)急監(jiān)測(cè)過(guò)程中，要對(duì)已經(jīng)確定距離的空隙吸收劑量進(jìn)行計(jì)算，然后依據(jù)計(jì)算結(jié)果，完成對(duì)作業(yè)區(qū)域的劃分，并且要樹(shù)立相應(yīng)的警戒范圍，避免工作人員進(jìn)入到警戒范圍內(nèi)，受到傷害。計(jì)算過(guò)程如下：

Ci是早期的放射性單位，在具體計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將其轉(zhuǎn)換為國(guó)際值單位Bq（貝克勒爾），如公式（1）所示。

1Ci=3.7×1010Bq（1）

在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，為了確保最終計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)當(dāng)相對(duì)該枚Cs-137 的放射活動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，如公式（2）所示。

A=200×10-3×3.7×1010=7.4×109Bq（2）

式中，A表示的為Cs-137放射源活度。

空氣吸收劑量率的計(jì)算如公式（3）所示

D=3600（3）

式中，D表示的為γ輻射空氣吸收劑量率，Gy/h；A表示的為發(fā)射源的具體活動(dòng)，Bq；Γ表示的為γ常數(shù)，Gy·m2Bq-1·S-1；R表示的為計(jì)算點(diǎn)與放射源間的具體距離，m。

在具體計(jì)算過(guò)程中，針對(duì)計(jì)算時(shí)涉及到的內(nèi)容進(jìn)行檢查，通過(guò)查表可知 γ放射源中Cs-137的γ空氣比釋動(dòng)能率常數(shù)Γ=2.12×10-17（Gy·m2Bq-1·S-1）。在計(jì)算過(guò)程中，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)帶入到公式（3）中，通過(guò)計(jì)算可以得到，距離裸源6.0處空隙吸收劑量率約為：1569Gy/h。

邊界處劑量率D=40μGy/h=處的半徑為：R2=3600，通過(guò)計(jì)算控制，R≈3.76m。

通過(guò)上述計(jì)算可以確定，距離裸源6.0m處，空氣吸收劑量率約為1569Gy/h，超出本地正常值百余倍，在實(shí)際處理過(guò)程中，對(duì)于控制區(qū)邊界，應(yīng)當(dāng)采用設(shè)計(jì)為一個(gè)半徑大小為3.76m的圓。

4 計(jì)算物質(zhì)屏蔽

在物質(zhì)屏蔽計(jì)算時(shí)，以X射線裝置為例進(jìn)行，在對(duì)X射線裝置進(jìn)行應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)其運(yùn)行可能造成的危害充分考慮，避免對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，應(yīng)當(dāng)在房間內(nèi)，安置屏蔽墻，通過(guò)對(duì)屏蔽墻的應(yīng)用，降低輻射強(qiáng)度，減少輻射對(duì)人體造成的傷害。在具體工作中，應(yīng)當(dāng)先對(duì)房間進(jìn)行測(cè)量，在此基礎(chǔ)上，對(duì)計(jì)墻體的厚度，以及采用的屏蔽材料的厚度進(jìn)行計(jì)算，在該過(guò)程中，以鉛元素作為主要材料。X射線源點(diǎn)與受照面間有0.5m的距離，實(shí)際照射面積達(dá)到了40cm2，X射線裝置的標(biāo)準(zhǔn)如下：識(shí)別電壓大小為250kV；工作負(fù)荷400mA·min·wk-1；屏蔽墻處于控制區(qū)域內(nèi)，與X射線源點(diǎn)的距離為2.0m；周計(jì)量限的具體取值為1mSc·wk-1。在具體計(jì)算過(guò)程中，投射系數(shù)的計(jì)算如式（4）所示。

式中，δ表示的為屏蔽材料投射系數(shù)；H表示的為周劑量限值；W表達(dá)為具體工作負(fù)荷，mA·min·wk-1；T表示的為居留因子（全居留時(shí)，T的取值為1）；U標(biāo)定為使用因素（充分施工情況下，U的取值為1）。

依據(jù)上文敘述，計(jì)算過(guò)程中如下：

在問(wèn)題的實(shí)際分析過(guò)程中，依據(jù)涉及到的U、T之間的相互轉(zhuǎn)換，最終確定，在計(jì)算過(guò)程中，底板U值的大小為1，墻壁U值的大小為1，在該情況下，最終確定控制區(qū)域內(nèi)，將T=1，U=1/4作為最終的距離因子。最終工作負(fù)荷：W×U×T=1×104mA·min·wK-1，將周劑量值、半徑值都帶入到公式（4）中，最終通過(guò)計(jì)算可以得到：σ=4×10-7Sv·m2（mA·min）-1，最終通過(guò)分析可以確定，如果滲透系數(shù)σ的大小為4×10-7Sv·m2（mA·min）-1，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，主屏蔽墻混凝土厚度大小應(yīng)當(dāng)為41cm，而鉛體的厚度大小則應(yīng)當(dāng)為0.9cm。

5 結(jié)束語(yǔ)

日常作業(yè)經(jīng)常需要進(jìn)行防護(hù)工作，做好日常防護(hù)，對(duì)于確保工作人員的人身安全來(lái)說(shuō)意義重大。因此，工作人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)電離輻射監(jiān)測(cè)工作的重視程度，輻射監(jiān)測(cè)前，應(yīng)當(dāng)對(duì)輻射發(fā)生的幾率進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，同時(shí)在該過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)的預(yù)案，確保發(fā)生輻射時(shí)，能夠依據(jù)實(shí)際情況，采取制定的應(yīng)急解決方案，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)的計(jì)算，將輻射事故發(fā)生時(shí)幾率降到最低。

【參考文獻(xiàn)】

[1]何葉娜.試論輻射監(jiān)測(cè)技術(shù)人員輻射監(jiān)測(cè)防護(hù)與安全[J].低碳世界，2016（18）：1-2.

[2]鄭鈞正.加強(qiáng)我國(guó)電離輻射防護(hù)學(xué)科建設(shè)的若干思考[J].輻射防護(hù)通訊，2015，35（5）：1-14.

[3]王震濤.基于輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的電離輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)淺析[J].輻射防護(hù)，2015，35（1）：31-34.

[4]黃亞萍.電離輻射與電磁輻射的區(qū)別研究綜述[J].黑龍江科學(xué)，2015，6（6）：13-15.