人口密集區(qū)域大型工業(yè)輻照放射源安全處置及屏蔽裝置后期再利用的探索分析

楊斌，張玥，靳健喬，劉釗，唐衛(wèi)東

人口密集區(qū)域大型工業(yè)輻照放射源安全處置及屏蔽裝置后期再利用的探索分析

楊斌，張玥，靳健喬，劉釗，唐衛(wèi)東

（天津市技術物理研究所，天津 300192）

許多鈷源輻照裝置存在于人口密集區(qū)域，其存在的卡源、強烈地震導致輻射泄露等安全隱患對周邊群眾造成潛在威脅。隨著對放射源的安全管控日趨嚴格，鈷源輻照裝置的數量會逐漸減少。在完成裝置退役后，對屏蔽結構完好的輻照裝置進行改造，成為電子加速器輻照中心。電子加速器在安全性上優(yōu)于鈷源，改造方法可行，具備一定的操作性和經濟性，可在短時間內完成改造，轉變成為電子加速器輻照裝置，繼續(xù)從事輻照加工行業(yè)。

輻照裝置退役；輻照場改造；電子加速器；屏蔽裝置

1 前言

輻照加工是采用低能量射線對物品進行處理，達到消毒滅菌、材料改性等目的。輻照加工技術在材料科學、生命科學、生物工程、環(huán)境保護、營養(yǎng)學、醫(yī)療科學、電子工程、航空航天、地質、石油化工等領域均取得重要成果。輻照加工通常采用射線源有鈷-60γ放射源、電子加速器產生的能量不大于10 MeV的電子束或能量不大于5 MeV的X射線。鈷-60輻照是輻射加工常用手段，通常用于處理食品、藥品。

根據《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》（國務院令第449號）及《放射源分類辦法》規(guī)定，Ⅰ類放射源為極高危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾分鐘到1 h就可致人死亡。放射活度大于3×1013Bq的鈷-60即為Ⅰ類放射源。用于輻照加工的鈷-60放射源均為Ⅰ類放射源。

放射源具有持續(xù)釋放射線的特點，雖然采取安全聯(lián)鎖、視頻監(jiān)控、劑量監(jiān)控等一系列安全措施，但仍存在因地震、火災等重大災害導致射線泄漏的安全隱患。而電子加速器斷電后即立即停止釋放射線，安全程度更高。本文簡述了一次鈷-60輻照裝置的退役過程，并探索分析將屏蔽結構完整的退役輻照裝置改造再利用為電子加速器輻照裝置的可行性。

某大城市原市郊有一座大型工業(yè)輻照用鈷-60放射源，隨著經濟的發(fā)展、科學技術的進步以及產業(yè)結構的調整，該區(qū)域逐漸發(fā)展成為人口密集的城市繁華地帶。放射源周邊人口密集，半徑1 km范圍內有學校、醫(yī)院、居民區(qū)、研究機構及辦公寫字樓，人口密度約為19 621人/平方千米。該放射源輻照裝置設計裝源量30萬Ci（1 Ci=3.7×1010Bq，共計1.11×1016Bq）。

該放射源輻照裝置抗震設防烈度為8度，位于華北地震區(qū)。該地區(qū)有據可查的8級地震曾發(fā)生過5次；7～7.9級地震曾發(fā)生過18次。若發(fā)生強烈地震，該輻照裝置存在放射源卡源、屏蔽裝置開裂導致射線暴露等小概率但嚴重危及周邊群眾人身安全的事件發(fā)生。即使未發(fā)生放射源泄漏，仍可能產生嚴重的社會恐慌情緒。因此政府部門決定對該鈷-60放射源輻照裝置進行關停退役處置。

2 放射源輻照裝置退役處置過程

2.1 資金籌措

經多年努力，在政府統(tǒng)一協(xié)調幫助下，獲得了輻照裝置退役處置資金。

2.2 鈷源退役處置過程

鈷-60放射源分為國產放射源和進口放射源。按照目前生態(tài)環(huán)境部管理慣例，鈷源使用不超過1/3壽期的可在國內重新安置。根據《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》（國務院令第449號）規(guī)定，進口單位具有進口放射性同位素使用期滿后的處理方案，其中，進口Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類放射源的，應當具有原出口方負責回收的承諾文件。因此進口鈷源按規(guī)定退回至原生產國。

鈷源在裝入獲批準的放射源運輸容器（即源罐）過程需進行至少3遍源號核對，確保萬無一失：每個編號的鈷源在源架上的位置核對第一次；裝入源罐中進行編號核對第二次；每個編號的鈷源裝入源罐“花籃”后的位置核對第三次。運輸前需向公安部門申請運輸許可證，運輸中由警車押運。

2.3 輻照裝置退役過程

鈷源運離放射場所并完成鈷源井水排水后，即啟動放射場所退役工作。退役工作遵照核安全導則《γ輻照裝置退役》（HAD 401/07—2013）執(zhí)行。建設單位自行委托具有相應環(huán)評資質的環(huán)評單位編制鈷源輻照裝置退役項目環(huán)境影響報告表。生態(tài)環(huán)境部組織專家對報告表論證通過后，生態(tài)環(huán)境部委托有資質的第三方監(jiān)測單位對輻照場所進行終態(tài)監(jiān)測。第三方單位向環(huán)保部提交退役項目竣工環(huán)境保護驗收監(jiān)測報告表，建議通過竣工環(huán)境保護驗收后，尚需進行三次公示。包括核與輻射退役項目竣工環(huán)境保護驗收申請受理公示10個工作日，擬同意竣工環(huán)保驗收決定公示5個工作日，竣工環(huán)境保護驗收申請作出審批決定公告7日。從受理公示至審批決定公告完成共歷時約2個月。完成公示后，生態(tài)環(huán)境部批準場址實現(xiàn)無限制開放使用。

3 退役后輻照屏蔽裝置再利用的探索

輻照裝置完成退役后，其輻射屏蔽結構并沒有受到破壞，仍可以發(fā)揮屏蔽射線的作用，因此建設電子加速器輻照中心作為退役輻照裝置再利用的一種途徑就具有了可行性。

3.1 電子加速器與鈷源安全性比較

與鈷源持續(xù)衰變釋放射線不同，電子加速器只在通電后才會產生射線。如遇地震、火災等突發(fā)事件，振動、煙霧報警都會觸發(fā)安全聯(lián)鎖裝置，使加速器自動斷電停止出束，因此電子加速器在安全性方面大大優(yōu)于鈷源。

3.2 電子加速器與鈷源工業(yè)應用比較

以10 MeV 20 kW電子加速器為例，其處理貨物能力與鈷源相差無幾。且電子加速器處理貨物快，可在幾秒鐘時間內完成30萬Ci鈷源需要1 h甚至更長時間處理的劑量。此外，電子加速器僅消耗電量，不存在使用鈷源時放射源購買和退役的繁雜審批手續(xù)及裝置退役問題，節(jié)省費用、時間和人力。

3.3 鈷源屏蔽裝置改造為電子加速器輻照場的方法

鈷源屏蔽裝置內均有一水井，用以貯存放射源。改造時以水井為基礎，在井壁四周安裝鋼板隔濕防潮，墊高井底高度，用以放置電子加速器機頭。

運輸貨物的束下板鏈下傾斜沉至加速器機頭下方接受輻照，板鏈上增加隔板防止貨物傾斜翻覆。此種改造方法節(jié)省土地、材料、時間，可以在較短時間內用與新建加速器相比很少的費用完成改造，投入使用。

3.4 輻照裝置屏蔽電子射線的效果

根據《電子加速器輻照裝置安全和防護》（HJ 979—2018）4.2.2 輻射屏蔽設計依據規(guī)定，電子加速器輻照裝置人員可達區(qū)域屏蔽體外表面30 cm處及以外區(qū)域周圍劑量當量率不超過2.5 μSv/h。如屏蔽體外為社會公眾區(qū)域，屏蔽設計必須符合公眾成員個人劑量約束值規(guī)定。本文所述改造方式是以大地作為屏蔽體，地面以上以反射和散射為主，因此原有鈷源屏蔽墻體能夠達到屏蔽要求，通過環(huán)境影響評價。

4 輻照屏蔽裝置再利用的實施預測

輻照加工是民用非動力核技術的重要組成部分，截至2016-12月底，中國從事核技術應用研發(fā)的科研機構、高校和應用單位達400多家。中國同輻協(xié)會統(tǒng)計數據顯示，2015年中國核技術應用產業(yè)的年產值約為3 000億元，是2010年的三倍，年增長率保持在20%左右，總體呈現(xiàn)加速增長態(tài)勢，有望成為當前經濟環(huán)境下新的增長熱點[3]。未來對輻照加工技術服務有相關需求的重點行業(yè)和領域包括新能源產業(yè)、高鐵與軌道交通、造船業(yè)、航空航天、電子信息、先進制造業(yè)、農產品與食品加工、醫(yī)療用品、環(huán)境治理、公共安全等[4]?？梢钥闯?，輻照加工與民生息息相關，是經濟和社會發(fā)展不可或缺的技術服務行業(yè)。

據統(tǒng)計至2017年中國已有130座鈷-60 γ輻照裝置，設計裝源量1.7億居里，實際裝源活度約為7 000萬居里。目前中國工業(yè)鈷源的年需求量約為1 000萬～1 200萬居里，其中，國產源供應約為500萬居里，從加拿大進口約300萬～500萬居里，從俄羅斯進口約100萬～200萬居里。截至2015年底，產值規(guī)模已達到144億美元，年增長率保持在19%左右。輻照材料改性、醫(yī)療衛(wèi)生用品輻照滅菌燈輻射加工服務以及輻射技術裝備領域產值分別達到72億美元、58億美元、14億美元。由此可見輻照加工市場巨大，對實現(xiàn)無限制開放使用的退役鈷源裝置進行改造，成為電子加速器輻照場，繼續(xù)從事輻照加工行業(yè)是符合廣大鈷源輻照場經營者利益和意愿的。

5 結論

鈷源是輻照加工行業(yè)較早使用的輻照技術手段。但隨著城市的發(fā)展，很多鈷源輻照裝置所處地點漸漸由人口稀少地區(qū)轉變?yōu)槿丝诿芗瘏^(qū)。鈷源輻照裝置存在持續(xù)釋放高強度放射性的特點，又存在卡源、裝置倒塌破損等安全隱患，因此輻照裝置建設、Ⅰ類放射源的購買和退役等一系列審批流程煩瑣、管控嚴格。

電子加速器斷電后即停止產生射線，在正常使用和異常狀況下都不會對環(huán)境及周邊公眾產生危害；在運輸過程中，電子加速器沒有任何放射性，以一般貨物對待即可，不需特殊申請；電子加速器退役時僅履行申報手續(xù)即可，過程簡便；電子加速器的運行維護成本較鈷-60放射源低，更加經濟適用，同時電子加速器也是輻照加工行業(yè)供給側改革的發(fā)展趨勢。因此，電子加速器替代鈷源是未來輻照行業(yè)的發(fā)展趨勢。在鈷源輻照裝置退役后，對結構完好仍可發(fā)揮屏蔽作用的輻照裝置進行改造，變?yōu)殡娮蛹铀倨鬏椪罩行脑诩夹g上是可行的?？梢栽谳^短時間內，花費少量資金完成改造，通過環(huán)評取得輻射安全許可證后即可投入生產，為鈷源輻照企業(yè)提供了一條快速轉型的途徑。

［1］中華人民共和國國務院.放射性同位素與射線裝置安全和防護條例［S］.2005-08-31.

［2］北京三強核力輻射工程技術有限公司，環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京市環(huán)境保護局，等.HJ 979—2018電子加速器輻照裝置安全和防護［S］.出版社不詳，2018.

［3］中國科學技術協(xié)會.2016—2017核技術應用學科發(fā)展報告［R］.北京：中國科學技術出版社，2018.

［4］中國同位素與輻射行業(yè)協(xié)會輻射加工專業(yè)委員會.輻射加工產業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃及建議［J］.中國核工業(yè)，2011（1）：34-39.

TL941

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.058

2095－6835（2019）14－0128－02

楊斌（1977—），男，核技術高級工程師，國家注冊核安全工程師，主要從事核技術利用、核儀器儀表開發(fā)應用研究工作。

〔編輯：嚴麗琴〕