陳玉霞 邱建輝 黃衛(wèi)東
摘要 [目的]了解60Co-γ射線輻照裝置在輻照運(yùn)行過(guò)程中是否存在放射源泄漏,是否對(duì)工作人員及公眾產(chǎn)生外照射輻射。[方法]用低本底αβ測(cè)量?jī)x等儀器對(duì)貯源井水水質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)。用χ、γ劑量當(dāng)量率儀對(duì)輻照室內(nèi)外環(huán)境空氣吸收劑量率進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。[結(jié)果]貯源井水的pH、電導(dǎo)率、氯化物、總α放射性、總β放射性的測(cè)量值均符合國(guó)標(biāo)規(guī)定,60Co未檢出,沒(méi)有放射源泄漏。貯源狀態(tài)時(shí),輻照室內(nèi)劑量率低于天然本底值,井水完全屏蔽了放射源的輻射。升源狀態(tài)時(shí),輻照室周圍劑量率為0.11~0.16 μSv/h,遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)限值(2.5 μSv/h)。工作人員年劑量當(dāng)量為0.355~0.378 mSv,主要為天然本底輻射和建筑材料產(chǎn)生的輻射,與放射源相關(guān)的輻射幾乎為零。[結(jié)論]該研究為湖北輻照實(shí)驗(yàn)中心輻照裝置的輻射防護(hù)提供參考。
關(guān)鍵詞 60Co放射源;貯源井水;電導(dǎo)率;空氣吸收劑量率;劑量當(dāng)量
中圖分類號(hào) X591 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611(2020)03-0189-04
Abstract [Objective] To understand whether there is radiation source leakage in 60Cogamma ray irradiation device during irradiation operation, and whether external radiation is generated to the staff and the public. [Method] The water quality of storage source well water was detected by using low background α β measuring instrument and other instruments, and the air absorption dose rate of the internal and external environment of the irradiation chamber was monitored by an χ, gamma dose equivalent rate instrument. [Result] The measured values of pH, conductivity, chloride,total α radioactivity and total β radioactivity of storage source well water were in accordance with the national standard. 60Co was not detected and there was no leakage of radioactive sources. When the source was stored, the dose rate in the irradiation room was lower than the natural background value, and the well water completely shielded the radiation of the radioactive source. When the source was raised, the dose rate around the irradiation chamber was 0.11-0.16 μSv/h, which was much lower than the national standard limit of 2.5 μSv/h. The annual dose equivalent of staff was 0.355-0.378 mSv. It was mainly natural background radiation and radiation from building materials, and the radiation associated with radioactive sources was almost zero. [Conclusion] This research provided reference for the radiation protection of irradiation devices in Hubei Irradiation Experimental Center.
Key words 60Co radioactive source;Storage source well water;Conductivity;Air absorption dose rate;Dose equivalent
60Co-γ射線輻照裝置由60Co放射源、放射源的操作系統(tǒng)、劑量測(cè)量系統(tǒng)、輻照室、輻照物輸送系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成[1],其中最核心部分是鈷-60放射源。鈷-60放射源是一種人工生產(chǎn)的放射性同位素,由于核衰變,它能放射出2種能量分別為1.17和1.33 Mev、穿透力極強(qiáng)的γ射線[2] 。γ射線輻照加工技術(shù)在我國(guó)研究比較成熟,應(yīng)用也比較廣泛,目前已在食品貯藏保鮮[3-5]、農(nóng)副產(chǎn)品殺蟲保質(zhì)[6-7]、農(nóng)作物誘變育種[8-9]、中成藥、醫(yī)療衛(wèi)生用品消毒滅菌[10]、高分子材料的輻照改性[11]等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[12]。湖北輻照實(shí)驗(yàn)中心的輻照裝置于1992年建成投產(chǎn),初始裝源量為1.57×1015 Bq。由于60Co放射源的半衰期較短(5.27 a),放射源的活度下降較快。為了提高效率,滿足不同貨物的輻照需求,每隔一段時(shí)間需要添加一定量的放射源[13]。該輻照中心的輻照裝置自1995年至今經(jīng)歷了12次增源,現(xiàn)有Ⅰ類鈷-60 γ射線源74枚,現(xiàn)有放射性活度為1.16×1016 Bq。然而,隨著放射源活度的不斷增加和使用頻率的不斷提高,γ輻照裝置的安全運(yùn)行和防護(hù)管理顯得尤為重要[14-15],而輻照裝置的防護(hù)監(jiān)測(cè)是保證安全運(yùn)行的重要手段之一。在裝置輻照運(yùn)行過(guò)程中,筆者定期對(duì)貯源井水、輻照室內(nèi)及輻照室周圍環(huán)境劑量率進(jìn)行監(jiān)測(cè),并對(duì)工作人員個(gè)人年劑量當(dāng)量進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算,其主要目的是供輻照裝置在輻照運(yùn)行過(guò)程中在環(huán)境中產(chǎn)生的γ輻射對(duì)工作人員及公眾所致外照射劑量的估算提供數(shù)據(jù)資料;驗(yàn)證環(huán)境吸收劑量率符合管理限值和法律、標(biāo)準(zhǔn)要求的程度;監(jiān)督輻照裝置放射源的狀況,提供異?;蛞馔馇闆r的警告[16]。
1 材料與方法
1.1 設(shè)備與儀器
1.1.1 輻照裝置。湖北輻照實(shí)驗(yàn)中心60Co-γ射線輻照裝置1座,設(shè)計(jì)裝源容量 1.85 ×1016 Bq,2013—2019年放射源活度為1.07×1016~1.28×1016 Bq,放射源規(guī)格為長(zhǎng)度45.1 cm,直徑1.1 cm,單板3層排列。
1.1.2 主要儀器。酸度計(jì),為廣州佳儀精密儀器有限公司產(chǎn)品;電導(dǎo)率儀,為上海雷磁儀器廠產(chǎn)品;離子色譜儀,為上海硅儀生化科技有限公司產(chǎn)品;低本底αβ測(cè)量?jī)x,為青島聚創(chuàng)環(huán)保設(shè)備有限公司產(chǎn)品;電感偶合等離子體發(fā)射光譜儀,為江蘇天瑞儀器股份有限公司產(chǎn)品;χ、γ劑量當(dāng)量率儀,為上海申核電子儀器有限公司產(chǎn)品。
1.2 方法
1.2.1 取樣與布點(diǎn)。
1.2.1.1 井水取樣。每次在貯源井水面下30 cm處取3 L、500 cm貯源位取3 L,用塑料壺裝好。
1.2.1.2
環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)。輻照室內(nèi)在貯源井井面及輻照室四周和東、西迷道設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn),輻照室外主要在四周防護(hù)墻外工作人員工作場(chǎng)所(如總控制室、值班室、提升間、上下料點(diǎn)、倉(cāng)庫(kù)、水處理間、風(fēng)機(jī)房等)多處布點(diǎn),以附近空地草坪為天然本底監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
1.2.2 監(jiān)測(cè)方式。送交上海譜尼測(cè)試技術(shù)有限公司對(duì)水樣進(jìn)行檢測(cè),每年監(jiān)測(cè)2次;由湖北輻照實(shí)驗(yàn)中心對(duì)輻照裝置內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè),每月監(jiān)測(cè)1次,同時(shí)邀請(qǐng)有相關(guān)資質(zhì)的單位對(duì)裝置環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè),每年監(jiān)測(cè)2次。
1.2.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法。
1.2.3.1 貯源井水的檢測(cè)。pH測(cè)定參照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》GB/T 5750.4—2006 5.1[17] 玻璃電極法;電導(dǎo)率測(cè)量按照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》GB/T 5750.4—2006 6.1[18]方法;氯化物濃度測(cè)定按照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》GB/T 5750.4—2006 2.2[19] 中的離子色譜法;總α放射性測(cè)量按照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》GB/T 5750.13—2006 1[20]中的低本底總α檢測(cè)法;總β放射性測(cè)量按照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》GB/T 5750.13—2006 2[21]中的薄樣法;60Co按照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》GB/T 5750.6—2006 14.2[22]中電感偶合等離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行測(cè)量。
1.2.3.2 環(huán)境劑量率測(cè)量。按照《輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》HJ/T 61—2001[23]和《環(huán)境地表γ輻射劑量率測(cè)定規(guī)范》GB/T 14583—1993[24] 進(jìn)行測(cè)量。
1.2.3.3 各種限值依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。貯源井水水質(zhì)指標(biāo)限值參照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB 5749—85為依據(jù);環(huán)境劑量率限值參照《水池貯源型γ輻照裝置設(shè)計(jì)安全準(zhǔn)則》 GB 17279—1998[25] ;個(gè)人年劑量限值和貯源井水放射性污染限值參照《γ輻照裝置設(shè)計(jì)建造和使用規(guī)范》GB 17568—2008[26]。
1.3 數(shù)據(jù)處理
環(huán)境劑量率按照湖北輻照實(shí)驗(yàn)中心自測(cè)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,每年每點(diǎn)的劑量率是12個(gè)月劑量率的平均值;個(gè)人有效劑量當(dāng)量按公式He=Dr ×t×10-3進(jìn)行計(jì)算。式中,He為χ-γ射線外照射人均有效劑量當(dāng)量,單位為mSv;Dr為χ-γ射線空氣吸收劑量率,單位為μSv/h;t為χ-γ照射時(shí)間,單位為h。
2 結(jié)果與分析
2.1 貯源井水的水質(zhì)監(jiān)測(cè)
貨物輻照在輻照室內(nèi)進(jìn)行,輻照室四周的防護(hù)墻及屋頂均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),墻厚1.7 m,屋頂厚2.1 m。貨物輻照時(shí),由液壓升降裝置將放射源從輻照室中的地下水井里提升到空氣中,此時(shí)放射源處于工作狀態(tài)。當(dāng)不輻照貨物或設(shè)備檢修時(shí),由液壓升降裝置將放射源降到水井底部,此時(shí)放射源處于貯源狀態(tài)。貯源水井深7 m,半徑1.76 m,內(nèi)裝貯源水。60Co放射源是顆粒狀的,外殼是雙層不銹鋼,并且嚴(yán)密焊封成棒狀。由于自來(lái)水中含有雜質(zhì)離子,對(duì)不銹鋼具有一定的腐蝕性,因此貯源井水應(yīng)采用去離子水,且不應(yīng)被其他水源或水泥、灰塵、輻照的貨物污染、若發(fā)現(xiàn)污染應(yīng)即時(shí)更換。為了確定貯源井水的水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)和了解放射源是否存在泄漏以及貯源水井的水能否直接向下水道排放,每年都要對(duì)井水的pH、電導(dǎo)率、氯化物進(jìn)行測(cè)量,對(duì)水中的總α、總β、60Co放射性水平進(jìn)行檢測(cè),每年檢測(cè)2次,結(jié)果見表1。由表1可知,2014—2019年貯源井水的pH為6.32~8.11,處于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍(5.5~8.5)內(nèi);電導(dǎo)率為6.81~9.18 μS/cm,符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的要求(小于10 μS/cm);氯化物濃度為0.17~0.83 mg/L,達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0~1 mg/L;總α放射性小于0.016 Bq/L、總β放射性小于0.028 Bq/L,均滿足GB 5749.85[27]《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定;貯源井水中鈷-60未檢出,無(wú)放射源泄漏,不會(huì)對(duì)地下水造成污染,符合GB 10252—1996[28]《鈷-60輻照裝置的輻射防護(hù)與安全標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定。
2.2 輻照室內(nèi)γ輻射空氣吸收劑量率監(jiān)測(cè)
將放射源降入水井貯源位,對(duì)輻照室內(nèi)水井四周、水井表面及輻照室東西兩側(cè)的迷道進(jìn)行劑量率測(cè)量,結(jié)果見表2。由表2可知,2013—2019年水井周圍及水井表面平均劑量率均為007 μSv/h,低于附近天然本底值(空地草皮劑量率為009 μSv/h),貯源井水完全屏蔽了鈷-60 γ射線,另外,輻照室的防護(hù)墻及屋頂完全屏蔽了宇宙射線,水泥地面也完全屏蔽了地表γ輻射,因此測(cè)量值實(shí)際上為建筑材料(如水泥混凝土)的γ輻射值。東西兩迷道的劑量率均值均為0.12 μSv/h,高于本底值,有建筑材料γ輻射的貢獻(xiàn)。這說(shuō)明當(dāng)放射源處于貯源位置時(shí),輻照室內(nèi)是安全的。
2.3 輻照室周圍環(huán)境劑量率監(jiān)測(cè)
分別在放射源處于升源狀態(tài)和貯源狀態(tài),用FD-3013B χ、γ輻射劑量率儀,測(cè)量了輻照室外的值班室、總控制室、輻照室入口等14個(gè)測(cè)量點(diǎn)的γ輻射劑量率,每月監(jiān)測(cè)1次,將每個(gè)測(cè)量點(diǎn)全年12次的測(cè)量值進(jìn)行算術(shù)平均,結(jié)果見表3 。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,放射源處于升源狀態(tài)時(shí),最低劑量率為0.11 μSv/h,最高劑量率為016 μSv/h,與國(guó)標(biāo)GB17279—1998《水池貯源型γ輻照裝置設(shè)計(jì)安全準(zhǔn)則》中規(guī)定(不超過(guò)2.5 μSv/h)相差甚遠(yuǎn);不同測(cè)量點(diǎn)的7年平均劑量率以輻照室入口最高,為0.16 μSv/h,但與國(guó)標(biāo)規(guī)定相差甚遠(yuǎn);不同年份的所有測(cè)量點(diǎn)平均劑量率略有不同,但差異不明顯,說(shuō)明不同裝源量對(duì)測(cè)量點(diǎn)劑量率的影響不大,其原因一是該輻照裝置設(shè)計(jì)裝源容量1.85×1016 Bq,而2013—2019年實(shí)際裝源量為1.07×1016~1.28×1016 Bq,小于最大裝源容量;二是在設(shè)計(jì)屏蔽墻建筑厚度時(shí)取2倍的安全系數(shù),基礎(chǔ)建設(shè)扎實(shí),沒(méi)有明顯的射線泄漏和散射輻射。絕大多數(shù)測(cè)量點(diǎn)在升源狀態(tài)的γ輻射劑量率與在貯源狀態(tài)的γ輻射劑量率相同,但略高于該地區(qū)天然γ輻射水平(空地草皮),主要是建筑材料(如地磚等)的貢獻(xiàn)。個(gè)別地方(如輻照室入口)升源狀態(tài)的γ輻射劑量率略高于貯源狀態(tài)的γ輻射劑量率,可能與人員通道門的屏蔽相對(duì)薄弱有關(guān),但其數(shù)值也在安全限值范圍內(nèi)。綜上所述,輻照室的屏蔽措施足夠安全,放射源運(yùn)行時(shí)對(duì)工作人員和公眾都是安全的。
2.4 工作人員個(gè)人劑量測(cè)量和計(jì)算
工作人員個(gè)人劑量采用2種測(cè)量方法,一種方法采用熱釋光個(gè)人劑量計(jì)監(jiān)測(cè)工作人員的外照射劑量,由湖北省疾病預(yù)防控制中心監(jiān)測(cè),每季度監(jiān)測(cè)1次(其測(cè)量值低于輻照中心自測(cè)值,表4中未列出);另一種方法就是輻照中心劑量人員每月用FD-3013B χ、γ輻射劑量率儀對(duì)工作人員工作場(chǎng)所劑量率進(jìn)行監(jiān)測(cè),取工作人員居留時(shí)間較長(zhǎng)的3個(gè)測(cè)量點(diǎn)(值班室、總控制室、上下料點(diǎn))的季平均值,乘以工作人員的工作時(shí)間(每季度720 h),即得出工作人員個(gè)人的季劑量值,結(jié)果如表4所示。由表4可知,工作人員個(gè)人年劑量值為0.355~0.378 mSv,主要是天然本底輻射和建筑材料的輻射,而與放射源相關(guān)的劑量幾乎為零,符合GB10252—1996(鈷-60輻照裝置的輻射防護(hù)和安全標(biāo)準(zhǔn))中規(guī)定的在輻照裝置控制區(qū)和監(jiān)督區(qū)內(nèi)的工作人員與源相關(guān)的劑量應(yīng)控制在每年5 mSv以內(nèi)的要求。
3 結(jié)論
(1)此次檢測(cè)結(jié)果表明,貯源井水的pH、電導(dǎo)率、氯化物濃度均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求,總α放射性、總β放射性滿足GB 5749.85《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定,未檢出放射性元素鈷-60,無(wú)放射源泄漏,不會(huì)對(duì)地下水造成放射性污染 。當(dāng)放射源處于貯源位置時(shí),輻照室內(nèi)γ輻射劑量率小于附近天然本底值,井水足夠深,屏蔽效果很好。
(2)通過(guò)連續(xù)多年對(duì)輻照室周圍γ輻射劑量率的監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)測(cè)量點(diǎn)升源狀態(tài)的γ輻射水平與貯源狀態(tài)的γ輻射水平相同,個(gè)別測(cè)量點(diǎn)升源狀態(tài)的γ輻射水平略高于貯源狀態(tài)的γ輻射水平,但遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)限值(2.5 μSv/h)。這說(shuō)明輻照裝置的屏蔽體厚度設(shè)計(jì)合理,土建施工扎實(shí),無(wú)明顯的射線泄漏和散射輻射,不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生放射性危害,工作人員和輻照室周圍環(huán)境是安全的。
(3)對(duì)工作人員年劑量當(dāng)量進(jìn)行測(cè)量與計(jì)算,工作人員個(gè)人年劑量值為0.355~0.378 mSv,主要是天然本底輻射和建筑材料輻射,而與放射源相關(guān)的劑量幾乎為零,符合GB10252—1996中規(guī)定的在輻照裝置控制區(qū)和監(jiān)督區(qū)內(nèi)的工作人員與源相關(guān)的劑量應(yīng)控制在5 mSv/a以內(nèi)的要求。此外,輻照中心工作人員注重安全意識(shí)的培養(yǎng),加強(qiáng)輻射防護(hù)安全知識(shí)學(xué)習(xí),與安全防護(hù)人員緊密配合,定期進(jìn)行個(gè)人劑量和環(huán)境劑量率監(jiān)測(cè),這也是輻照裝置多年安全運(yùn)行的保障之一。
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[17] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化方法委員會(huì).生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法-PH值測(cè)定:GB/T 5750.4—2006 5.1[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.
[18] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化方法委員會(huì).生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法-電導(dǎo)率測(cè)定:GB/T 5750.4—2006 6.1[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.
[19] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化方法委員會(huì).生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法-氯化物測(cè)定:GB/T 5750.4—2006 2.2[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.
[20] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化方法委員會(huì).生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法-總α放射性測(cè)定:GB/T 5750.4—2006 1[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.
[21] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化方法委員會(huì).生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法-總β放射性測(cè)定:GB/T 5750.4—2006 2[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.
[22] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化方法委員會(huì).生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法-60Co測(cè)定:GB/T 5750.4—2006 14.2[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.
[23] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范:HJ/T 61—2001[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001.
[24] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局,國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.環(huán)境地表γ輻射劑量率測(cè)定規(guī)范:GB/T 14583—1993[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1993.
[25] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.水池貯源型γ輻照裝置設(shè)計(jì)安全準(zhǔn)則:GB 17279—1998[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1998.
[26] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.γ輻照裝置設(shè)計(jì)建造和使用規(guī)范:GB 17568—2008[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.
[27] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化方法委員會(huì).生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn):GB 5749—85[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1985.
[28] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.鈷-60輻照裝置的輻射防護(hù)與安全標(biāo)準(zhǔn):GB 10252—1996[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996.