基于TLD監(jiān)測(cè)的移動(dòng)式探傷機(jī)輻射事故后果模擬和評(píng)價(jià)

胡晨劍，黃國(guó)夫，樓淑芬，張 瑜，陳 彬

(浙江省輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)站，國(guó)家環(huán)境保護(hù)輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

0 前言

我國(guó)目前有14萬(wàn)余枚放射源，由此引發(fā)的放射源失控、放射性擴(kuò)散等輻射事故可能會(huì)對(duì)人員造成輻射劑量照射[1]。移動(dòng)式γ射線(xiàn)探傷單位在輻射工作單位里占比雖然較少，但常規(guī)使用的Ir-192、Se-75、Co-60等放射源，都屬于高風(fēng)險(xiǎn)的二類(lèi)放射源，且在現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)使用，電離輻射風(fēng)險(xiǎn)和危害較大[2]。南京放射源丟失等事件就屬于典型的移動(dòng)式γ射線(xiàn)探傷事故，在對(duì)公眾造成誤照射的同時(shí)，還引起了社會(huì)恐慌[3-4]。在發(fā)生移動(dòng)式γ射線(xiàn)探傷事故時(shí)，科學(xué)、客觀地分析電離輻射劑量照射情況，是判斷人員健康傷害和輻射事故分類(lèi)的重要依據(jù)，可以據(jù)此采取更加合理地的對(duì)策和防護(hù)措施，正確評(píng)價(jià)電離輻射事故危害和人體影響[5]。

熱釋光累積劑量(TLD)監(jiān)測(cè)是根據(jù)晶體能帶理論而發(fā)展應(yīng)用的技術(shù)，當(dāng)熱釋光磷光材料受到電離輻射等作用時(shí)，會(huì)將輻射能量?jī)?chǔ)存于電子陷阱中，再加熱時(shí)，陷阱中的能量便以光的形式釋放出來(lái)，材料吸收的能量越多(吸收劑量越大)，釋放的光的強(qiáng)度越大，且在一定的劑量范圍內(nèi)，發(fā)光強(qiáng)度與吸收劑量成正比關(guān)系，根據(jù)這種線(xiàn)性關(guān)系，可以使用熱釋光磷光材料定量地測(cè)量電離輻射劑量。發(fā)生電離輻射事故時(shí)，采用TLD監(jiān)測(cè)可以有效測(cè)量和評(píng)估人員所收到的照射劑量[6-7]。

本文應(yīng)用TLD監(jiān)測(cè)技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)Co-60放射源照射模擬電離輻射事故，構(gòu)建電離輻射距離衰減、材料屏蔽等防護(hù)條件，模擬分析電離輻射事故后果，對(duì)輻射防護(hù)措施效果進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，為現(xiàn)場(chǎng)輻射事故時(shí)相關(guān)人員的屏蔽、防護(hù)和劑量照射評(píng)價(jià)提供依據(jù)[8-10]，并據(jù)此提出相應(yīng)的對(duì)策和措施建議。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

監(jiān)測(cè)儀器采用RGD-3B熱釋光劑量監(jiān)測(cè)儀，劑量片選用篩選后的LiF(Mg,Cu,P) 熱釋光劑量片，分散性變異系數(shù)<3%。Co-60標(biāo)準(zhǔn)照射源，實(shí)驗(yàn)時(shí)總活度2.7×105Bq。防護(hù)材料分別為屏蔽效果0.35mm鉛當(dāng)量的鉛防護(hù)服和5mm鉛當(dāng)量的鉛罐[11-12]。水體采用ELGA超純水器制備的去離子水。

1.2 方法

將劑量片放置于實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)上，距標(biāo)準(zhǔn)放射源從5cm到100cm的不同距離，放置于相應(yīng)的防護(hù)材料內(nèi)，并接受一定時(shí)間(100h)的照射，測(cè)量累積照射劑量，并換算成平均空氣吸收劑量率[13-14]。

累積劑量值DTLD=K(Ii-I0)，其中K為Co-60放射源衰變釋放的主要γ能量對(duì)應(yīng)的儀器刻度系數(shù)，Ii為布放點(diǎn)的測(cè)量讀數(shù)值，I0為對(duì)照本底的測(cè)量讀數(shù)值。

實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組均設(shè)置三個(gè)平行樣，取平均值后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 模擬事故的累積劑量

經(jīng)Co-60放射源照射100h后，劑量片的累積劑量值及其換算后的空氣吸收劑量率結(jié)果見(jiàn)表1?！禛B18871-2002電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定公眾所受到的年有效劑量值不應(yīng)超過(guò)1mSv，由表1可見(jiàn)，在緊鄰放射源的位置(5cm處)，累積劑量達(dá)到2.29mSv，隨著放射源距離的增大，累積劑量值迅速變小，在距源50cm外，放射源所致照射已不顯著；在距源80cm處，換算后的劑量率已經(jīng)處于本底水平(84～108nGy/h)。

由實(shí)驗(yàn)可知，即使發(fā)生活度較小放射源事故，周?chē)藛T在放射源近距離周?chē)Ａ糨^短一段時(shí)間，仍將導(dǎo)致照射劑量超過(guò)規(guī)定的年有效劑量值，可能影響人體健康。

事故處理時(shí)，工作人員需要近距離接觸放射源，在接受總的照射劑量無(wú)法改變的前提下，事故處理人員應(yīng)制訂詳細(xì)的處置方案，安排多人輪換，盡量縮短單個(gè)人員近距離接觸放射源的時(shí)間，減少受照劑量。同理，為集中應(yīng)急資源，進(jìn)一步提高事故處理效率，事故處理時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注近距離接觸放射源的相關(guān)人員，對(duì)周?chē)墓娙藛T可以通過(guò)核算集體劑量或者部分抽取進(jìn)行事故后果分析和評(píng)價(jià)，從而減少事故處理工作量。

表1 累積劑量值及其空氣吸收劑量率換算結(jié)果*

2.2 劑量率衰減

在理想條件下，放射源點(diǎn)源在空間某點(diǎn)位的空氣吸收劑量率與距離點(diǎn)源的距離的平方成反比，本實(shí)驗(yàn)計(jì)算了各點(diǎn)位的空氣吸收劑量率理論計(jì)算值[15]，并與累積劑量換算劑量率值進(jìn)行比較，各值隨距離變化示意見(jiàn)圖1。

由圖1可知，各點(diǎn)位的空氣吸收劑量率理論計(jì)算值與累積劑量換算劑量率值隨距離變化的趨勢(shì)基本一致，但是與理論計(jì)算值相比，累積劑量換算劑量率值總體偏小，距放射源較近時(shí)尤其明顯，僅為理論值的69%，除了實(shí)驗(yàn)誤差，可能還與空氣的吸收和散射、傳播地面情況等因素有關(guān)。在10cm內(nèi)，劑量率隨距離增加而迅速減小，超過(guò)20cm時(shí)，衰減趨勢(shì)趨于平穩(wěn)。說(shuō)明在發(fā)生放射源事故時(shí)，采用距離屏蔽是最簡(jiǎn)單、也是最有效的方式?，F(xiàn)場(chǎng)處理放射源，可以采用長(zhǎng)柄(桿)夾等設(shè)備，盡量遠(yuǎn)離放射源進(jìn)行事故處置。

2.3 輻射屏蔽效果

單能γ射線(xiàn)的劑量率在屏蔽材料中的減弱規(guī)律呈指數(shù)衰減，與屏蔽材料的材質(zhì)和厚度有關(guān)。本次實(shí)驗(yàn)分別通過(guò)0.35mm和5mm鉛當(dāng)量的鉛屏蔽材料，模擬分析屏蔽材料的防護(hù)效果。與沒(méi)有屏蔽材料的對(duì)照點(diǎn)位相比，0.35mm鉛當(dāng)量屏蔽材料在5cm、10cm、20cm、30cm處的實(shí)際屏蔽系數(shù)分別為25.3%、39.2%、55.4%、72%，5mm鉛當(dāng)量屏蔽材料在10cm、20cm、30cm處的實(shí)際屏蔽系數(shù)分別為94.3%、90.9%、100%，實(shí)際屏蔽效果均好于理論計(jì)算的效果。

由此可見(jiàn)，0.35mm鉛當(dāng)量的防護(hù)材料愈遠(yuǎn)離放射源，屏蔽效果愈好，事故處理時(shí)可以穿戴較小鉛當(dāng)量的防護(hù)服裝，但是防護(hù)效果有限，若防護(hù)服嚴(yán)重影響事故處理效率，導(dǎo)致工作時(shí)間相應(yīng)增加，所受到的總劑量可能反而更大。5mm鉛當(dāng)量防護(hù)材料有90%以上的屏蔽系數(shù)，屏蔽效果雖然好，但是總重太大，不利于穿戴?，F(xiàn)場(chǎng)事故處理時(shí)可以采用鉛屏風(fēng)等方式，來(lái)減少劑量照射。

2.4 水體輻射環(huán)境影響

水體是常見(jiàn)的輻射屏蔽材料，但作為低密度物質(zhì)，輻射防護(hù)能力較弱。本實(shí)驗(yàn)采用低劑量(扣除房間本底)的照射[19]，研究在近距離處(5cm)的水體實(shí)際屏蔽效果。當(dāng)水體厚度為5cm的照射累積劑量達(dá)到0.32mSv時(shí)，Co-60放射源直接照射的累積劑量分別為0.33mSv，水體的屏蔽效果為3.03%，大部分射線(xiàn)都無(wú)法被水體吸收。在發(fā)生輻射事故時(shí)，射線(xiàn)對(duì)水環(huán)境及水生生物的影響，基本上不因?yàn)樗w的屏蔽而減弱，在事故處理時(shí)，應(yīng)注意水體中非人類(lèi)物種的輻射影響。

3 結(jié)論和建議

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

相比瞬時(shí)劑量測(cè)量?jī)x器，利用熱釋光累積劑量(TLD)監(jiān)測(cè)模擬放射源事故后果，可以減少能量響應(yīng)、射線(xiàn)入射角度等的影響，更好地分析和評(píng)價(jià)放射源事故影響。根據(jù)模擬結(jié)果，事故處理時(shí)，不論放射源活度大小，都應(yīng)避免近距離接觸和停留，以免人員照射劑量超過(guò)年有效劑量值。放射源所致的劑量率隨距離增加而迅速減小，相對(duì)于理論計(jì)算值的保守，近距離時(shí)的實(shí)際衰減趨勢(shì)明顯，可能與空氣的吸收和散射、傳播地面情況等因素有關(guān)。屏蔽防護(hù)材料的選擇應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，較小鉛當(dāng)量材料的防護(hù)效果有限，較大鉛當(dāng)量的材料自身重量較重，兩者的屏蔽實(shí)驗(yàn)效果均理想，水體的屏蔽能力較弱。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以對(duì)放射源事故人員的劑量照射、屏蔽和防護(hù)提供參考和依據(jù)。

3.2 建議

(1)強(qiáng)化核安全文化建設(shè)，提高安全責(zé)任意識(shí)。全面推進(jìn)核安全文化建設(shè)，提高移動(dòng)式γ射線(xiàn)探傷行業(yè)核安全文化水平，細(xì)化明確業(yè)主單位和探傷單位的安全主體責(zé)任[16]。加強(qiáng)人員核安全文化的宣貫和培訓(xùn)，提高安全意識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作的輻射工作人員應(yīng)經(jīng)過(guò)培訓(xùn)并有相應(yīng)資格。

(2)加大探傷作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全管理。建立行之有效的規(guī)章制度，要有完整的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)記錄，做到凡事有章可循、有據(jù)可查，尤其是做好放射源的貯存、運(yùn)輸、領(lǐng)取、使用、歸還等臺(tái)賬。配備便攜式劑量率儀，在各重要環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查、登記，確保帳物相符。制訂放射源丟失應(yīng)急預(yù)案，落實(shí)人員的輻射防護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)措施，定期開(kāi)展應(yīng)急演練[17]。生態(tài)環(huán)境部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的輻射執(zhí)法檢查與飛行檢查，杜絕違法違規(guī)操作。

(3)加強(qiáng)科技應(yīng)用，在移動(dòng)式探傷設(shè)備上推廣使用放射源在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)，利用GPS監(jiān)控、輻射監(jiān)測(cè)在線(xiàn)儀等技術(shù)手段，將放射源的位置信息、輻射強(qiáng)度信息統(tǒng)一傳輸至生態(tài)環(huán)境部門(mén)的監(jiān)管平臺(tái)。研發(fā)更為先進(jìn)、智能的γ射線(xiàn)探傷設(shè)備，增強(qiáng)設(shè)備自身硬件的縱深防御，從設(shè)計(jì)上預(yù)防人為失誤[18]。

(4)加強(qiáng)信息發(fā)布管理和信息公開(kāi)，強(qiáng)化公眾宣傳和交流。目前社會(huì)和公眾對(duì)核與輻射的認(rèn)知還不夠全面、科學(xué)客觀，存在“談核色變”的心理，像杞縣卡源事件作為一起普通的輻射事件卻造成了較大的社會(huì)影響。這就要求政府部門(mén)要做好政務(wù)公開(kāi)和信息公開(kāi)，及時(shí)發(fā)布輻射事故的關(guān)鍵信息，防止謠言傳播，樹(shù)立正確的輿論導(dǎo)向。平時(shí)要通過(guò)廣播、電視、平面媒體和網(wǎng)絡(luò)等形式，加強(qiáng)科普宣傳和公眾參與，開(kāi)展輻射安全科普主題宣傳，消除公眾“恐核”心理。