某集裝箱貨物/車輛檢查系統(tǒng)輻射防護(hù)分析

翟曙光 白 斌 王宏芳 崔力萌 馬永忠 孔玉俠

（北京市疾病預(yù)防控制中心，北京市預(yù)防醫(yī)學(xué)研究中心，北京 100013）

長(zhǎng)期以來，我國(guó)各地海關(guān)頻頻查獲違禁入境品，這些違禁品會(huì)對(duì)人民健康和生態(tài)環(huán)境造成威脅，而打開每個(gè)集裝箱人工檢查貨物既費(fèi)時(shí)又不切實(shí)際。為效地進(jìn)行檢查，采用輻射技術(shù)對(duì)集裝箱進(jìn)行快速掃描成像，可以提高清關(guān)率和違禁品檢出率。集裝箱貨物/車輛檢查系統(tǒng)被定義為帶有光子或中子輻射源、輻射探測(cè)器等裝置及設(shè)施，利用輻射成像原理獲得貨物及車輛等被檢物透視圖像的檢查系統(tǒng)。由于X 射線檢查系統(tǒng)利用X 射線和強(qiáng)大的圖像處理程序，可得到清晰的貨物圖像，無須打開滿載的汽車和集裝箱，便可識(shí)別違禁品、武器、爆炸物和毒品。檢查系統(tǒng)在關(guān)閉電源時(shí)即可停止其運(yùn)行，相較于使用輻射源裝置操作更為簡(jiǎn)單，因此被廣泛使用于航空、鐵路和海上運(yùn)輸，逐漸成為各海關(guān)簡(jiǎn)化貨物清關(guān)流程的一部分。正因?yàn)槭褂脧V泛，X 射線檢查系統(tǒng)的輻射防護(hù)安全對(duì)于公眾和工作人員都至關(guān)重要。檢查系統(tǒng)可能發(fā)生的輻射事故為檢查系統(tǒng)在運(yùn)行過程中失控導(dǎo)致的人員誤照射[1]。研究的目的是對(duì)X射線檢查系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)期性能和輻射防護(hù)安全進(jìn)行監(jiān)測(cè)，評(píng)價(jià)其輻射防護(hù)安全水平和使用過程中可能造成的風(fēng)險(xiǎn)。

1 方法

1.1 集裝箱貨物/車輛檢查系統(tǒng)基本情況

2012—2018 年，選擇某海關(guān)X 射線檢查系統(tǒng)（型號(hào)：PB2028TL（H）型）進(jìn)行了5 次檢測(cè)。該系統(tǒng)的X 射線輻射單能最高為6MeV，有用束軸上距離靶點(diǎn)100cm處的輻射輸出量率在5 次檢測(cè)中分別為221mGy·m2/min、200mGy·m2/min、200mGy·m2/min、185mGy·m2/min、180mGy·m2/min。

1.2 檢測(cè)方法

1.2.1 檢測(cè)評(píng)價(jià)依據(jù)

《貨物/車輛輻射檢查系統(tǒng)的放射防護(hù)要求》（GBZ 143—2015）、《環(huán)境地表 γ 輻射劑量率檢驗(yàn)規(guī)范》（GB/T 14583-1993）、《放射性物品安全運(yùn)輸規(guī)程》（GB11806-2019）、《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB18871-2002）。

1.2.2 檢測(cè)指標(biāo)與檢測(cè)方法

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)該檢查系統(tǒng)進(jìn)行了以下指標(biāo)的檢測(cè)。

1.2.2.1 檢查系統(tǒng)輻射輸出量

將UNIDOS 劑量?jī)x（生產(chǎn)廠家：PTW；設(shè)備序號(hào)：No.NTE-01969）的探頭置于有用線束中心軸上距靶1m 處，在遠(yuǎn)距離直接測(cè)讀。

1.2.2.2 加速器組裝體輻射泄漏率

以重屏蔽體堵有用束出口，將451P 劑量?jī)x（生產(chǎn)廠家：FLUKE；設(shè)備序號(hào)：No.675）的探頭置于圖1 所示的測(cè)點(diǎn)上，直接測(cè)讀，并與有用束輸出量比較，計(jì)算輻射泄漏率。

圖1 泄漏輻射檢測(cè)位點(diǎn)示意圖

1.2.2.3 檢查場(chǎng)所輻射水平

使用SG-102 環(huán)境X、γ 劑量率儀（青島嶗山電子儀器廠，設(shè)備序號(hào)：No.510597）直接測(cè)讀檢查場(chǎng)所邊界的輻射水平，在各點(diǎn)位進(jìn)行巡測(cè)，每個(gè)點(diǎn)位記錄2～4 個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)得各點(diǎn)的最大值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.2.2.4 車輛內(nèi)物品受照劑量

使用解放軍防化研究院生產(chǎn)的GR-200A 型LiF（Mg，Cu，P）熱釋光探測(cè)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將熱釋光元件置于車輛左、右側(cè)內(nèi)壁，模擬測(cè)量一次檢查時(shí)受檢物受照的吸收劑量。

1.2.2.5 輻射安全設(shè)備

通過實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)，逐一檢驗(yàn)各項(xiàng)輻射安全設(shè)備的工作情況。

1.3 質(zhì)量控制和統(tǒng)計(jì)

所使用的檢測(cè)設(shè)備均定期經(jīng)由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院檢定合格，使用人員對(duì)儀器進(jìn)行檢驗(yàn)維護(hù)，確保功能正常。使用SPSS 19.0 軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并使用克魯斯卡爾-沃利斯檢驗(yàn)、相關(guān)樣本傅萊德曼雙向按秩方差分析、威爾科克森符號(hào)秩檢驗(yàn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。P<0.05 為有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 加速器組裝體的輻射泄漏率

加速器組裝體的泄漏輻射結(jié)果見表1，泄漏輻射25 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中，10 個(gè)點(diǎn)的輻射泄漏率為（0.54～1.9）×10-5，其余15 個(gè)點(diǎn)的輻射泄漏率為（0.02～0.37）×10-5。

表1 X 射線檢查系統(tǒng)加速器組裝體的泄漏輻射

2.2 檢查場(chǎng)所輻射水平

2012—2018 年的5 次檢測(cè)中，使用各個(gè)檢測(cè)位點(diǎn)所記錄的最大值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，空氣比釋動(dòng)能率平均值和標(biāo)準(zhǔn)差按照年份先后排序，車輛檢查場(chǎng)所監(jiān)測(cè)點(diǎn)空氣比釋動(dòng)能率平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為（0.42±0.23）μGy/h（2012 年）、（0.37±0.23）μGy/h（2013 年）、（0.21±0.19）μGy/h（2016 年）、（0.15±0.07）μGy/h（2017 年）和（0.22±0.16）μGy/h（2018 年），現(xiàn)場(chǎng)本底輻射水平為（0.08～0.09）μGy/h，該研究中結(jié)果未扣除本底輻射值。相關(guān)樣本傅萊德曼雙向按秩方差分析顯示，不同年份之間的空氣比釋動(dòng)能率有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.001）。成對(duì)比較顯示，2016—2018 年該場(chǎng)所測(cè)得的空氣比釋動(dòng)能率顯著低于2012 年（P=0.012、<0.001、0.019）。在2012 年、2013年、2016 至2018 年的5 次檢測(cè)中，X 射線檢查系統(tǒng)輻射輸出量分別為221mGy·m2/min、200mGy·m2/min、200mGy·m2/min、185mGy·m2/min、180mGy·m2/min。

圖2 為檢查系統(tǒng)控制區(qū)外圍主要關(guān)注點(diǎn)5 次檢測(cè)的空氣比釋動(dòng)能率對(duì)比箱型圖。使用克魯斯卡爾-沃利斯檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)探測(cè)器外側(cè)空氣比釋動(dòng)能率在統(tǒng)計(jì)上顯著高于入口和出口（P=0.025、P=0.006），南墻西側(cè)空氣比釋動(dòng)能率在統(tǒng)計(jì)上顯著高于入口（P=0.025）。

圖2 不同點(diǎn)位5 次檢測(cè)的空氣比釋動(dòng)能率對(duì)比

“О”為超出1.5 倍四分位間距的離群值，“*”為超出3倍四分位間距的離群值

2012 年在放置和未放置散射體兩種情況下檢測(cè)了檢查場(chǎng)所空氣比釋動(dòng)能率，結(jié)果分別為（0.47±0.54）μGy/h 和（0.42±0.27）μGy/h，未發(fā)現(xiàn)顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.181，威爾科克森符號(hào)秩檢驗(yàn)）。

2.3 車輛內(nèi)物品受照劑量

該研究中，模擬測(cè)量一次車輛檢測(cè)時(shí)受檢物受照的吸收劑量為3μGy，滿足GB11806-2019《放射性物品安全運(yùn)輸規(guī)程》中規(guī)定的檢查系統(tǒng)一次檢查，受檢物受照劑量不大于100μGy 的要求。

2.4 輻射安全檢查

通過直接巡檢，該檢查系統(tǒng)設(shè)置有警示標(biāo)識(shí)、安全聯(lián)鎖和監(jiān)控等輻射安全防護(hù)設(shè)施，主要包括4 個(gè)方面：1）電離輻射標(biāo)志牌分別固定在檢查通道出、入口、加速器室門上、加速器室內(nèi)和出入口檢查通道護(hù)欄上。檢查通道出、入口處安裝有紅外報(bào)警裝置。檢查通道橫臂上安裝有警燈及警鈴。2）檢查通道橫臂上和出、入口方向分別安裝了4 臺(tái)和2 臺(tái)攝影機(jī)，配備對(duì)講設(shè)備和揚(yáng)聲器，操作人員從控制室能全方位觀察到照射區(qū)域?qū)崨r，發(fā)現(xiàn)意外能及時(shí)發(fā)出警示指令。3）急停按鈕設(shè)置在系統(tǒng)控制操作臺(tái)上1 個(gè)、加速器室內(nèi)1 個(gè)、設(shè)備艙內(nèi)電控柜操作面板上2 個(gè)、調(diào)制器門上1 個(gè)、掃描通道出、入口各2 個(gè)，車輛出、入口電動(dòng)擋桿上各1 個(gè)。當(dāng)加速器安全聯(lián)鎖鑰匙未插入工作位置，加速器室門、司機(jī)和工作人員出入門未關(guān)閉或出、入口電動(dòng)擋桿未放下，系統(tǒng)無法出束。當(dāng)系統(tǒng)控制聯(lián)鎖鑰匙拔出工作位置、按下“急停按鈕”、打開加速器艙門、司機(jī)和工作人員出入門或抬起電動(dòng)擋桿，系統(tǒng)立即停止出束。系統(tǒng)控制操作臺(tái)加速器安全聯(lián)鎖鑰匙、所有急停按鈕恢復(fù)鑰匙、加速器艙門鑰匙、司機(jī)和工作人員出入門鑰匙與1 臺(tái)劑量報(bào)警儀拴系在一起管理。4）在平車啟動(dòng)后，由軟件根據(jù)車速控制出束和停束。上載時(shí)須向控制臺(tái)發(fā)出確認(rèn)指示信號(hào)。

3 討論

集裝箱貨物/車輛檢查系統(tǒng)的輻射泄漏率是反映設(shè)備本身輻射防護(hù)性能的主要?jiǎng)┝繉W(xué)指標(biāo)。有文獻(xiàn)報(bào)道了2003 年某組合移動(dòng)式集裝箱檢查系統(tǒng)最高輻射泄漏率為0.098%[2]，高于該研究設(shè)備輻射泄漏率1.9×10-5近2 個(gè)數(shù)量級(jí)。馬永忠等人對(duì)4MeV 無損檢測(cè)加速器泄漏輻射率為0.168%，該研究中設(shè)備低于其結(jié)果3 個(gè)數(shù)量級(jí)[3]。以上表明該研究設(shè)備的加速器泄露輻射控制較好。

從表2 和圖2 可知，在對(duì)檢查場(chǎng)所邊界關(guān)注點(diǎn)的5 次檢測(cè)中，空氣比釋動(dòng)能率較大數(shù)值出現(xiàn)在探測(cè)器墻外和南墻西側(cè)表面30cm 處，輻射防護(hù)區(qū)邊界劑量率不大于2.0μGy/h，小于控制指標(biāo)2.5μGy/h；控制室的輻射劑量率不大于0.32μGy/h，均滿足GBZ143-2015《貨物/車輛輻射檢查系統(tǒng)的放射防護(hù)要求》的要求。另有相關(guān)報(bào)道表明，對(duì)輸出量率為50mGy·m2/min 的集裝箱檢查系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)出入口處最高空氣比釋動(dòng)能率為0.44μGy/h，梁棉英等人對(duì)FG9056 型大型集裝箱檢查系統(tǒng)的研究顯示，工作場(chǎng)所空氣比釋動(dòng)能率范圍0.09μGy/h～2.0μGy/h[4]。該檢查系統(tǒng)輸出量率為180 mGy·m2/min～221 mGy·m2/min，出入口最高劑量率為0.16μGy/h，工作場(chǎng)所空氣比釋動(dòng)能率范圍為0.08μGy/h～1.1μGy/h，歸一結(jié)果表明與文獻(xiàn)報(bào)道一致。2016—2018 年測(cè)得該檢查系統(tǒng)場(chǎng)所外圍的空氣比釋動(dòng)能率顯著低于2012 年，主要原因是X 射線檢查系統(tǒng)輻射輸出量率的降低，由221mGy·m2/min 降為180mGy·m2/min，同時(shí)也受到人員測(cè)量誤差和儀器設(shè)備不同時(shí)間的穩(wěn)定性差異的影響。該研究有一些不足之處。由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，筆者無法測(cè)量屋頂?shù)目諝獗柔寗?dòng)能率。

表2 車輛檢查場(chǎng)所監(jiān)測(cè)點(diǎn)位空氣比釋動(dòng)能率a

檢查系統(tǒng)一次檢查，受檢物受照劑量為3μGy，達(dá)到了不大于20μGy 的設(shè)計(jì)目標(biāo)，符合GB11806-2019《放射性物品安全運(yùn)輸規(guī)程》中“放射性物質(zhì)應(yīng)與未顯影的照相膠片充分隔離。確定隔離距離的依據(jù)是每批托運(yùn)未顯影的照相膠片在與放射性物質(zhì)運(yùn)輸期間受到的總輻照照射小于0.1mSv”的要求，不會(huì)對(duì)包括膠片在內(nèi)的受檢物品和生物造成輻射影響。

該研究中的安全檢查系統(tǒng)具有防止人員停留在加速器倉(cāng)和掃描檢查場(chǎng)所時(shí)誤發(fā)出射線束、防止發(fā)射射線束時(shí)人員誤入的安全設(shè)備和防止檢修意外的安全設(shè)備。

4 結(jié)論

該研究中的PB2028TL（H）型X 射線檢查系統(tǒng)加速器組裝體的泄漏輻射符合“泄漏率不大于2×10-5的產(chǎn)品預(yù)期目標(biāo)，并滿足GBZ143-2015《貨物/車輛輻射檢查系統(tǒng)的放射防護(hù)要求》規(guī)定不高于1×10-3的要求。場(chǎng)所外圍關(guān)注點(diǎn)的輻射水平及人員可能受到的劑量均滿足GBZ143-2015《貨物/車輛輻射檢查系統(tǒng)的放射防護(hù)要求》和GB18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》的要求。在實(shí)際工作中，應(yīng)避免在空氣比釋動(dòng)能率較大的區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間停留。檢測(cè)結(jié)果表明，該檢查系統(tǒng)一次掃描檢查，受檢物受照劑量為3μGy，達(dá)到了不大于20μGy 的設(shè)計(jì)目標(biāo)，符合GB11806-2019《放射性物品安全運(yùn)輸規(guī)程》中的指標(biāo)要求。

在正常工作情況下，該檢查系統(tǒng)使人員受到意外高照射的風(fēng)險(xiǎn)低。孫淼等對(duì)FG9056 大型集裝箱檢查系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)顯示加速器室內(nèi)輻射水平可達(dá)到4.59×106μGy/h[5]，因此在實(shí)際工作中，仍應(yīng)對(duì)工作人員進(jìn)行上崗和定期培訓(xùn)，完善工作流程，制定應(yīng)急預(yù)案，降低人員受到意外照射的風(fēng)險(xiǎn)，避免發(fā)生重大的輻射安全事故。