多源γ輻射校準(zhǔn)裝置輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)

馬 曉，張保增，王 瑋

多源輻射校準(zhǔn)裝置輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)

馬 曉，張保增，王 瑋

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

討論多源γ輻射校準(zhǔn)裝置輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)關(guān)注的重點(diǎn)，為同類項(xiàng)目場(chǎng)所屏蔽設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)提供參考。結(jié)合放射源衰減特性，計(jì)算不同工作狀態(tài)下裝備表面、機(jī)房外劑量率。結(jié)果顯示，關(guān)機(jī)時(shí)裝置表面劑量率低于廠家設(shè)計(jì)要求，對(duì)機(jī)房外的影響極??；開機(jī)時(shí)機(jī)房外最大劑量率低于劑量率控制水平，可不考慮天空反散射所致周圍公眾附加劑量。多源γ輻射校準(zhǔn)裝置含有多枚可用的放射源，應(yīng)考慮不同狀態(tài)下其對(duì)周圍環(huán)境的最大輻射影響，確保其對(duì)周圍環(huán)境及公眾所受附加劑量滿足要求。

多源；校準(zhǔn)；輻射環(huán)境影響

近年來(lái)，隨著核技術(shù)利用在能源、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電離輻射測(cè)量技術(shù)隨之不斷發(fā)展，對(duì)X-輻射劑量當(dāng)量（率）儀的準(zhǔn)確性也提出了更高的要求[1]。在X-輻射劑量當(dāng)量（率）儀研制、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)均需借助電離輻射標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試、刻度，使其達(dá)到產(chǎn)品性能指標(biāo)，保障工作正常和量值準(zhǔn)確。通過(guò)輻射校準(zhǔn)裝置建立的電離輻射標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)，不僅可以完善電離輻射計(jì)量體系，實(shí)現(xiàn)量值溯源，也是X-輻射劑量當(dāng)量（率）儀產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量控制等環(huán)節(jié)所不可或缺的。輻射校準(zhǔn)裝置在運(yùn)行過(guò)程中可能對(duì)周圍環(huán)境及公眾產(chǎn)生輻射影響，以多源輻射校準(zhǔn)裝置為例，就其運(yùn)行過(guò)程中輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)的關(guān)注點(diǎn)展開討論，分析其對(duì)周圍環(huán)境及公眾的輻射影響。

1 多源γ輻射校準(zhǔn)裝置概況

輻射校準(zhǔn)裝置分為準(zhǔn)直照射裝置和全景照射裝置，準(zhǔn)直照射裝置根據(jù)裝源數(shù)量不同通常分為多源和單源準(zhǔn)直照射裝置[2]。述及的多源輻射校準(zhǔn)裝置由多源準(zhǔn)直照射裝置、探測(cè)器刻度系統(tǒng)、安全聯(lián)鎖裝置及自動(dòng)化控制操作平臺(tái)組成，其中多源準(zhǔn)直照射裝置由放射源、準(zhǔn)直光闌、快門、載源盤（可轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤）、屏蔽體（鉛容器）、散射腔、傳動(dòng)定位系統(tǒng)以及底座等組成（圖1）。

多源準(zhǔn)直照射裝置的放射源采用干法貯存在放射源貯存裝置內(nèi)載源盤上，載源盤共設(shè)計(jì)6個(gè)源槽，工作狀態(tài)下，傳動(dòng)定位系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤（子）轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)光耦定位將擬使用的放射源轉(zhuǎn)動(dòng)到照射位置，此時(shí)放射源對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)直光闌，空壓機(jī)內(nèi)壓縮空氣驅(qū)動(dòng)并開啟輻照器快門，射線以準(zhǔn)直束方式照射輻射場(chǎng)內(nèi)待刻度儀表。通過(guò)傳動(dòng)定位系統(tǒng)和控制平臺(tái)的選擇程序，保證多源準(zhǔn)直照射裝置每次只有一枚放射源處于照射位置，使用不同放射源對(duì)周圍環(huán)境的影響不同。

圖1 多源γ準(zhǔn)直照射器示意圖

2 輻射環(huán)境影響分析關(guān)注重點(diǎn)

多源輻射校準(zhǔn)裝置開展輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注參考放射源的選擇、關(guān)機(jī)狀態(tài)下裝置表面的輻射劑量率、工作狀態(tài)下機(jī)房墻體外的輻射劑量率以及機(jī)房頂層外天空反散射對(duì)周圍公眾的輻射影響等。

2.1 放射源選擇

X-輻射劑量當(dāng)量（率）儀相關(guān)檢定規(guī)程[3～7]列出的參考輻射源，包括241Am、137Cs、60Co、133Ba、152Eu和57Co，以及12～250 keV區(qū)間不同能量的X射線，其中放射源對(duì)應(yīng)的能量范圍為59.5keV～1.33 MeV，計(jì)量性能要求提出的空氣比釋動(dòng)能率范圍為30nGy·h-1～10μGy·h-1。對(duì)于防護(hù)水平級(jí)別的參考輻射而言，其準(zhǔn)直照射裝置配備的放射源至少應(yīng)包括241Am、137Cs和60Co，這些放射源產(chǎn)生的劑量場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)能滿足被校準(zhǔn)儀表在量程的多個(gè)十進(jìn)位范圍內(nèi)的校準(zhǔn)要求[5]。

表1 放射源參數(shù)

本裝置校準(zhǔn)對(duì)象以防護(hù)水平X-輻射劑量當(dāng)量（率）儀、X-輻射個(gè)人劑量當(dāng)量率報(bào)警儀為主，選擇使用放射源包括241Am、137Cs和60Co 3種，其相關(guān)參數(shù)見表1。

選用不同種類放射源可覆蓋輻射監(jiān)測(cè)儀表校準(zhǔn)要求的射線能量范圍，同一種類、不同活度放射源組合可實(shí)現(xiàn)同一校準(zhǔn)點(diǎn)位、不同劑量情形下的校準(zhǔn)，上述放射源組合可滿足本裝置校準(zhǔn)對(duì)象的校準(zhǔn)要求。由于放射源種類、活度不同，其對(duì)周圍環(huán)境的輻射影響不同，開展輻射環(huán)境影響分析時(shí)應(yīng)關(guān)注放射源的選擇。

2.2 關(guān)機(jī)狀態(tài)下裝置表面劑量率

不同于射線裝置關(guān)閉電源即停止出束，多源γ輻射校準(zhǔn)裝置屬于含源裝置，關(guān)機(jī)狀態(tài)時(shí)放射源貯存在裝置配套的鉛容器內(nèi)不取出，工作人員在機(jī)房?jī)?nèi)擺放待校準(zhǔn)儀器等工作時(shí)可能受到輻射影響，因而需要關(guān)注關(guān)機(jī)時(shí)裝置表面的劑量率水平。

本裝置配套的放射源鉛容器屏蔽厚度不小于30 mm鉛，鉛容器直徑不小于60 cm。根據(jù)同類設(shè)備以及廠家設(shè)計(jì)要求，關(guān)機(jī)狀態(tài)下裝置快門關(guān)閉時(shí)距裝置表面5 cm處表面劑量率應(yīng)小于10μSv·h-1。參照IAEA Report No.47[8]推薦公式，可通過(guò)以下公式估算關(guān)機(jī)狀態(tài)下設(shè)備表面5 cm處的劑量率：

表2 關(guān)機(jī)狀態(tài)距裝置表面5 cm處的輻射劑量當(dāng)量率

可見關(guān)機(jī)狀態(tài)下，距裝置表面5cm處多枚放射源的疊加輻射劑量率遠(yuǎn)低于廠家的設(shè)計(jì)要求10μSv·h-1，其屏蔽效果可達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。對(duì)比5枚放射源的劑量率貢獻(xiàn)，60Co放射源的輻射影響貢獻(xiàn)最大，進(jìn)行機(jī)房外輻射屏蔽效果評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注。結(jié)合裝置表面5 cm處輻射劑量率，考慮到機(jī)房墻體屏蔽衰減以及劑量率與距離平方成反比，關(guān)機(jī)狀態(tài)下機(jī)房墻體外的劑量率可忽略不計(jì)，對(duì)周圍環(huán)境的影響極小。

2.3 工作狀態(tài)下機(jī)房墻體外輻射劑量當(dāng)量率

本裝置所選放射源衰變產(chǎn)生的射線包括射線和射線，由于射線在空氣中射程較短，容易被屏蔽，通常只要對(duì)射線能有效屏蔽，也能將射線屏蔽掉，因而主要關(guān)注正常工作狀態(tài)下，放射源準(zhǔn)直方向以及泄漏、散射射線對(duì)機(jī)房外工作人員和公眾產(chǎn)生的外照射。

本裝置同時(shí)裝配多枚不同種類、不同活度的放射源，但根據(jù)其工作原理可知工作狀態(tài)下單次僅可使用一枚放射源，因此應(yīng)關(guān)注使用不同放射源時(shí)機(jī)房墻體外的輻射劑量率。

2.3.1 機(jī)房屏蔽參數(shù)

本裝置所在機(jī)房長(zhǎng)11 m、寬6 m、高4.5 m，采用混凝土澆筑，東墻為主屏蔽墻，墻厚1 000 mm，其他墻體厚度為750 mm，迷路內(nèi)墻和頂棚厚度為500 mm，防護(hù)門為10 mm鉛板加不銹鋼板結(jié)構(gòu)（圖2）。機(jī)房主照射方向應(yīng)避開公眾居留因子較大的場(chǎng)所，以盡量降低對(duì)周圍環(huán)境及公眾的輻射影響。

參照射線源相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[9]，本裝置輻射工作場(chǎng)所劑量率控制水平按機(jī)房屏蔽體（墻）外、屋頂及入口防護(hù)門外30 cm處劑量率不超過(guò)控制值2.5 μSv·h-1進(jìn)行管理。

圖2 機(jī)房平面、剖面示意圖

2.3.2 準(zhǔn)直方向墻外輻射劑量率

準(zhǔn)直方向墻體外劑量率可參照公式（1）計(jì)算得到，其中TVL取放射源對(duì)應(yīng)的在混凝土中的什值層。由于工作狀態(tài)下每次僅能使用一枚放射源，結(jié)合關(guān)機(jī)狀態(tài)下不同放射源的輻射劑量率貢獻(xiàn)，以活度較大的137Cs和輻射劑量率貢獻(xiàn)較大的60Co進(jìn)行對(duì)比分析。工作狀態(tài)下，準(zhǔn)直方向墻體外輻射劑量當(dāng)量率見表3。

表3 準(zhǔn)直方向（主屏蔽）墻體外輻射劑量當(dāng)量率

根據(jù)工作狀態(tài)下兩種放射源的計(jì)算結(jié)果不難看出，單獨(dú)使用放射源60Co開展工作時(shí)對(duì)機(jī)房墻體外的輻射影響較大，可見滿足放射源60Co的輻射屏蔽需要即可滿足其他放射源的輻射屏蔽需要，滿足本裝置屏蔽體外劑量率不超過(guò)2.5μSv·h-1的劑量率控制水平。

2.3.3 其他墻體外泄漏劑量率

主屏蔽墻以外的其他墻體雖未受到射線束直接照射，但應(yīng)關(guān)注泄露輻射和散射輻射的影響。其他墻體外的泄露劑量率可參照IAEA Report No.47推薦計(jì)算公式計(jì)算得到：

表4 其他墻體外關(guān)注點(diǎn)處泄漏劑量率

Table 4 The leakage radiation dose equivalent rate of the secondary barrier

2.3.4 其他墻外散射劑量率

產(chǎn)生散射輻射的原因較多，其中以散射體散射和準(zhǔn)直方向墻體散射輻射貢獻(xiàn)較大。

經(jīng)散射體散射至其他墻體外的散射劑量當(dāng)量率可由式（3）計(jì)算得到。

表5 其他墻體外關(guān)注點(diǎn)處散射體散射劑量率

Table 5 The scattered radiation dose equivalent rate by scatter of the secondary barrier

經(jīng)準(zhǔn)直方向墻體散射的輻射劑量率可由式（4）計(jì)算得到。

表6 其他墻體外關(guān)注點(diǎn)處準(zhǔn)直方向墻體散射劑量率

對(duì)比泄漏輻射和散射輻射的劑量率貢獻(xiàn)，雖然散射輻射影響較小，但仍需要關(guān)注，且散射貢獻(xiàn)是無(wú)法避免的，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)盡量將其控制在合理的范圍內(nèi)[10]。

2.3.5 其他墻外散射劑量率

根據(jù)其他墻體外各關(guān)注點(diǎn)處泄露輻射和散射輻射的劑量率，可得出其總劑量當(dāng)量率，具體結(jié)果見表7。

表7 其他墻體外關(guān)注點(diǎn)處輻射劑量當(dāng)量率

使用不同放射源開展工作時(shí)，本裝置所在機(jī)房其他墻體外的輻射劑量率均低于劑量率控制水平2.5 μSv·h-1。

2.3.6 工作狀態(tài)下機(jī)房屏蔽效果

關(guān)機(jī)狀態(tài)下，本裝置對(duì)機(jī)房外的疊加輻射影響基本可以忽略；開機(jī)狀態(tài)下，機(jī)房外的輻射劑量率遠(yuǎn)低于機(jī)房外輻射劑量率控制水平，可見，本裝置機(jī)房采取的屏蔽防護(hù)設(shè)計(jì)是相對(duì)保守的。

本裝置使用的放射源活度較低，保守的屏蔽防護(hù)設(shè)計(jì)可為今后選用較大活度放射源預(yù)留空間，以滿足監(jiān)測(cè)儀器不同的校準(zhǔn)需求；若發(fā)生放射源事故，相對(duì)保守的屏蔽防護(hù)可盡量降低其對(duì)周圍環(huán)境的輻射影響。

2.4 天空反散射

由于大氣對(duì)輻射的散射作用，貫穿輻射（X、、中子等）穿透屋頂時(shí)，放射源所在的建筑物周圍出現(xiàn)較強(qiáng)的輻射場(chǎng)[11]，即天空反散射。當(dāng)放射源照射方向朝向屋頂，屋頂上方劑量率水平較高且周圍存在環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的情況下，應(yīng)考慮天空反散射對(duì)周圍公眾的附加劑量。

本裝置工作狀態(tài)下，屋頂上方G點(diǎn)處劑量率最大不超過(guò)1.59×10-2μSv·h-1，可見屋頂上方的劑量率水平遠(yuǎn)低于設(shè)定的劑量率控制水平2.5 μSv·h-1。一般情況下，當(dāng)機(jī)房頂層外表面30 cm處周圍劑量當(dāng)量率滿足劑量率控制水平要求時(shí)，可不考慮天空反散射對(duì)機(jī)房鄰近區(qū)域的周圍劑量當(dāng)量率影響，且本裝置不直接朝向屋頂照射，此處可不展開討論天空反散射的輻射影響，但應(yīng)對(duì)其予以關(guān)注，確保周圍公眾的附加劑量滿足公眾的劑量控制要求。

3 結(jié)語(yǔ)

多源輻射校準(zhǔn)裝置的輻射環(huán)境影響應(yīng)關(guān)注以下幾方面：

1）使用多源輻射校準(zhǔn)裝置開展工作時(shí)，應(yīng)關(guān)注不同工作狀態(tài)下對(duì)周圍環(huán)境的輻射影響，其中關(guān)機(jī)狀態(tài)下應(yīng)考慮多枚放射源的疊加影響，關(guān)機(jī)狀態(tài)下工作人員在機(jī)房?jī)?nèi)所受的輻射影響不可忽略；

2）多源輻射校準(zhǔn)裝置在正常工作狀態(tài)下僅能使用一枚放射源，應(yīng)對(duì)單獨(dú)使用不同放射源的情形進(jìn)行對(duì)比，分析可能的最大輻射影響；

3）天空反散射可能對(duì)周圍公眾的產(chǎn)生附加劑量貢獻(xiàn)，應(yīng)關(guān)注機(jī)房頂層外天空反散射的輻射影響。

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Radiation environmental impact assessment of multi gamma-ray sources calibration equipment

MA Xiao，ZHANG Baozeng，WANG Wei

（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

The key points of the radiation environmental impact assessment about multi gamma-ray sources calibration equipment is discussed, which can provide reference for shielding design and evaluation of similar projects. According to the attenuation characteristics of radiation source，the dose rates on the equipment surface and outside the room under different working conditions are calculated. The results show that the surface dose rate of the device is lower than the manufacturer’s design requirements when in off state；the maximum dose rate outside the room is lower than the dose rate control level when in working state，the additional dose caused by sky backscattering cannot be considered. There are multiple sources in the multi gamma-ray sources calibration equipment, analyzing the maximum radiation dose rate of the device under different working conditions，ensure that the radiation dose rate to the surrounding environment and the public under the control level.

multi-sources；calibration；radiation environmental impact

O652.63

A

1672-0636(2021)03-0388-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2021.03.013

2021-05-24；

2021-06-22

馬曉（1986— ），女，河南新鄉(xiāng)人，工程師，從事輻射環(huán)評(píng)及檢測(cè)工作。E-mail: maxiao@briug.cn

張保增（1985— ），男，山東濰坊人，工程師，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)和放射性環(huán)境地質(zhì)調(diào)查。E-mail:sd0614223@sina.com