某機(jī)械設(shè)備制造公司工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目輻射環(huán)境監(jiān)測分析

摘要：為提高機(jī)械設(shè)備制造公司工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目的輻射環(huán)境監(jiān)測水平，結(jié)合某機(jī)械設(shè)備制造公司工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目，分析監(jiān)測要點(diǎn)。重點(diǎn)分析工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目的輻射環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容，包括監(jiān)測對象、方法、標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)果，并根據(jù)輻射環(huán)境產(chǎn)生的影響，提出輻射安全防護(hù)建議：實(shí)時(shí)監(jiān)測識別工作環(huán)境的輻射源危害現(xiàn)狀，采取相應(yīng)防護(hù)措施降低人員輻射源傷害率；利用科學(xué)的防護(hù)措施，確保項(xiàng)目開展與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范一致，保障工作人員的生命健康，降低生產(chǎn)項(xiàng)目對周邊環(huán)境的輻射影響。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備制造公司工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目輻射環(huán)境監(jiān)測射線裝置輻照車間

RadiationEnvironmentMonitoringandAnalysisofIndustrialAcceleratorApplicationProjectinaMechanicalEquipmentManufacturingCompany

YUTianhong

ShenzhenRuidaTestingTechnologyCo.，Ltd.Shenzhen，GuangdongProvince，

518000China

Abstract：Themonitoringandanalysisofradiationenvironmentinindustrialacceleratorapplicationprojectsofmechanicalequipmentmanufacturingcompaniesiscrucial.Itcantimelyidentifytheradiationsourcehazardsintheworkingenvironment，andthusidentifyandtakemeasurestoreducetheradiationsourceinjuriesofrelevantpersonnel.Thisarticleaimstoexploretheimportanceofradiationenvironmentmonitoringintheindustrialacceleratorapplicationprojectofacertainmechanicalequipmentma9GeWm/Sc6O/ElG76FXT+Gg==nufacturingcompany;Analyzetheradiationenvironmentmonitoringcontentofindustrialacceleratorapplicationprojects，includingmonitoringobjects，methods，standards，andresults，andproposeradiationsafetyprotectionsuggestionsbasedontheimpactofradiationenvironment.Throughthesemeasures，theaimistominimizetheradiationimpactonpersonnelandproductionenvironment，ensuringthattheprojectcanoperatesafelyunderstandardspecifications.

KeyWords：Mechanicalequipmentmanufacturingcompany;Industrialacceleratorapplicationproject;Radiationenvironmentmonitoring;Radiationdevice;Radiationworkshop

工業(yè)加速器作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于材料改性、醫(yī)療消毒、食品保鮮等領(lǐng)域。其核心組件包括微波傳輸系統(tǒng)、電子槍和加速管等，通過射頻駐波電場對電子進(jìn)行加速，產(chǎn)生高能電子束，進(jìn)而轟擊鎢靶產(chǎn)生X射線，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)工件的高效檢測。然而，伴隨高能電子束的產(chǎn)生，輻射安全問題不容忽視。本研究以某機(jī)械設(shè)備制造公司的工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目為案例，深入分析輻射環(huán)境監(jiān)測的內(nèi)容，為業(yè)界提供技術(shù)參考，以期提升輻射安全管理水平。

1工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目輻射環(huán)境監(jiān)測的意義

在工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目中，開展輻射環(huán)境監(jiān)測分析工作可充分了解環(huán)境對工件的實(shí)際影響，保證工業(yè)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的安全性。輻射環(huán)境監(jiān)測主要對操作放射性物質(zhì)的設(shè)施情況進(jìn)行測量，包括周邊的輻射水平、放射性水平，利用合適的測量手段完成環(huán)境介質(zhì)和生物的有效監(jiān)測。

工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目輻射環(huán)境監(jiān)測的意義如下。

1. 可對設(shè)施運(yùn)行時(shí)釋放的放射性物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確評價(jià)，明確輻射源對人體產(chǎn)生的實(shí)際照射影響和潛在照射影響，根據(jù)照射情況評價(jià)其長期應(yīng)用趨勢，針對相關(guān)應(yīng)用問題，對生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行改善。
2. 對工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目中的設(shè)施運(yùn)行mLvIPP2H9H72/OC+l2YCtw==狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，掌握環(huán)境輻射各個(gè)因素之間的相關(guān)性資料，根據(jù)資料，明確未注意到的照射途徑、釋放方式等。
3. 當(dāng)工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目出現(xiàn)異常問題時(shí)，系統(tǒng)可快速發(fā)出預(yù)警信息，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為相關(guān)人員提供事故解決決策基礎(chǔ)。
4. 確保項(xiàng)目開展期間輻射源釋放的科學(xué)性、合理性和合法性，最大程度地降低公眾人員和工作人員受到的影響。

2工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目的輻射環(huán)境監(jiān)測分析

2.1監(jiān)測對象

以某機(jī)械設(shè)備公司為例，確定工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目的輻射環(huán)境監(jiān)測對象。該公司建設(shè)的工業(yè)加速器項(xiàng)目總投資為22000萬元，項(xiàng)目環(huán)保投資大約1000萬元，投資比例為4.5%，占地面積大約為300m2。公司租用了某材料有限公司的廠房，在廠房內(nèi)建設(shè)工業(yè)輻照加速器機(jī)房，并配備了10MeV工業(yè)輻照用電子直線加速器，用于區(qū)域內(nèi)的食品、飲料、醫(yī)藥器械、食材等加工業(yè)務(wù)。此次工程中的輻射環(huán)境監(jiān)測對象為射線裝置。

輻照車間分為3間，分別為1#、2#和3#。在車間上方設(shè)置雙速行車，重量為10t，上部屬于行車空間。輻照間一層為輻照室，二層為主機(jī)室，屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在輻照車間分別安裝了3臺射線裝置，其類型如表1所示。

2.2監(jiān)測方法

2.2.1人員和時(shí)間安排

人員和時(shí)間安排如下：日出束時(shí)間為24h，每班工作人數(shù)為2人，3組裝置共6人；周出束時(shí)間為5d；年出束時(shí)間為250d，年累計(jì)最長出束時(shí)間為6000h，工作人員年最長受照時(shí)間為2000h。

2.2.2污染因素分析

加速器開啟之后，會直接產(chǎn)生大量的X射線，對環(huán)境和人員健康產(chǎn)生危害。因此，在監(jiān)測輻射環(huán)境時(shí)，需要分析內(nèi)部污染因素。本次項(xiàng)目使用的加速器能量均低于10MeV，可避開中子影響問題[1]。在運(yùn)行過程中，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)X射線與空氣發(fā)生一定作用后產(chǎn)生了少量的物質(zhì)：臭氧和氮氧化物，但是，探傷室的通風(fēng)系統(tǒng)仍然處于良好運(yùn)行狀態(tài)，未對生產(chǎn)環(huán)境造成有害影響?；诖?，重點(diǎn)分析X射線的污染情況即可。

2.2.3準(zhǔn)備監(jiān)測儀器

在輻射監(jiān)測時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)提前準(zhǔn)備好監(jiān)測儀器，以便后期監(jiān)測使用。本次項(xiàng)目主要準(zhǔn)備了451P型監(jiān)測儀器，監(jiān)測儀器探頭靈敏度高，可有效改善能量響應(yīng)。儀器測量范圍：大于1MeV的β射線，大于25KeV的γ和X射線。測量范圍：0～500μR/h，0～5mR/h，0～50mR/h，0～500mR/h。監(jiān)測條件：溫度在-20℃～+50℃為宜，環(huán)境中的相對濕度為62%。

2.3監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)

2.3.1職業(yè)照射的劑量限值

在輻射監(jiān)測時(shí)，職業(yè)照射的劑量限值監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)如下。結(jié)合主管部門標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)5年的年平均有效劑量為20mSv，任何一年的有效劑量為50mSv，眼晶體年當(dāng)量劑量為150mSv，四肢或者皮膚的年當(dāng)量劑量為500mSv。

2.3.2公眾照射的劑量限值

公眾照射的劑量限值如下。年有效劑量為1mSv，基于特殊情況，如連續(xù)5年年平均劑量低于1mSv，則可將某一年的年平均劑量提升至5mSv。眼晶體年當(dāng)量劑量為15mSv。四肢或者皮膚的年當(dāng)量劑量為50mSv。

2.3.3劑量約束值

根據(jù)相關(guān)輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)，確定劑量約束值。輻射工作人員職業(yè)照射劑量限值連續(xù)5年內(nèi)的平均年有效劑量應(yīng)不高于20mSv，公眾人員的年有效劑量限值控制在1mSv。根據(jù)項(xiàng)目情況，本項(xiàng)目確定輻射工作人員的年劑量約束值為2mSv/a，公眾人員的年劑量約束值為0.1mSv/a。

2.3.4加速器輻射防護(hù)

加速器輻射防護(hù)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)如下。從事加速器的輻射人員，年人均劑量當(dāng)量應(yīng)不高于5mSv。對于加速器產(chǎn)生的輻射、放射性物質(zhì)等，關(guān)鍵居民組的個(gè)人造成有效劑量控制在每年0.1mSv；瞬時(shí)劑量率限值控制在2.5μSv/h，允許精度為1.0%。

2.4監(jiān)測結(jié)果

通過監(jiān)測加速器工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)下的輻射劑量率，記錄不同監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，獲取平均值，確定輻射情況。監(jiān)測結(jié)果如下：工作狀態(tài)下，加速器探傷室周邊的環(huán)境輻射劑量率大約在97.3～1.15Gy/h，低于相關(guān)輻射安全技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值；非工作狀態(tài)下，加速器探傷室周邊的環(huán)境輻射劑量率大約在78.3～120.4nGy/h，該數(shù)值在天然放射性本地水平范圍內(nèi)。根據(jù)公式，計(jì)算X射線產(chǎn)生的外照射人均年有效劑量[2]，最終確定X射線產(chǎn)生的外照射人均年有效劑量數(shù)值為80.5Sv，滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。

3輻射環(huán)境帶來的影響及安全防護(hù)建議

3.1輻射環(huán)境帶來的影響

3.1.1加速器運(yùn)行階段產(chǎn)生的影響

本項(xiàng)目的電子束最大能量達(dá)到10MeV時(shí)，加速器在空氣中的最大射程距離為3876cm、在混凝土中的最大射程距離為2.13cm，輻照室混凝土墻厚大約超過100cm，電子束方向主要朝向地面。由此可見，加速器發(fā)射的電子束基本不會對輻照室外環(huán)境產(chǎn)生影響。

3.1.2X射線對周圍環(huán)境的影響

X射線對周圍環(huán)境的影響如下。

1. 輻照室周邊的X射線影響。在加速器運(yùn)行期間，輻照室內(nèi)的電子束可能會對混凝土地面、不銹鋼阻擋板和輻照產(chǎn)品進(jìn)行轟擊。其中，以不銹鋼原子序數(shù)數(shù)值最大，X射線發(fā)射率最高。加速器電子束向下照射，不會直接照射至屏蔽墻?；谠摲N情況，輻照室內(nèi)軔致輻射取值：電子束入射方向?yàn)?0°的初級X射線。
2. 輻照室室頂平臺X射線影響。項(xiàng)目中的輻照室面積大于主機(jī)室面積，頂外部分不處于室內(nèi)，其應(yīng)能防護(hù)的軔致輻射角度為120°～150°，初始劑量率為1.8×103Gy/h。二層鋼梯入口處無門鎖，可防止人員在開機(jī)時(shí)入內(nèi)。軔致X射線主要射向室頂，與上方空氣發(fā)生散射作用后形成輻射劑量，該種現(xiàn)象被稱為天空反射線，主要用來防護(hù)周邊的X射線影響。

3.1.3有害物體對環(huán)境的影響

在加速器運(yùn)行過程中，電子束與輻照室之間的空氣會產(chǎn)生電離作用，通過該作用生成臭氧和氮氧化物。由于前一種物質(zhì)量級更高，因此，僅針對其進(jìn)行分析，物質(zhì)達(dá)標(biāo)，則代表兩種物質(zhì)均達(dá)標(biāo)。機(jī)器連續(xù)運(yùn)行1h后，對室內(nèi)的臭氧濃度進(jìn)行測試，濃度大約為0.8mg/m3，產(chǎn)額大約為160mg/h。本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)輻照室的通風(fēng)次數(shù)為35次/h；每隔35h換氣1次[3]。長時(shí)間照射下，室內(nèi)的臭氧濃度大約在0.022mg/m3，如發(fā)生漏射線或者散射線，則可增加至0.024mg/m3。停止輻照之后，室內(nèi)持續(xù)通風(fēng)，避免臭氧在其中積累，防止其影響工作人員的生命健康。

3.2輻射的安全防護(hù)建議

3.2.1符合安全原則

為了提高輻射安全防護(hù)水平，在開展相關(guān)工作時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照安全原則完成生產(chǎn)。

1. 縱深防御，也被稱為多層防護(hù)與安全措施。該原則可確保某一層次的防御措施失效時(shí)，利用下一層次的防御措施完成糾正或者彌補(bǔ)，以降低照射事故發(fā)生率，避免出現(xiàn)無法預(yù)測的照射后果[4]。同時(shí)，還可將相關(guān)裝置轉(zhuǎn)換為安全狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率與安全性。
2. 冗余性。如在加速器運(yùn)行過程中出現(xiàn)某一物項(xiàng)失效的情況，則可避免構(gòu)件整體功能不喪失。例如，在輻照室和主機(jī)室的人員出入口處設(shè)置上聯(lián)鎖，數(shù)量控制在3個(gè)和3個(gè)以上為宜。
3. 多元性。結(jié)合多元性原則，通過避免共因故障問題，提高裝置運(yùn)行的可靠性與安全性。根據(jù)不同構(gòu)件的運(yùn)行原理、物理變量和運(yùn)行工況，對系統(tǒng)的多重劑進(jìn)行監(jiān)測與控制。以輻射室的安全聯(lián)鎖為例，本次項(xiàng)目選擇了多種聯(lián)鎖：①機(jī)械聯(lián)鎖，②電子型聯(lián)鎖，③劑量型聯(lián)鎖，④電氣型聯(lián)鎖。
4. 獨(dú)立性。加速器中的某一部件發(fā)生故障時(shí)，其他安全部件的功能會隨之出現(xiàn)故障問題。此時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)采用兩種方法，促使安全機(jī)構(gòu)獲取一定獨(dú)立性：方法一為功能分離，方法二為實(shí)體隔離。通過保證不同構(gòu)件的獨(dú)立性，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行，如多道聯(lián)鎖不同部件之間的獨(dú)立性、縱深防御不同部件之間的獨(dú)立性等。

3.2.2輻射工作場所分區(qū)

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確定加速器輻照裝置的工作場所，完成分區(qū)，以提高環(huán)境的安全防護(hù)力度。工廠控制區(qū)處主要?jiǎng)澐种鳈C(jī)室出口和入口及輻照室出口和入口，設(shè)立較為醒目的輻射警告標(biāo)志；工廠監(jiān)督區(qū)處主要?jiǎng)澐衷O(shè)備操作室、加速器輻照裝置設(shè)施區(qū)域、經(jīng)常監(jiān)督和評價(jià)的職業(yè)照射條件區(qū)域，在關(guān)鍵的安全部件處增加安全標(biāo)識。

3.2.3輻射屏蔽

為了避免輻射源對周邊產(chǎn)生危害，可采取輻射屏蔽措施降低影響力。在對加速器厚度進(jìn)行屏蔽時(shí)，相關(guān)人員需要根據(jù)加速粒子的實(shí)際情況設(shè)計(jì)更加合理的最大輻射輸出數(shù)值[5]，如類型、能量、束流強(qiáng)度等。根據(jù)相鄰區(qū)域的加速器類型及周邊人口數(shù)量，控制群體集體劑量在較低水平。

3.2.4做好安全設(shè)施控制

安全設(shè)施控制內(nèi)容如下。

（1）保證內(nèi)部加速器的鑰匙與主機(jī)室和輻照室主門聯(lián)鎖，當(dāng)鑰匙被取出時(shí)，加速器會自動(dòng)停機(jī)。連接便攜式輻射監(jiān)測報(bào)警儀器，確保鑰匙的安全保護(hù)。系統(tǒng)運(yùn)行期間，只能由運(yùn)行值班班長使用鑰匙。

（2）保證主機(jī)室和輻照室的門與加速器高壓聯(lián)鎖，當(dāng)主門打開時(shí)，加速器應(yīng)處于停機(jī)狀態(tài)。

（3）控制加速器輻照裝置與束下裝置時(shí)，建立接口和協(xié)議文件。故障偏離后，束下裝置會出現(xiàn)運(yùn)行停止的狀態(tài)，此時(shí)，加速器應(yīng)自動(dòng)停機(jī)。

（4）在控制區(qū)出口和入口處設(shè)置信號警示，如燈光信號、音響警示燈。開機(jī)時(shí)，可對相關(guān)人員進(jìn)行應(yīng)用提醒。

（5）在主機(jī)室和輻照室內(nèi)設(shè)置“巡檢”按鈕，之后，與控制柜聯(lián)鎖。開機(jī)前，確定無人員逗留才可開啟加速器。結(jié)合防人誤入裝置，設(shè)置三道安全聯(lián)鎖裝置，安裝在主機(jī)室和輻照室的人員出入口處，與加速器開機(jī)和停機(jī)狀態(tài)進(jìn)行聯(lián)鎖。

4結(jié)語

本研究通過對某機(jī)械設(shè)備制造公司工業(yè)加速器應(yīng)用項(xiàng)目的輻射環(huán)境監(jiān)測分析，提出了以下四項(xiàng)措施：安全原則控制、輻射工作場所分區(qū)、輻射屏蔽和安全設(shè)施控制。結(jié)合相關(guān)措施，降低輻射影響，保障工作人員生命健康。與此同時(shí)，項(xiàng)目開始前，必須嚴(yán)格按照規(guī)范逐一設(shè)計(jì)和安排生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)空間，做好輻射源控制，保證公眾人員和工作人員所受照射量盡可能達(dá)到最低水平。

參考文獻(xiàn)

[1]楊喜寧，周一青，陳洋.基于數(shù)據(jù)面加速器的工業(yè)5G協(xié)議處理架構(gòu)研究[J].高技術(shù)通訊，2023，33（10）：1038-1046.

[2]宋文龍，李奉笑，安康，等.高能工業(yè)CT電子直線加速器焦點(diǎn)測量方法與裝置研制[J].光學(xué)學(xué)報(bào)，2023，43（23）：341-348.

[3]宋保德.某工業(yè)X射線探傷項(xiàng)目的輻射環(huán)境監(jiān)測與防護(hù)分析[J].中國科技信息，2020（15）：71，73.

[4]李靜，陳利剛.某核電廠廠區(qū)輻射監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常波動(dòng)原因分析[J].輻射防護(hù)通訊，2020，40（2）：27-31.

[5]夏冰，丁洪深，葛婷.某石油化工機(jī)械公司X射線探傷室及探傷機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目輻射環(huán)境監(jiān)測分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（9）：57-59.