移動式γ 射線探傷隔離邊界的設定與控制

陳高飛 倪 偉 陳琛祥 吳 越 稂其良 劉 杰

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

0 前言

核電廠作為一個龐大的系統工程，對關鍵設備、管線的安全狀況要求極為苛刻，電廠必須按照《在役檢查大綱》和質量計劃要求實施在役檢查，γ 射線探傷是在役檢查的重要作業方式。

γ 射線探傷是利用放射性核素發射的γ 射線進行金屬構件內部結構的無損檢測的實踐活動, 移動式γ 射線探傷是針對固定式而言的。 移動式γ 射線探傷具有使用的放射源類別高(探傷所使用的放射源通常為銥-192、鈷-60 等,活度一般為100Ci 左右,屬于Ⅱ類放射源)、場所不固定、開放式用源等特點。

移動式γ 探傷存在較高的外照射風險，國家對其制定了法律法規來約束此項實踐活動，《中華人民共和國放射性污染防治法》對核技術利用單位放射性污染防治提出了原則要求,《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》 對核技術利用單位提出了更加具體的管理要求，另根據γ 射線探傷企業事故頻發的特點,2007 年環保部發布了最新的《關于γ 射線探傷裝置的輻射安全要求》。

由于核電廠在設計、施工階段并未考慮射線探傷相關的實體專設安全措施，目前射線探傷作業只能通過約束作業人員行為和附加防護手段來控制作業風險，對作業人員技能水平和責任心要求較高。

隔離邊界控制的失效是射線探傷重要風險來源之一，因移動式探傷作業的特點， 發生人員誤入或探傷作業輻射范圍超出實際隔離區域，從而造成人員的超劑量照射事故和非計劃照射事件的發生幾率較高，此類事故后果通常較為嚴重，甚至可能造成人員傷亡。

1 探傷區域隔離邊界的設定

根據國家法規要求，進行探傷前，作業人員必須先將工作場所劃分為控制區和監督區， 控制區邊界外空氣比釋動能率應低于15μGy·h-1,監督區其邊界劑量應不大于2.5μGy·h-1。 作業人員在探傷過程中應保證各邊界的完整和有效性，因此探傷前我們必須計算和確定隔離邊界的范圍。

探傷用γ 放射源的尺寸一般在10-2m 量級,而無屏蔽射線的邊界至少在10m 的量級,距源的距離遠遠大于放射源的尺寸,可以當作點源進行處理，隔離半徑a 存在計算公式（1）：

KN為無屏蔽時,在距離源a 處的空氣比釋動能率,A 為源的活度,Гk為放射源的比釋動能常數。

表1 比釋動能常數ГK(mGy·m2/h·GBq)

1.1 控制區邊界的設定

設定控制區邊界時，根據放射源的γ 射線向各個方向輻射時的不同情況，應設定三類不同的控制區距離，如圖1 所示。

aⅠ： 輻射沒有任何衰減時要求的控制區距離；aⅡ： 有用線束方向，經檢測對象屏蔽后要求的控制區距離；aⅢ：有用線束方向以外，經源容器或其他屏蔽物屏蔽后要求的控制區距離。

隔離邊界范圍的計算方式：

aⅡ和aⅢ:aⅠ(m)乘以表3 中不同半減層數相對應的因子之積（可根據屏蔽物的厚度， 除以表2 中相應核素和屏蔽材料的半減層厚，求出其半衰減層數，進而從表3 查出相對應的因子）。

圖1 應用屏蔽物的控制區（無比例）

表2 不同放射源的半減層厚近似值(HVL)(mm)

表3 用于控制區設定時在有衰減的輻射時aⅡ和aⅢ的因子

隔離邊界確定后，必須懸掛清晰可見的“正在探傷嚴禁入內”警示標牌，未經許可人員不得進入該范圍，可采用繩索、鏈條和類似的方法或安排監督人員實施人工管理。

2.2 監督區邊界的設定

監督區位于控制區外，是對控制區的一個補充，邊界處應有“當心，電離輻射”警示標識，允許有關人員在此區活動，培訓人員或探訪者也可進入該區域，公眾不得進入該區域。

計算理論監督隔離邊界范圍a0 與控制區aⅠ相同：

2 核電廠探傷作業的現狀

2.1 常用探傷源活度

中核核電運行管理有限公司秦二廠（以下簡稱秦二廠）運行階段常用探傷源為鈷-60、銥-192,活度一般在100Ci 及以下，源容器外的接觸劑量率控制在2mGy·h-1 以下，具體如下：

表4 二廠探傷源常用核素種類及活度

表5 源容器周圍空氣比釋動能率控制值（mGy·h-1）

2.2 核電廠廠區內探傷隔離邊界的設定方法

核電廠與其他工業場所不同， 核反應堆本身就是一個巨大的源項，核電廠廠區邊界內所有區域按照放射性系統和設備的分布，以及潛在的輻射照射和污染風險的大小，分為輻射工作場所（包括輻射控制區和輻射監督區）和非輻射工作場所。 秦二廠在滿足法規要求的前提下，編制了符合自身特點的劃分標準，即在輻射控制區外的探傷，邊界處的劑量率不得高于2.5μSv/h,在輻射控制區內的探傷，邊界處劑量率不得高于該區域輻射分區的上限值。

核電廠探傷隔離邊界設定，是基于上述2.1 與2.2 的計算方法，但在實際計算過程中，考慮到現場條件較為復雜，管線、屏障物體較多，很難做等效處理，通常保守估算，如非大的連續性的屏蔽體（如廠房實體墻等）， 一般不建議做等效考慮。 如保守估算出的理論隔離邊界過大，則可通過以往實際經驗來適當調整邊界（調整幅度不宜過大），但最終是否符合邊界要求需通過對邊界處的實際輻射水平進行巡測來設定，如隔離邊界設置過小，應終止探傷，重新設置隔離邊界。

為了提高電廠效益， 電廠對于大修工期的控制要求越來越嚴格，這就對探傷隔離邊界區域范圍選取的適當性提出了新的挑戰，秦二廠通過長期的摸索和經驗積累，對設定探傷隔離范圍已有一套有效的方法，下面介紹幾種常用的方法及其局限性。

2.2.1 直接隔離法

根據探傷源活度的大小，核素的種類，通過簡單的公式計算就可以大致設定所需隔離的范圍，直接隔離法易于實施，作業量少，只需在計算區域內拉設隔離帶，放置警示標牌、燈具即可，范圍較大無法實體隔離的區域也可通過安排人員定點值守的方式來解決隔離邊界的控制問題。

直接隔離法一般會造成隔離區域較大，影響范圍廣，如隔離區域內有人員通道、檢修活動，則須隔離人員通道，停止相關檢修活動，對大修其他工作影響較大，一般不直接采用此方法。

2.2.2 實體屏蔽法

γ 射線射程較遠，且有很強的穿透能力，射線透過物質會被物質吸收,其透過量隨物質的厚度呈指數規律衰減。 一般物質的密度越大衰減系數也越大, 即同等厚度密度大的材料使射線的減弱倍數增多,因此,對無用射線要利用密度大的物質進行屏蔽,一般采用鉛板屏蔽。即透照的反方向可用一小塊厚鉛板對射線源進行包裹,這樣屏蔽效率高效果好。 操作人員還可以利用附近的物體如:鋼結構、砼物、墻壁、金屬容器、設備等進行屏蔽。

當無任何可用于屏蔽的物體或屏蔽體作用不良時,可制作移動式屏蔽體。 移動式屏蔽體的設計原則：體積和質量應盡量小,以便于移動，屏蔽效果要達到防護要求，選擇屏蔽材料要合理，根據反射區域輻射劑量的大小及周圍反射物體的多少, 可以選用不同式樣的鉛屏蔽體。 常用的有種半敞開式和全封閉式，各有利弊，此處不做累述。

實體屏蔽的方法，效果明顯，能根據實際需求，極大的減少隔離區域范圍（常見材料的半減層厚見表2），但鋪設屏蔽措施作業量較大，會加大作業人員的負擔，不受作業單位的歡迎，且易受探傷區域環境條件、位置高低所限，一般主要選取對附近有作業或人員活動的場所通道方向來進行屏蔽，以減少隔離范圍，降低對其他作業的影響。

2.2.3 錯“峰”原則

錯“峰”即錯開兩個峰值時間段：錯開區域內作業高峰時間段，錯開人員活動的高峰時間段。 如無特殊原因，盡可能的選擇人員活動較少的晚上或凌晨時段，此時間段便于邊界的隔離和控制，對大修其他工作安排影響最小。

錯“峰”是電廠較為常用的方法，便于邊界的設定，不影響其他作業，對人員產生的輻射風險也最小，但大修工期有限，且部分探傷作業需在特定的機組工況下才能進行，不可能所有探傷都能安排在此時間段內實施，有一定的局限性。

2.2.4 選擇合適的探傷源活度

源強的大小直接影響輻射區域的范圍，源強越大，輻射范圍越廣，隔離區域也就越大，隔離的難度也就相應增大，按照公式（1）可以得出，A 與a2 是正比關系。 目前,核電廠大修探傷源一般為20-100Ci，理論上一個80Ci 的探傷源隔離邊界距離理論上為一個20Ci 源的2 倍，這在實際應用中是一個非常大的數值。

目前核電廠探傷源一般在20-100Ci 之間，雖可選擇空間不大。但在滿足探傷要求的前提下，選擇合適的探傷源是減少隔離區域范圍的一個非常有效的手段，也是減少輻射危害的一個的重要手段，是探傷人員必須考慮的一個方法。

2.2.5 采用源機射線定向裝置

源機射線定向裝置即在γ 射線源機上增加屏蔽無用射線的裝置，減少對無用方向的影響，目前市場上已有此類射線的屏蔽裝置。 但因價格、操作、便攜度、對成像影響等問題，暫時未在行業內流行起來。

射線探傷區域設定是一個較為復雜的過程，單一的從時間、距離、屏障、源項等方面來考慮減少隔離區域是很難滿足要求的，在實際作業中，一般綜合考慮各類措施的利弊，采用多種措施來滿足隔離邊界的要求，降低對其他作業區域和作業人員的影響。

3 設定隔離邊界的若干問題及思考

按照國家法規要求，探傷隔離邊界處的劑量率不得高于2.5μSv/h，受制于電廠各種因素，實際隔離過程中往往難于實現。

3.1 地形因素制約，隔離措施難于實施

γ 探傷源發射的為各方向無差別無限制的射線，如無特殊裝置屏蔽無用射線，在隔離實施人員難于達到的區域，如無特殊工具，難于做到滿足要求的實體或警示隔離。

以臨海核電廠為例，部分探傷場所靠近海，如在PX 泵房、AC 去污車間、汽輪機廠房等探傷時，就可能造成輻射區域大，對附近礁岸、海面等人員難于到達的區域造成影響。目前電廠極少配備適合此類地形海面的交通工具，測量和布置隔離措施較為困難。但此類海面、暗礁等涉及的面積不大，也基本不屬于漁業、旅游地帶，人跡較少，且根據探傷源的活度估算，此類區域發生公眾或工作人員的超劑量照射事件的概率是極低的，對公眾、環境的影響也是可控的。

目前法規上只是設定了一個統一的劃分標準及方法，監督區的邊界劑量應不大于2.5μGy·h-1，公眾人員不得進入此區域，并未涉及此類特殊情況處理，如須滿足要求，勢必加大人員、物資等的投入，且增大其他安全風險，是否可將此類地形、海面作為天然屏障來考慮，是一個值得探討的問題。

3.2 輻射范圍廣，難于實施有效隔離

某些廠房探傷時，會波及UD1 內的辦公室區域，甚至造成部分場外輻射監測設備報警，加屏蔽墻、選擇合適的探傷源等防護措施雖然能減少影響區域，但因其局限性，很難從根本上解決問題。

目前，對于一定區域范圍隔離（如僅限UD2 內），采取的方法一般為采用隔離帶、警示牌、警示燈，在進入區域的各人員通道口安排專人看守，輻射防護人員定期巡查的方式來控制，但對于大面積區域，特別是涉及到UD1 范圍內辦公室的隔離，還沒有十分有效的方法。 只能通過公司主頁、人員通道提前發布探傷告示，大修計劃部門協調盡量減少現場和辦公室人員， 輻射防護部門保守估算影響區域的輻射水平等，來降低探傷作業對區域內人員的影響。

將整個辦公區域作為隔離區，不利于大修工作的順利開展，如何更好的規范此類情況的隔離，達到既不違反隔離要求，也不影響大修進度，是我們值得去考慮的問題。

3.3 “燈下黑”效應，容易忽視，難于判斷隔離邊界

γ 射線（光子）與光的傳播形式類似，都存在一個“燈下黑”的現象，當探傷作業位置點地勢較高時，附近部分區域就有可能存在一個陰影區，通常此區域輻射水平要低于其他區域。

在探傷作業開始后，輻射防護人員探傷區域附近的下方進行輻射水平驗證測量時，如未考慮到此類情況，將陰影區域的輻射水平代表其他區域的輻射水平，就會盲目的縮小隔離邊界，造成實際隔離邊界外的劑量率遠遠高于2.5μSv/h 的標準。

例如在汽輪機廠房標高10m 的區域探傷作業時， 現場驗證隔離邊界測量中發現在廠房0m 附近的周邊地區， 輻射水平是滿足要求的，但在UD2 附近區域的輻射水平明顯高于邊界的控制標準。

電廠廠房及設備較多、地形較為復雜，陰影效應產生的影響區域難于估算，根據公式估算的邊界來隔離，涉及范圍過大不符合大修工作要求。 目前對此類現象并無解決措施，輻射防護人員巡檢驗證測量的方式雖可減少部分探傷隔離邊界，但如若驗證區域過大，則可操作性就不高。

4 結束語

移動式γ 射線探傷是一項高輻射風險的作業，盡管秦二廠通過多年不斷的經驗總結和反饋， 初步形成了一套有效的探傷管理機制，降低了意外照射和超劑量照射事件的發生概率，但由于移動式探傷作業的特點，人因風險較高，在隔離措施和邊界控制上也存在一些難點問題，仍然需要我們在以后的工作中加強和完善隔離邊界的控制管理和對探傷作業人員的監督，保障探傷作業的輻射安全和公眾安全。

［1］GB18871-2002 電離輻射防護與輻射源安全基本標準[M].北京：中國標準出版社，2003.

［2］GBZ132-2008 工業γ 射線探傷放射防護標準[M].

［3］王川，金衛陽，等.射線探傷安全管理（二廠）[Z].2012.

［4］韋正，刁端陽.張平.γ 射線移動探傷的防護距離估算[Z].2010.