淺析X射線探傷室的工程設(shè)計(jì)原則

李偉

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司 重慶 400000）

淺析X射線探傷室的工程設(shè)計(jì)原則

李偉

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司 重慶 400000）

X射線探傷焊接生產(chǎn)中常見的一種焊縫檢驗(yàn)的方法，它適用于各類鋼材、有色金屬等焊縫缺陷的檢驗(yàn)，具有檢驗(yàn)范圍廣、缺陷直觀、底片留底等優(yōu)點(diǎn)。X射線的輻射會造成白細(xì)胞減少、免疫力低下，對人體造成極大的傷害。工業(yè)射線探傷防護(hù)原則有：屏蔽防護(hù)、距離防護(hù)、時(shí)間防護(hù)等。在工程設(shè)計(jì)中，常采用屏蔽防護(hù)方式對射線進(jìn)行屏蔽。本文以國內(nèi)一大型壓力容器企業(yè)的X射線探傷室為基礎(chǔ)，詳細(xì)的介紹X射線探傷室的設(shè)計(jì)思路。

X射線；探傷；工程設(shè)計(jì)

1 項(xiàng)目概況

根據(jù)需要，探傷室內(nèi)布置3臺X射線探傷機(jī)，型號為：XYD4010/3、XYD3010/3、XYD2250/3。探傷室包含：曝光室（9.6m×13m×6m）、控制室、暗室、評片室、資料室、曝光室大鉛門（3.6m×4m）等，探傷機(jī)參數(shù)及探傷室平面布局見圖1。

圖1 探傷機(jī)參數(shù)及探傷室平面布局

工作制度：5d/周，6h/d。

2 探傷室屏蔽設(shè)計(jì)

探傷室的防護(hù)層分主防護(hù)層和次防護(hù)層。曝光室四周的墻體受到X射線直射被稱為主防護(hù)層，主要考慮射線機(jī)的初級X射線的屏蔽；曝光室屋頂被稱為次防護(hù)層，主要考慮射線機(jī)的漏射線和散射線的屏蔽。本文以最大的射線機(jī)XYD4010/3為計(jì)算依據(jù)，對探傷室進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)。

2.1 對初級X射線的屏蔽（主屏蔽墻）

根據(jù)《輻射防護(hù)基礎(chǔ)》要求，初級X射線的屏蔽投射量：

式中：Hmt——周劑量限值，（mSv/周）；

d——參考點(diǎn)（人）與X射線源的距離，（m）；

W——周工作負(fù)荷（mA.min/周）；其中W=It，I為射線管管電壓（mA），t為周工作時(shí)間（min）；

U——利用因子，無量綱，U=1；

T——居留因子，無量綱，職業(yè)人員T=1。

根據(jù)國家《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB188871-2002），對職業(yè)人員周劑量Hmt=1mSv/周=0.1rem/周，公眾人員為0.02mSv/周[2]。

工作時(shí)，X射線源與墻體的距離d=4m，則有：

查看圖2，可知：在400kV管電壓作用下，混凝土（密度2.35g/cm3）屏蔽墻體的厚度為：HZ1=490mm；鉛板（密度11.35g/cm3）屏蔽層的厚度為：HM1=27mm。

圖2 X射線穿混凝土/鉛板時(shí)Bxt與屏蔽層厚度的關(guān)系[1]

考慮3臺探傷機(jī)同時(shí)工作的輻射量，可加上3個(gè)半價(jià)層厚度。查表1[3]，在400kV管電壓下，混凝土的半價(jià)層厚度為30mm；鉛的半價(jià)層厚度為2.5mm。

表1 鉛和混凝土的寬X射線束的近似半值層[3]

探傷室主屏蔽混凝土墻體厚度為：HZ=490mm+3×30mm=580mm

探傷室主屏蔽鉛門厚度：HM=27mm+3×2.5mm=34.5mm

2.2 對漏射線和散射線屏蔽設(shè)計(jì)

一般情況下，探傷室應(yīng)禁止X射線機(jī)對屋頂進(jìn)行直接照射，因此只有漏射線和散射線對屋頂產(chǎn)生影響，故探傷室屋頂厚度的綜合考慮漏射線和散射線。

2.2.1 漏射線的屏蔽

根據(jù)《輻射防護(hù)基礎(chǔ)》中的要求，漏射線的屏蔽厚度的可采用1/10減弱厚度來計(jì)算。輻射劑量減弱K倍所需的1/10減弱厚度數(shù)目為：

表2 強(qiáng)衰減、寬X射線束的近似半減弱層厚度T1/10[1]

允許漏射線劑量率（焦點(diǎn)1m處空氣比釋動能率）：小于5mGy/h，計(jì)算時(shí)按 5mGy/h 考慮，即為 0.5rem/h[2]。則有：WL=0.5rem/h×5d×6h/周=15rem/周。

同樣需考慮3臺探傷機(jī)同時(shí)工作，加3個(gè)半價(jià)層厚度，故漏射線的屏蔽混泥土屏蔽墻厚度為：HL=107mm+3×30mm=197mm。

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2.2.2 對散射線的屏蔽

若散射體離X射線源的距離為dsc，散射點(diǎn)到屏蔽墻的距離為dse，那么散射輻射透過屏蔽墻的最大允許投射量為：

式中：Hmt——周劑量限值，（mSv/周）；

W——周工作負(fù)荷（mA·min/周）；

T——居留因子，無量綱，職業(yè)人員T=1；

S——散射面積400時(shí)，散射體1m處的散射輻射照射量與入射輻射照射量之比；

已知數(shù)據(jù)dsc=4m，Hmt=0.1rem/周。查閱資料，取dse=0.7m，F(xiàn)=400cm。

查表 3[1]，取 S=0.0019，帶入式：

查看圖2，在400kV管電壓作用下，混凝土屏蔽墻體厚度為：Hs=350mm。

考慮3臺探傷機(jī)同時(shí)工作，加上3個(gè)半價(jià)層厚度，可知散射防護(hù)屏蔽材料混凝土的厚度為：Hs2=350mm+3×30mm=440mm。

表3 散射輻射的S值與入射光子能量的關(guān)系[1]

2.2.3 漏射和散射輻射的聯(lián)合屏蔽

如果散射輻射屏蔽厚度和漏射輻射屏蔽厚度相差不到三個(gè)半價(jià)層，則需在較大值上加上一個(gè)半價(jià)層的厚度；如果差別大于三個(gè)半價(jià)層厚度時(shí)，則較大值作為聯(lián)合屏蔽所需的厚度[1]。由于漏射輻射屏蔽厚度為197mm，散射輻射屏蔽厚度為440mm，兩者相差超過3個(gè)半價(jià)層。

故漏射和散射輻射聯(lián)合屏蔽混凝土墻體防護(hù)厚度為：Hs=Hs1=40mm。

2.3 探傷室屏蔽層厚度匯總

通過綜合考慮計(jì)算射線探傷時(shí)的初級X射線、漏射線和散射線等綜合因素，最終計(jì)算出曝光室屏蔽防護(hù)層的厚度，如表4所示。

表4 曝光室屏蔽防護(hù)層的厚度

3 探傷室工程設(shè)計(jì)要求

3.1 土建要求

3.1.1 曝光室

曝光室（含迷宮走道）采用混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土干容重不低于2.35g/cm3，曝光室墻體深入地下500mm。整個(gè)曝光室必須一次整體澆筑完成、不留施工縫，現(xiàn)澆混凝土必須振搗密實(shí)，防止骨料“沉底”現(xiàn)象。

3.1.2 鉛門

鉛門的尺寸應(yīng)略大于門洞，鉛板密度不低于11.35g/cm3；鉛門左右方向比門洞大250mm，鉛門上方比門洞大150mm，鉛門下方應(yīng)沉于地面下150mm。鉛門與混凝土墻體的縫隙控制在8mm以下，保證射線不泄露。

3.2 通風(fēng)要求

X射線照射產(chǎn)生臭氧和氮氧化物，而臭氧空氣中濃度限值為0.1ppm，氮氧化物空氣中濃度限值為5ppm。當(dāng)空氣中臭氧含量的重量百分比超過9.2×10-4%時(shí)，會使人明顯中毒。為了有效排除有害的氣體即臭氧和氮氧化物，要求曝光室機(jī)械通風(fēng)[5]。為防止射線泄露通風(fēng)管道采用迷道形式的地溝送風(fēng)的系統(tǒng)。

3.3 電氣要求

曝光室的鉛門與射線機(jī)應(yīng)設(shè)置機(jī)鎖聯(lián)動控制、門燈聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，必須保證大門緊閉時(shí)曝光機(jī)才能開機(jī)工作。曝光室與控制室之間的電纜避免穿墻通過，必須穿過時(shí)需設(shè)置U型管道自地坪下穿過，管道埋地500mm以下。曝光室墻體上禁止開孔、留槽，所有插座和電線都明裝。

3.4 廢水要求

底片需要沖洗、定影和顯影的廢水含有機(jī)物和銀離子等重金屬，不能直接排放，需集中收集送專業(yè)單位處理。

4 結(jié)束語

屏蔽防護(hù)是工業(yè)X射線防護(hù)中最為重要的一項(xiàng)措施，因此，探傷室工程設(shè)計(jì)需謹(jǐn)慎。探傷室的工程設(shè)計(jì)涉及到土建、給排水、暖通、通風(fēng)換氣、電氣等多個(gè)專業(yè)，需各專業(yè)協(xié)同完成。本工程竣工后，經(jīng)過環(huán)保部門的檢測驗(yàn)收，完全符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也證明了論文所述的探傷室工程設(shè)計(jì)計(jì)算原則是可行的。

[1]李星洪，編著.輻射防護(hù)基礎(chǔ).北京：原子能出版社.

[2]《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB188871-2002）.

[3]《工業(yè)X射線探傷放射衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》（GBZ117-2006）.

[4]劉志峰，孫普勇.無頂式工業(yè)X射線探傷室的屏蔽厚度計(jì)算.中國輻射衛(wèi)生，2006，6.

[5]葉建陽，甘軍明，金 挺.Equipment Manufactring Technology No.12，2010.

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