移動式工業探傷裝置輻射防護要點分析

劉智慧 許芝劍 黃薇 胡翔 張晶 劉卓

摘 要：目的：確定X射線裝置和γ射線裝置移動探傷時的輻射防護要點。方法：對照分析了X射線探傷裝置與γ射線探傷裝置工作原理、優缺點、分區估算方法、防護措施、潛在風險環節的差異。結果：發現兩種移動探傷操作均屬高危作業，但由于源項不同，輻射防護措施存在較大差異。結論：有針對性地制定X探傷相關標準和管理措施，有利于工業射線探傷的健康發展。

關鍵詞：輻射防護;區別;風險X射線移動探傷;γ射線移動探傷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.136

移動式工業探傷已經廣泛應用于機械冶金、化工、石化、核工業、宇航、電力和軍工等領域，它是在固定探傷室以外（無法用固有屏蔽進行防護）使用射線裝置進行的工業探傷作業。由于其使用場所多變的特點，實際使用中存在較大的安全風險和事故隱患，如果使用不當或管理不善，影響操作人員和公眾健康，并可能產生輻射事件或事故，造成較為嚴重的社會影響。本文針對核技術應用行業中輻射安全風險較高的探傷行業，結合環保部《X射線探傷裝置生產、使用及銷售的防護管理要求》課題的調研報告，綜合對比分析了常用的X射線和γ射線兩種工業探傷裝置的輻射安全防護特點和要求，強調X射線探傷和γ射線探傷的差異，為減少X射線探傷輻射安全事件/事故提供技術參考。

1 X射線探傷和γ射線探傷差異

1.1 X射線和γ射線探傷裝置構造不同

X射線探傷裝置包括X射線管頭組裝體、控制箱及連接電纜附件組成。X射線探傷裝置分定向和周向裝置。γ射線探傷機裝置由放射源、屏蔽體、安全鎖、射源出口卡門、射源傳輸系統等構成。γ探傷常用的密封放射源主要有銥-192、Se-75和鈷-60等。

1.2 X射線和γ射線探傷原理不同

X射線探傷是電子轟擊陰極靶產生的X射線，對物體內部結構進行X射線攝影或斷層檢查，根據膠片曝光的強度和均勻度，識別部件內部的裂紋和氣孔等缺陷。γ射線探傷是γ放射源發出的γ射線穿過被檢物體時發生衰減，由于在被檢物的缺陷部位和其他部位射線減弱的程度不同，用來檢驗焊接的質量或者揭示材料內部結構的檢測方法。

1.3 兩種探傷裝置特性比較

由于X射線探傷與γ射線探傷結構、放射源、探傷原理的不同，導致性能不同，實際探傷過程中具備各自的特點及優劣勢。兩種探傷裝置具有不同的適應性，不能完全替代，探傷作業中互相補充。兩種探傷差異對比見表1。

1.4 輻射安全風險對比分析

探傷行業存在違法雇傭沒有輻射許可證的人員進行探傷的現象。探傷過程中沒有制定探傷操作規程或者違反操作規程操作，如：野外探傷沒有拉好警戒線。射線探傷裝置故障，仍帶病工作。射線探傷裝置丟失、被盜等，是探傷行業共同的風險點。但兩者風險點又有差異。

（1）X射線探傷風險點：X射線探傷無源，開機探傷時才需考慮輻射防護問題。探傷作業過程中有輻射風險，運輸中存在設備丟失的風險，銷售過程中存在無許可證單位購置和使用的風險。需要考慮輻射防護的環節較少。

（2）γ射線探傷風險點：γ射線探傷有γ源，γ射線探傷裝置在裝源、運輸、貯存、使用、放射源返回全程都存在風險，具體有：γ源固有風險、貯存風險、運輸風險、作業風險、換源風險或退役風險各個環節的管理風險、違規風險、環境風險和社會風險[2]等。

1.5 X射線和γ射線探傷輻射劑量估算方法不同

估算監督區控制區距離，周圍劑量當量率15μSv/h設置為控制區邊界，周圍劑量當量率2.5μSv/h設置為監督區邊界。

（1）最保守計算方法 視為裸源[3]計算，點源計算主束、漏射線、散射線[4-5]計算。如：

（1）主束

? ? （2）漏射線

（3）散射線

（2）X射線探傷實際測量計算方法：考慮X探傷機內部實際屏蔽結構及空氣衰減后的影響因素，估算的監督區控制區距離，見圖1。

本文根據管電壓、管電流估算劑量。依據X射線探傷機出廠時，出線口有屏蔽材料的實際結構進行計算，即計算條件有關參數如下：X 射線探傷使用管電壓分別為150、200、250、300、400 kV，管電流為5 mA，其過濾片的過濾條件分別為2 mm Al、2 mm Al、0.5 mm Cu、3 mm Cu、3 mm Cu，X 射線輸出量分別為18.3、28.7、16.5、20.9、23.5 mSv·m2/mA·min[6]。由于X射線能量較低，考慮了空氣衰減[7]的因素。計算出的控制區監督區距離。分別為：1）沒有任何屏蔽時，主束方向控制區距離L1：144、164、152、166、181米;監督區距離201、227、215、234、256米。2）L2：有30mm鋼檢測對象時，主束方向的控制區距離為：24、63、87、121、138米;監督區距離47、105、137、183、205米。3）L3：非主束方向，泄漏輻射和散射輻射疊加后的控制區距離49、61、53、58、62米;監督區距離84、102、91、100、108米。

（3）γ射線探傷實際測量計算方法：移動γ探傷機常使用的放射源有、和。放射性活度要求因探傷管件、罐體的壁厚不同，1012Bq～1013Bq探傷。、和的γ射線的平均能量分別為210keV、350keV、1250keV，對探傷工件的檢測厚度范圍依次為10～40mm、20～100mm、40～200mm[8-10]。γ探傷裝置按γ放射源比釋動能率計算，γ探傷在無屏蔽，無工件屏蔽，無準直器屏蔽情況下控制區，監督區邊界。計算公式為：

（4）

按放射源活度3.7E+12Bq計算，75Se、192Ir、60Co的控制區距離108.2、167.2、277.5米，監督區距離265.2、409.7、679.6米。

在有工件屏蔽，有準直器屏蔽情況下，計算公式：

[11]? （5）

75Se比釋動能常數：0.265，192Ir為0.13，60Co為0.35;75Se鋼中的半值層厚度為9mm：192Ir為14mm，60Co為24mm。75Se鎢中半值層厚度為3.6mm，192Ir為2.5mm，60Co為10mm[12]。

按放射源活度3.7E+12Bq計算，有30mm鋼工件時，75Se、192Ir、60Co的控制區距離76.8、81.3、181.8米，監督區距離188.2、199.2、445.4米。用鎢準直器屏蔽時，75Se、192Ir、60Co的控制區距離5.3、8.6、13.8米，監督區距離13.1、18.9、34.2米。見圖2。

1.6 發生事故原因不同

（1）X射線探傷發生事故原因：1）銷售環節疏于管理，沒有資質的單位購買探傷裝置。2）野外操作時，沒有確定監督區控制區的邊界，沒有拉警戒線。

（2）γ射線探傷發生事故原因：1）γ射線探傷裝置的設備存在質量問題或者不科學的操作，導致放射源卡源、脫離、丟失和人員受照。2）移動使用γ射線探傷裝置的單位管理不到位甚至管理混亂。①領導安全文化意識淡薄，輻射安全防護不重視，法律觀念淡薄，規章制度制定不全或流于形式，安全責任不落實。②違法雇傭無資質人員，雇傭文化素質低，缺乏輻射防護培訓和沒有操作培訓的人員進行操作探傷機。③操作人員違反操作規程，減少操作步驟，違規操作。收工時沒有認真檢查源是否回源罐。④異地使用也不備案，不執行相關標準法規。⑤臺賬管理和安保措施不到位。⑥未用或未正確使用輻射監測儀，或者使用的輻射監測儀量程不合適。3）放射源生產單位在銷售放射源、給使用單位裝源或更換新源時存在技術或管理的漏洞。4）事故和應急處理不規范。5）監管力度不足。因此，導致的X射線移動探傷與γ射線移動探傷輻射防護措施與管理辦法差異很大。

2 防護具體措施差異

探傷移動作業：原則事先確認控制區、監督區邊界。懸掛“禁止進入射線控制區”警告牌，懸掛“禁止進入監督區”警告牌，拉起臨時警戒線。配備合適量程的輻射監測儀、個人劑量計和個人劑量報警儀。

2.1 X射線探傷防護措施

（1）防護原則：“距離加屏蔽，回避出線口”。

（2）防護辦法：1）需要接通電源后，用2米操作線。2）選擇合適時機，避免X線無衰減照射，恰當選擇照射方向和時間。如選擇沒有公眾出行的方向，選擇夜間或者無人時間段進行曝光。3）在探傷機主束口后側操作。4）用延時曝光模式，操作人員撤離。5）用鉛板或者別的屏蔽體防護。

2.2 γ射線探傷輻射的防護措施

（1）防護原則：“能硒不銥，能銥不鈷”。

（2）輻射防護輻射硬件措施——防護裝置。1）使用準直器：γ探傷裝置使用準直器后，防護距離大大縮短。2）利用工件現場條件進行屏蔽，利用現場特點，進行掩體等屏蔽防護設計。3）建設放射源暫存庫。因地制宜采取屏蔽防護，建立防護隔離帶。4）源容器和源導管的照射末端是否損傷、磨損或者有污物。5）應選取盡量長的驅動纜、盡量短的導源管，并迅速地進行送源及收源操作。6）每次探傷作業完成后，作業人員應立即使用可靠的輻射監測儀沿源導管和探傷裝置周圍進行檢測，確認放射源回到源容器的安全屏蔽位置并記錄，及時送回源庫。

（3）輻射污染防護管理手段——軟件措施。1）加強宣傳教育與培訓，包括輻射防護培訓及探傷裝置操作培訓。2）專業人員操作。持有輻射許可證方可操作探傷裝置。3）檢查放射源是否安全回到儲源室，詳細的登記制度，輻射巡測制度。建立完善的輻射應急預案。4）熟練操作，放射工作人員要充分準備，操作時力求熟練、迅速，減少受照時間。工作量大時，輪流操作。5）利用活度小的源增加曝光時間。

3 目前現狀

監管部門主要考慮輻射防護的風險及成本，由于這些年γ射線探傷事故時有發生，因此著重強調γ射線探傷的輻射防護，相應出臺了標準、法規和管理辦法。現實中存在把X射線探傷與γ射線探傷混為一談的現象，致使探傷行業存在兩種傾向：一是照搬γ射線探傷防護標準及管理辦法，二是認為X射線探傷不開機就沒有輻射，疏于管理。

而檢測部門主要考慮是否達到標準要求，不了解儀器的測量范圍，合格的輻射監測儀器儀表是輻射安全的最基本的保障。但是不是探測限越低越好，輻射儀表的合適量程是保證測量準確性的必備條件。

筆者認為X射線探傷與γ射線探傷差異很大，都有各自的優勢與劣勢。X射線是連續譜，但透射強度低，低能量時盡量用X射線。γ射線是單能譜，靈敏度較差，但透射強度大，厚材料透射需要高能量時，考慮用鈷-60探測。并且要綜合考慮探傷現場的工況來選取用X射線探傷、γ射線探傷。要充分考慮各自的優勢及劣勢，兩種探傷方法不可互相替代。由于X射線探傷與γ射線探傷的原理不同，生產、運輸、銷售、使用各個環節采取防護措施的條件差異很大，有必要對X射線探傷采取有針對性的防護措施。

4 討論

鑒于X射線業主單位和監管部門都沒有統一的輻射安全標準、安全導則及技術文件，筆者申請了《X射線探傷裝置生產、銷售及使用輻射安全和防護管理要求》課題。該課題的主要內容是調研X探傷機的現場工作環境，掌握探傷現場的輻射場分布，了解探傷現場輻射安全管理，確認控制區與監督區的劃分計算方法，監測探傷工作人員個人劑量，研究X射線移動探傷存在的防護風險，相信對加強X射線探傷裝置管理，預防輻射事故的發生，降低X射線探傷裝置對環境輻射影響，保障X射線探傷工作人員和公眾的身體健康起到積極的作用。

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2017環境保護部課題121-1

作者簡介：劉智慧（1968-），女，江蘇鎮江人，博士，高級工程師，從事輻射評審及監測工作。