⁶⁰Co-γ射線輻照裝置的輻射防護監測

陳玉霞 邱建輝 黃衛東

摘要 [目的]了解60Co-γ射線輻照裝置在輻照運行過程中是否存在放射源泄漏，是否對工作人員及公眾產生外照射輻射。[方法]用低本底αβ測量儀等儀器對貯源井水水質進行了檢測。用χ、γ劑量當量率儀對輻照室內外環境空氣吸收劑量率進行了監測。[結果]貯源井水的pH、電導率、氯化物、總α放射性、總β放射性的測量值均符合國標規定，60Co未檢出，沒有放射源泄漏。貯源狀態時，輻照室內劑量率低于天然本底值，井水完全屏蔽了放射源的輻射。升源狀態時，輻照室周圍劑量率為0.11～0.16 μSv/h，遠低于國標限值（2.5 μSv/h）。工作人員年劑量當量為0.355～0.378 mSv，主要為天然本底輻射和建筑材料產生的輻射，與放射源相關的輻射幾乎為零。[結論]該研究為湖北輻照實驗中心輻照裝置的輻射防護提供參考。

關鍵詞 60Co放射源;貯源井水;電導率;空氣吸收劑量率;劑量當量

中圖分類號 X591 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2020）03-0189-04

Abstract [Objective] To understand whether there is radiation source leakage in 60Cogamma ray irradiation device during irradiation operation， and whether external radiation is generated to the staff and the public. [Method] The water quality of storage source well water was detected by using low background α β measuring instrument and other instruments， and the air absorption dose rate of the internal and external environment of the irradiation chamber was monitored by an χ， gamma dose equivalent rate instrument. [Result] The measured values of pH， conductivity， chloride，total α radioactivity and total β radioactivity of storage source well water were in accordance with the national standard. 60Co was not detected and there was no leakage of radioactive sources. When the source was stored， the dose rate in the irradiation room was lower than the natural background value， and the well water completely shielded the radiation of the radioactive source. When the source was raised， the dose rate around the irradiation chamber was 0.11-0.16 μSv/h， which was much lower than the national standard limit of 2.5 μSv/h. The annual dose equivalent of staff was 0.355-0.378 mSv. It was mainly natural background radiation and radiation from building materials， and the radiation associated with radioactive sources was almost zero. [Conclusion] This research provided reference for the radiation protection of irradiation devices in Hubei Irradiation Experimental Center.

Key words 60Co radioactive source;Storage source well water;Conductivity;Air absorption dose rate;Dose equivalent

60Co-γ射線輻照裝置由60Co放射源、放射源的操作系統、劑量測量系統、輻照室、輻照物輸送系統、水處理系統、通風系統、安全聯鎖系統、控制系統組成[1]，其中最核心部分是鈷-60放射源。鈷-60放射源是一種人工生產的放射性同位素，由于核衰變，它能放射出2種能量分別為1.17和1.33 Mev、穿透力極強的γ射線[2] 。γ射線輻照加工技術在我國研究比較成熟，應用也比較廣泛，目前已在食品貯藏保鮮[3-5]、農副產品殺蟲保質[6-7]、農作物誘變育種[8-9]、中成藥、醫療衛生用品消毒滅菌[10]、高分子材料的輻照改性[11]等領域廣泛應用，取得了較好的經濟效益和社會效益[12]。湖北輻照實驗中心的輻照裝置于1992年建成投產，初始裝源量為1.57×1015 Bq。由于60Co放射源的半衰期較短（5.27 a），放射源的活度下降較快。為了提高效率，滿足不同貨物的輻照需求，每隔一段時間需要添加一定量的放射源[13]。該輻照中心的輻照裝置自1995年至今經歷了12次增源，現有Ⅰ類鈷-60 γ射線源74枚，現有放射性活度為1.16×1016 Bq。然而，隨著放射源活度的不斷增加和使用頻率的不斷提高，γ輻照裝置的安全運行和防護管理顯得尤為重要[14-15]，而輻照裝置的防護監測是保證安全運行的重要手段之一。在裝置輻照運行過程中，筆者定期對貯源井水、輻照室內及輻照室周圍環境劑量率進行監測，并對工作人員個人年劑量當量進行測量和計算，其主要目的是供輻照裝置在輻照運行過程中在環境中產生的γ輻射對工作人員及公眾所致外照射劑量的估算提供數據資料;驗證環境吸收劑量率符合管理限值和法律、標準要求的程度;監督輻照裝置放射源的狀況，提供異常或意外情況的警告[16]。

1 材料與方法

1.1 設備與儀器

1.1.1 輻照裝置。湖北輻照實驗中心60Co-γ射線輻照裝置1座，設計裝源容量 1.85 ×1016 Bq，2013—2019年放射源活度為1.07×1016～1.28×1016 Bq，放射源規格為長度45.1 cm，直徑1.1 cm，單板3層排列。

1.1.2 主要儀器。酸度計，為廣州佳儀精密儀器有限公司產品;電導率儀，為上海雷磁儀器廠產品;離子色譜儀，為上海硅儀生化科技有限公司產品;低本底αβ測量儀，為青島聚創環保設備有限公司產品;電感偶合等離子體發射光譜儀，為江蘇天瑞儀器股份有限公司產品;χ、γ劑量當量率儀，為上海申核電子儀器有限公司產品。

1.2 方法

1.2.1 取樣與布點。

1.2.1.1 井水取樣。每次在貯源井水面下30 cm處取3 L、500 cm貯源位取3 L，用塑料壺裝好。

1.2.1.2

環境監測布點。輻照室內在貯源井井面及輻照室四周和東、西迷道設置監測點，輻照室外主要在四周防護墻外工作人員工作場所（如總控制室、值班室、提升間、上下料點、倉庫、水處理間、風機房等）多處布點，以附近空地草坪為天然本底監測點。

1.2.2 監測方式。送交上海譜尼測試技術有限公司對水樣進行檢測，每年監測2次;由湖北輻照實驗中心對輻照裝置內外環境進行監測，每月監測1次，同時邀請有相關資質的單位對裝置環境進行監測，每年監測2次。

1.2.3 測定項目與方法。

1.2.3.1 貯源井水的檢測。pH測定參照《生活飲用水標準檢驗方法》GB/T 5750.4—2006 5.1[17] 玻璃電極法;電導率測量按照《生活飲用水標準檢驗方法》GB/T 5750.4—2006 6.1[18]方法;氯化物濃度測定按照《生活飲用水標準檢驗方法》GB/T 5750.4—2006 2.2[19] 中的離子色譜法;總α放射性測量按照《生活飲用水標準檢驗方法》GB/T 5750.13—2006 1[20]中的低本底總α檢測法;總β放射性測量按照《生活飲用水標準檢驗方法》GB/T 5750.13—2006 2[21]中的薄樣法;60Co按照《生活飲用水標準檢驗方法》GB/T 5750.6—2006 14.2[22]中電感偶合等離子體發射光譜法進行測量。

1.2.3.2 環境劑量率測量。按照《輻射環境監測技術規范》HJ/T 61—2001[23]和《環境地表γ輻射劑量率測定規范》GB/T 14583—1993[24] 進行測量。

1.2.3.3 各種限值依據標準。貯源井水水質指標限值參照《生活飲用水衛生標準》GB 5749—85為依據;環境劑量率限值參照《水池貯源型γ輻照裝置設計安全準則》 GB 17279—1998[25] ;個人年劑量限值和貯源井水放射性污染限值參照《γ輻照裝置設計建造和使用規范》GB 17568—2008[26]。

1.3 數據處理

環境劑量率按照湖北輻照實驗中心自測值進行統計分析，每年每點的劑量率是12個月劑量率的平均值;個人有效劑量當量按公式He=Dr ×t×10-3進行計算。式中，He為χ-γ射線外照射人均有效劑量當量，單位為mSv;Dr為χ-γ射線空氣吸收劑量率，單位為μSv/h;t為χ-γ照射時間，單位為h。

2 結果與分析

2.1 貯源井水的水質監測

貨物輻照在輻照室內進行，輻照室四周的防護墻及屋頂均為鋼筋混凝土結構，墻厚1.7 m，屋頂厚2.1 m。貨物輻照時，由液壓升降裝置將放射源從輻照室中的地下水井里提升到空氣中，此時放射源處于工作狀態。當不輻照貨物或設備檢修時，由液壓升降裝置將放射源降到水井底部，此時放射源處于貯源狀態。貯源水井深7 m，半徑1.76 m，內裝貯源水。60Co放射源是顆粒狀的，外殼是雙層不銹鋼，并且嚴密焊封成棒狀。由于自來水中含有雜質離子，對不銹鋼具有一定的腐蝕性，因此貯源井水應采用去離子水，且不應被其他水源或水泥、灰塵、輻照的貨物污染、若發現污染應即時更換。為了確定貯源井水的水質是否達標和了解放射源是否存在泄漏以及貯源水井的水能否直接向下水道排放，每年都要對井水的pH、電導率、氯化物進行測量，對水中的總α、總β、60Co放射性水平進行檢測，每年檢測2次，結果見表1。由表1可知，2014—2019年貯源井水的pH為6.32～8.11，處于國家標準規定的范圍（5.5～8.5）內;電導率為6.81～9.18 μS/cm，符合國標規定的要求（小于10 μS/cm）;氯化物濃度為0.17～0.83 mg/L，達到國家標準0～1 mg/L;總α放射性小于0.016 Bq/L、總β放射性小于0.028 Bq/L，均滿足GB 5749.85[27]《生活飲用水衛生標準》中的規定;貯源井水中鈷-60未檢出，無放射源泄漏，不會對地下水造成污染，符合GB 10252—1996[28]《鈷-60輻照裝置的輻射防護與安全標準》中的規定。

2.2 輻照室內γ輻射空氣吸收劑量率監測

將放射源降入水井貯源位，對輻照室內水井四周、水井表面及輻照室東西兩側的迷道進行劑量率測量，結果見表2。由表2可知，2013—2019年水井周圍及水井表面平均劑量率均為007 μSv/h，低于附近天然本底值（空地草皮劑量率為009 μSv/h），貯源井水完全屏蔽了鈷-60 γ射線，另外，輻照室的防護墻及屋頂完全屏蔽了宇宙射線，水泥地面也完全屏蔽了地表γ輻射，因此測量值實際上為建筑材料（如水泥混凝土）的γ輻射值。東西兩迷道的劑量率均值均為0.12 μSv/h，高于本底值，有建筑材料γ輻射的貢獻。這說明當放射源處于貯源位置時，輻照室內是安全的。

2.3 輻照室周圍環境劑量率監測

分別在放射源處于升源狀態和貯源狀態，用FD-3013B χ、γ輻射劑量率儀，測量了輻照室外的值班室、總控制室、輻照室入口等14個測量點的γ輻射劑量率，每月監測1次，將每個測量點全年12次的測量值進行算術平均，結果見表3 。監測結果表明，放射源處于升源狀態時，最低劑量率為0.11 μSv/h，最高劑量率為016 μSv/h，與國標GB17279—1998《水池貯源型γ輻照裝置設計安全準則》中規定（不超過2.5 μSv/h）相差甚遠;不同測量點的7年平均劑量率以輻照室入口最高，為0.16 μSv/h，但與國標規定相差甚遠;不同年份的所有測量點平均劑量率略有不同，但差異不明顯，說明不同裝源量對測量點劑量率的影響不大，其原因一是該輻照裝置設計裝源容量1.85×1016 Bq，而2013—2019年實際裝源量為1.07×1016～1.28×1016 Bq，小于最大裝源容量;二是在設計屏蔽墻建筑厚度時取2倍的安全系數，基礎建設扎實，沒有明顯的射線泄漏和散射輻射。絕大多數測量點在升源狀態的γ輻射劑量率與在貯源狀態的γ輻射劑量率相同，但略高于該地區天然γ輻射水平（空地草皮），主要是建筑材料（如地磚等）的貢獻。個別地方（如輻照室入口）升源狀態的γ輻射劑量率略高于貯源狀態的γ輻射劑量率，可能與人員通道門的屏蔽相對薄弱有關，但其數值也在安全限值范圍內。綜上所述，輻照室的屏蔽措施足夠安全，放射源運行時對工作人員和公眾都是安全的。

2.4 工作人員個人劑量測量和計算

工作人員個人劑量采用2種測量方法，一種方法采用熱釋光個人劑量計監測工作人員的外照射劑量，由湖北省疾病預防控制中心監測，每季度監測1次（其測量值低于輻照中心自測值，表4中未列出）;另一種方法就是輻照中心劑量人員每月用FD-3013B χ、γ輻射劑量率儀對工作人員工作場所劑量率進行監測，取工作人員居留時間較長的3個測量點（值班室、總控制室、上下料點）的季平均值，乘以工作人員的工作時間（每季度720 h），即得出工作人員個人的季劑量值，結果如表4所示。由表4可知，工作人員個人年劑量值為0.355～0.378 mSv，主要是天然本底輻射和建筑材料的輻射，而與放射源相關的劑量幾乎為零，符合GB10252—1996（鈷-60輻照裝置的輻射防護和安全標準）中規定的在輻照裝置控制區和監督區內的工作人員與源相關的劑量應控制在每年5 mSv以內的要求。

3 結論

（1）此次檢測結果表明，貯源井水的pH、電導率、氯化物濃度均達到國家標準的要求，總α放射性、總β放射性滿足GB 5749.85《生活飲用水衛生標準》中的規定，未檢出放射性元素鈷-60，無放射源泄漏，不會對地下水造成放射性污染 。當放射源處于貯源位置時，輻照室內γ輻射劑量率小于附近天然本底值，井水足夠深，屏蔽效果很好。

（2）通過連續多年對輻照室周圍γ輻射劑量率的監測，發現絕大多數測量點升源狀態的γ輻射水平與貯源狀態的γ輻射水平相同，個別測量點升源狀態的γ輻射水平略高于貯源狀態的γ輻射水平，但遠低于國標限值（2.5 μSv/h）。這說明輻照裝置的屏蔽體厚度設計合理，土建施工扎實，無明顯的射線泄漏和散射輻射，不會對周圍環境產生放射性危害，工作人員和輻照室周圍環境是安全的。

（3）對工作人員年劑量當量進行測量與計算，工作人員個人年劑量值為0.355～0.378 mSv，主要是天然本底輻射和建筑材料輻射，而與放射源相關的劑量幾乎為零，符合GB10252—1996中規定的在輻照裝置控制區和監督區內的工作人員與源相關的劑量應控制在5 mSv/a以內的要求。此外，輻照中心工作人員注重安全意識的培養，加強輻射防護安全知識學習，與安全防護人員緊密配合，定期進行個人劑量和環境劑量率監測，這也是輻照裝置多年安全運行的保障之一。

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