基于TLD監測的移動式探傷機輻射事故后果模擬和評價

胡晨劍，黃國夫，樓淑芬，張 瑜，陳 彬

(浙江省輻射環境監測站，國家環境保護輻射環境監測重點實驗室，浙江 杭州 310012)

0 前言

我國目前有14萬余枚放射源，由此引發的放射源失控、放射性擴散等輻射事故可能會對人員造成輻射劑量照射[1]。移動式γ射線探傷單位在輻射工作單位里占比雖然較少，但常規使用的Ir-192、Se-75、Co-60等放射源，都屬于高風險的二類放射源，且在現場移動使用，電離輻射風險和危害較大[2]。南京放射源丟失等事件就屬于典型的移動式γ射線探傷事故，在對公眾造成誤照射的同時，還引起了社會恐慌[3-4]。在發生移動式γ射線探傷事故時，科學、客觀地分析電離輻射劑量照射情況，是判斷人員健康傷害和輻射事故分類的重要依據，可以據此采取更加合理地的對策和防護措施，正確評價電離輻射事故危害和人體影響[5]。

熱釋光累積劑量(TLD)監測是根據晶體能帶理論而發展應用的技術，當熱釋光磷光材料受到電離輻射等作用時，會將輻射能量儲存于電子陷阱中，再加熱時，陷阱中的能量便以光的形式釋放出來，材料吸收的能量越多(吸收劑量越大)，釋放的光的強度越大，且在一定的劑量范圍內，發光強度與吸收劑量成正比關系，根據這種線性關系，可以使用熱釋光磷光材料定量地測量電離輻射劑量。發生電離輻射事故時，采用TLD監測可以有效測量和評估人員所收到的照射劑量[6-7]。

本文應用TLD監測技術，采用標準Co-60放射源照射模擬電離輻射事故，構建電離輻射距離衰減、材料屏蔽等防護條件，模擬分析電離輻射事故后果，對輻射防護措施效果進行分析和評價，為現場輻射事故時相關人員的屏蔽、防護和劑量照射評價提供依據[8-10]，并據此提出相應的對策和措施建議。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

監測儀器采用RGD-3B熱釋光劑量監測儀，劑量片選用篩選后的LiF(Mg,Cu,P) 熱釋光劑量片，分散性變異系數<3%。Co-60標準照射源，實驗時總活度2.7×105Bq。防護材料分別為屏蔽效果0.35mm鉛當量的鉛防護服和5mm鉛當量的鉛罐[11-12]。水體采用ELGA超純水器制備的去離子水。

1.2 方法

將劑量片放置于實驗標準臺上，距標準放射源從5cm到100cm的不同距離，放置于相應的防護材料內，并接受一定時間(100h)的照射，測量累積照射劑量，并換算成平均空氣吸收劑量率[13-14]。

累積劑量值DTLD=K(Ii-I0)，其中K為Co-60放射源衰變釋放的主要γ能量對應的儀器刻度系數，Ii為布放點的測量讀數值，I0為對照本底的測量讀數值。

實驗組和對照組均設置三個平行樣，取平均值后進行統計分析。

2 結果與討論

2.1 模擬事故的累積劑量

經Co-60放射源照射100h后，劑量片的累積劑量值及其換算后的空氣吸收劑量率結果見表1。《GB18871-2002電離輻射防護與輻射源安全基本標準》規定公眾所受到的年有效劑量值不應超過1mSv，由表1可見，在緊鄰放射源的位置(5cm處)，累積劑量達到2.29mSv，隨著放射源距離的增大，累積劑量值迅速變小，在距源50cm外，放射源所致照射已不顯著；在距源80cm處，換算后的劑量率已經處于本底水平(84～108nGy/h)。

由實驗可知，即使發生活度較小放射源事故，周圍人員在放射源近距離周圍停留較短一段時間，仍將導致照射劑量超過規定的年有效劑量值，可能影響人體健康。

事故處理時，工作人員需要近距離接觸放射源，在接受總的照射劑量無法改變的前提下，事故處理人員應制訂詳細的處置方案，安排多人輪換，盡量縮短單個人員近距離接觸放射源的時間，減少受照劑量。同理，為集中應急資源，進一步提高事故處理效率，事故處理時應重點關注近距離接觸放射源的相關人員，對周圍的公眾人員可以通過核算集體劑量或者部分抽取進行事故后果分析和評價，從而減少事故處理工作量。

表1 累積劑量值及其空氣吸收劑量率換算結果*

2.2 劑量率衰減

在理想條件下，放射源點源在空間某點位的空氣吸收劑量率與距離點源的距離的平方成反比，本實驗計算了各點位的空氣吸收劑量率理論計算值[15]，并與累積劑量換算劑量率值進行比較，各值隨距離變化示意見圖1。

由圖1可知，各點位的空氣吸收劑量率理論計算值與累積劑量換算劑量率值隨距離變化的趨勢基本一致，但是與理論計算值相比，累積劑量換算劑量率值總體偏小，距放射源較近時尤其明顯，僅為理論值的69%，除了實驗誤差，可能還與空氣的吸收和散射、傳播地面情況等因素有關。在10cm內，劑量率隨距離增加而迅速減小，超過20cm時，衰減趨勢趨于平穩。說明在發生放射源事故時，采用距離屏蔽是最簡單、也是最有效的方式。現場處理放射源，可以采用長柄(桿)夾等設備，盡量遠離放射源進行事故處置。

2.3 輻射屏蔽效果

單能γ射線的劑量率在屏蔽材料中的減弱規律呈指數衰減，與屏蔽材料的材質和厚度有關。本次實驗分別通過0.35mm和5mm鉛當量的鉛屏蔽材料，模擬分析屏蔽材料的防護效果。與沒有屏蔽材料的對照點位相比，0.35mm鉛當量屏蔽材料在5cm、10cm、20cm、30cm處的實際屏蔽系數分別為25.3%、39.2%、55.4%、72%，5mm鉛當量屏蔽材料在10cm、20cm、30cm處的實際屏蔽系數分別為94.3%、90.9%、100%，實際屏蔽效果均好于理論計算的效果。

由此可見，0.35mm鉛當量的防護材料愈遠離放射源，屏蔽效果愈好，事故處理時可以穿戴較小鉛當量的防護服裝，但是防護效果有限，若防護服嚴重影響事故處理效率，導致工作時間相應增加，所受到的總劑量可能反而更大。5mm鉛當量防護材料有90%以上的屏蔽系數，屏蔽效果雖然好，但是總重太大，不利于穿戴。現場事故處理時可以采用鉛屏風等方式，來減少劑量照射。

2.4 水體輻射環境影響

水體是常見的輻射屏蔽材料，但作為低密度物質，輻射防護能力較弱。本實驗采用低劑量(扣除房間本底)的照射[19]，研究在近距離處(5cm)的水體實際屏蔽效果。當水體厚度為5cm的照射累積劑量達到0.32mSv時，Co-60放射源直接照射的累積劑量分別為0.33mSv，水體的屏蔽效果為3.03%，大部分射線都無法被水體吸收。在發生輻射事故時，射線對水環境及水生生物的影響，基本上不因為水體的屏蔽而減弱，在事故處理時，應注意水體中非人類物種的輻射影響。

3 結論和建議

3.1 實驗結論

相比瞬時劑量測量儀器，利用熱釋光累積劑量(TLD)監測模擬放射源事故后果，可以減少能量響應、射線入射角度等的影響，更好地分析和評價放射源事故影響。根據模擬結果，事故處理時，不論放射源活度大小，都應避免近距離接觸和停留，以免人員照射劑量超過年有效劑量值。放射源所致的劑量率隨距離增加而迅速減小，相對于理論計算值的保守，近距離時的實際衰減趨勢明顯，可能與空氣的吸收和散射、傳播地面情況等因素有關。屏蔽防護材料的選擇應結合現場情況，較小鉛當量材料的防護效果有限，較大鉛當量的材料自身重量較重，兩者的屏蔽實驗效果均理想，水體的屏蔽能力較弱。實驗結果可以對放射源事故人員的劑量照射、屏蔽和防護提供參考和依據。

3.2 建議

(1)強化核安全文化建設，提高安全責任意識。全面推進核安全文化建設，提高移動式γ射線探傷行業核安全文化水平，細化明確業主單位和探傷單位的安全主體責任[16]。加強人員核安全文化的宣貫和培訓，提高安全意識，現場操作的輻射工作人員應經過培訓并有相應資格。

(2)加大探傷作業現場的安全管理。建立行之有效的規章制度，要有完整的現場作業記錄，做到凡事有章可循、有據可查，尤其是做好放射源的貯存、運輸、領取、使用、歸還等臺賬。配備便攜式劑量率儀，在各重要環節進行檢查、登記，確保帳物相符。制訂放射源丟失應急預案，落實人員的輻射防護和現場安全防護措施，定期開展應急演練[17]。生態環境部門應加強現場的輻射執法檢查與飛行檢查，杜絕違法違規操作。

(3)加強科技應用，在移動式探傷設備上推廣使用放射源在線監控系統，利用GPS監控、輻射監測在線儀等技術手段，將放射源的位置信息、輻射強度信息統一傳輸至生態環境部門的監管平臺。研發更為先進、智能的γ射線探傷設備，增強設備自身硬件的縱深防御，從設計上預防人為失誤[18]。

(4)加強信息發布管理和信息公開，強化公眾宣傳和交流。目前社會和公眾對核與輻射的認知還不夠全面、科學客觀，存在“談核色變”的心理，像杞縣卡源事件作為一起普通的輻射事件卻造成了較大的社會影響。這就要求政府部門要做好政務公開和信息公開，及時發布輻射事故的關鍵信息，防止謠言傳播，樹立正確的輿論導向。平時要通過廣播、電視、平面媒體和網絡等形式，加強科普宣傳和公眾參與，開展輻射安全科普主題宣傳，消除公眾“恐核”心理。