淺議加速器輻照交聯(lián)電纜建設項目的環(huán)保措施

謝昕 王格陽

（1 安徽省蕪湖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，安徽 蕪湖 241000；2 安徽省合肥生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，安徽 合肥 230000）

在社會整體經(jīng)濟環(huán)境不斷提升的前提下，工業(yè)輻照用加速器的應用范圍不斷擴大，在所有加速器當中輻照交聯(lián)電線電纜的應用能夠充分展現(xiàn)出其科技性的特點。其依靠電子加速器的作用產(chǎn)生高能電子束直接作用于絕緣層，實現(xiàn)了分子鏈向高分子自由基的轉換，使其能夠經(jīng)過新的變化和組合成為交聯(lián)鍵改變其原有的分子結構。分子結構的變化主要體現(xiàn)為過去的線性分子轉化成三維網(wǎng)狀的結構，這種結構可以提升電線電纜的耐高溫和耐磨屬性，也有一定的阻燃作用。電子加速器輻照裝置運行時會產(chǎn)生電離輻射和其他環(huán)境影響。本文以最高能量3.0MeV、最大束流強度30mA 的Ⅱ類射線裝置輻照交聯(lián)電線電纜電子加速器為例，對此類項目產(chǎn)生的環(huán)境影響進行探討。

一、工業(yè)電子加速器的應用現(xiàn)狀

現(xiàn)如今全世界應用于工業(yè)的電子加速器達到七八百臺，整體功率超過20000kw，在這當中有200 臺以上是作用于電線電纜的輻照交聯(lián)工作上。目前世界上的工業(yè)電子加速器的應用領域為各個國家的工業(yè)、通訊、建筑等多個產(chǎn)業(yè)，輻照交聯(lián)電纜的應用相對較多，在世界上多個國家都有所涉及，我國輻照交聯(lián)電纜的數(shù)量在最近一些年逐漸增多，逐漸走在了世界前沿。雖然我們國家在這部分的研究和實踐工作發(fā)展較晚，但后續(xù)的發(fā)展趨勢依然展現(xiàn)了輻照交聯(lián)電纜市場的創(chuàng)新能力，雖然在實際的制造和開發(fā)工作上依然存在一些不足，但整個輻照交聯(lián)電纜的應用狀況依然能夠促進國家工業(yè)水平實現(xiàn)整體的發(fā)展。回顧之前的發(fā)展情況可知，20 世紀90 年代我國的電纜行業(yè)當中輻照交聯(lián)電線電纜的生產(chǎn)和應用進程中就已經(jīng)開始引入電子加速器的參與，隨著電子加速器生產(chǎn)線的擴大，相對應的各類研究和操作技術也不斷成熟，直接促進了整個輻照交聯(lián)電線電纜的電子加速器數(shù)量的增多，也在一定程度上提升了其運行功率。通過對目前該行業(yè)的研究可知，現(xiàn)如今我國輻照加工電線電纜的電子加速器中，有極大一部分的加速器是源自于國產(chǎn)設備，只有很少的一部分來自其他國家。目前我國在此方面的生產(chǎn)能力雖然未能達到世界領先水平，但和大部分國家的生產(chǎn)實力趨于相當，可以稱得上是世界上輻照加工行業(yè)發(fā)展速度最快的國家之一。

二、輻照交聯(lián)電纜內涵

在電能的傳送、信息的傳輸和不同電器儀表的制作過程中，電線電纜的作用是不可或缺的，其作為電氣和信息化生產(chǎn)的基礎產(chǎn)品在各個行業(yè)的應用逐漸廣泛。受高分子材料本身的特性影響，其超高的性價比決定了其在電纜絕緣層和護套層方面的應用逐漸增多。除了專業(yè)技術領域，在電子、汽車、通訊、航空、交通運輸和建筑等各個領域當中，電線電纜的應用也越來越多，傳統(tǒng)的電線電纜難以滿足新的時代發(fā)展需求，交聯(lián)電纜的出現(xiàn)能夠在溫度、耐久度和基本性能等方面展現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，是目前這些領域的第一選擇。現(xiàn)如今電線電纜所采用的交聯(lián)方式主要包括化學、硅烷和輻照交聯(lián)三種形式，在這三種形式當中，交聯(lián)電纜的耐高溫性能較好，抗載能力強，本身的機械性和壽命也高于其他形式，其應用的范圍更加廣泛。三種形式在市面上同時存在且被不同領域所應用，前兩種主要應用于聚乙烯交聯(lián)電纜上，而第三種輻射交聯(lián)則在對溫度和阻燃性要求更高的電纜中應用。

三、電子加速器輻照交聯(lián)主要污染因子

電子加速器輻照裝置主要包括電子和輻照加速器、輻照室、束下裝置以及控制系統(tǒng)幾部分構成。由電子加速器運行所形成電子束經(jīng)由鈦窗引出向下作用的輻照電線電纜，電子束轟擊電線電纜和輻照室內其他材料會產(chǎn)生韌致輻射（X 射線）。受較大電離輻射的影響，空氣中會形成臭氧和氮氧化物氣體，兩者的比例約為1:3，因為臭氧本身具有毒害作用，不僅會腐蝕設備，也會危害人體健康。以惰性六氟化硫為絕緣介質的電子加速器，在六氟化硫這一惰性氣體的作用下會和電弧以及電暈產(chǎn)生反應，從而分解出低氟化合物釋放出劇毒。六氟化硫所引發(fā)的高濃度氣體會使人呼吸困難，嚴重情況下會導致人體窒息。因此，電子加速器輻照交聯(lián)主要污染因子有電子，電子與其他物質作用產(chǎn)生的韌致輻射X射線，與空氣作用產(chǎn)生的臭氧，以及絕緣氣體SF6。

四、輻射屏蔽防護注意的問題

（一）輻照工作場所主要輻射源

3.0MeV 電子在密度為2.35g/cm3 混凝土中的穿透距離為0.64cm，當電子加速器混凝土屏蔽墻體（密度為2.35g/cm3）厚度>0.64cm，可忽略電子束對外環(huán)境的影響，控制輻照裝置輻射防護設計中的主要輻射源。

（二）輻照工作場所屏蔽防護的射線類型

電子加速器輻照場所為二層建筑，地下無構筑物，一層布局輻照室、控制室和束下傳輸裝置，二層布局電子加速器室及水冷卻系統(tǒng)、SF6 氣體系統(tǒng)等輔助設施。電子束向下照射產(chǎn)生韌致輻射X 射線向側向90°散射，輻照室四周墻體主要考慮側向X 射線的屏蔽。由于電子加速器在加速過程會有束流損失，束流損失會產(chǎn)生次級輻射場，因此電子加速器室四周墻體主要屏蔽防護電子加速器束流損失產(chǎn)生的X 射線。一層輻照室屋頂屏蔽防護輻照室直射到二層加速器室的X 射線以及加速器室周圍輔助設施用房的X 射線，若加速器室內無人到達，一層輻照室屋頂主要屏蔽防護輻照室直射到二層電子加速器室周圍輔助設施用房的X 射線。二層電子加速器室屋頂主要考慮來自輻照室和加速器室的天空反散射的屏蔽。輻照室和電子加速器室的迷道、防護門、管線孔道主要屏蔽防護多次散射的X 射線。倘若輻照工作場所臨近高層建筑物，還需屏蔽防護X 射線透過加速器室屋頂?shù)膫认蛏⑸洹?/p>

（三）輻照工作場所屏蔽防護的源強

輻照工作場所屏蔽防護須以電子加速器的最高能量和最大束流強度為源強，根據(jù)美國輻射防護委員會NC R P51 號報告，電子束轟擊靶材質不同，X 射線的發(fā)射率不同。為增加輻照工作場所的屏蔽防護安全系數(shù)，保守取電子束打高Z 靶（原子系數(shù)>73）X 射線發(fā)射率的修正系數(shù)核算輻射源1m處的吸收劑量率，不考慮靶材料為銅、鐵、混凝土的X 射線發(fā)生率的修正系數(shù)。入射電子能量為3.0MeV，側向90°方向電子等效能量約為2MeV，根據(jù)電子等效能量確定屏蔽材料十分之一值層。電子加速器束流損失由電子加速器輻照裝置設備設計制造單位提供。

（四）輻照工作場所關注點及劑量當量率

關注點劑量當量率控制水平是輻照工作場所屏蔽防護計算的重要依據(jù)，同時也是校驗輻照工作場所屏蔽防護效能的標準。在輻照工作場所屏蔽體外一定距離（30cm）處，公眾成員居留因子較大并可能受照劑量大的位置設置關注點，如輻照室、電子加速器室四周墻體外，控制室、迷道、防護門入口處，排風管道、輻照電線電纜進出孔道處。

五、污染防治措施

（一）輻照工作場所輻射安全防護措施

電子加速器輻照交聯(lián)電線電纜項目實體屏蔽防護應滿足關注點劑量當量率控制水平要求，除此之外，應設置多重、獨立的輻射安全防護措施。控制室控制臺設置鑰匙控制系統(tǒng)，并與輻射監(jiān)測報警儀相連，控制鑰匙由操作班組負責人負責管理和使用；輻照裝置設置門機聯(lián)鎖、束下裝置聯(lián)鎖、門燈聯(lián)鎖、煙霧報警系統(tǒng)、通風聯(lián)鎖、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、巡檢按鈕以及加速器異常停機后的人工復位系統(tǒng)；輻照室和主機室內安裝語音報警裝置；在人員通道處安裝光電、紅外人員誤入裝置，并與加速器聯(lián)鎖；在迷道內安裝固定式輻射監(jiān)測報警儀，并與迷道入口防護門聯(lián)鎖，超過預設閾值時發(fā)出警報并聯(lián)動防護門使其無法打開；在輻照室、加速器室、控制室設置串聯(lián)式急停開關和拉線開關；在輻照工作場所醒目位置處設置電離警示標志。輻照工作場所應單獨建設，避開人員活動密集、居留時間長的功能場所，如居民區(qū)、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、行政辦公等場所，平面布局應結合輻照工藝流程合理布局。

（二）輻射安全管理措施

對照《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》使用射線裝置的單位應具備的條件，使用單位應設有專門的輻射安全與環(huán)境保護管理機構，制定輻射安全管理規(guī)定、操作規(guī)程、運行及檢修維護制度、輻射環(huán)境監(jiān)測方案、人員培訓、個人劑量健康管理、輻射事故應急預案等制度。項目輻射工作人員應正確佩戴個人劑量計，進入輻射工作場所攜帶個人劑量報警儀。使用單位應組織項目工作人員加強輻射工作場所周圍輻射環(huán)境的監(jiān)測工作，如對輻照室、加速器室等控制區(qū)，控制室和其他輔助設施等監(jiān)督區(qū)進行X－γ 空氣吸收劑量率的監(jiān)測。建設單位應選購正規(guī)廠家生產(chǎn)的符合國家質量標準的輻照設備，按照國家相關技術規(guī)范，從嚴落實輻照工作場所屏蔽防護、輻射安全防護措施、輻射安全管理，以及其他各項污染防治措施。

（三）臭氧防治措施

輻照工作場所輻照室和加速器室應設置通排風系統(tǒng)，由于臭氧的密度大于空氣密度，輻照室排氣口應設置在鈦窗掃描窗下方，易于臭氧排放。根據(jù)輻照裝置的束流強度、輻照工作場所空間體積、通排風量，核算加速器停機后需連續(xù)通排風的時間，輻照裝置通風聯(lián)鎖設定時間應大于等于該時間，以保證相應數(shù)值符合環(huán)保要求。

（四）六氟化硫（SF6）防治措施

SF6 氣體泄漏，操作人員應立刻切斷電子加速器電源，啟動氣體傳輸裝置，向配套的鋼質儲氣罐轉移，減少SF6 泄漏量；工作人員及時上報泄漏情況，并發(fā)出警告，迅速撤離、疏散周圍人員；對泄漏場所采用鼓風機，采取強通風措施，增強空氣對流；使用單位應加強泄漏事故現(xiàn)場管理，嚴禁無關人員進入泄漏事故場所，檢查工作人員佩戴正壓式空氣呼吸器、護目鏡等防護用品方可進入。

結論

通過對目前加速器輻照交聯(lián)電纜工程項目的建設和環(huán)保情況展開分析可知，在加速器輻照交聯(lián)電纜的選擇工作上要重視環(huán)保性的引入，要結合工程的具體形式確定所對應的電纜應用方式，從建設的實際情況和環(huán)保綜合考量項目中的安全防護措施，進而確保其對環(huán)境所產(chǎn)生的不良影響控制在最小范圍內。要從環(huán)境保護和輻射安全而言，此類項目應用中重點防護韌致輻射X 射線，通過采取有效的屏蔽防護和安全措施，其產(chǎn)生的環(huán)境影響是可以接受的。