鉛鋼結構工業X射線探傷室應用的分析

李明亮　常 青

鉛鋼結構工業X射線探傷室應用的分析

李明亮1常 青2

（1.廣西博環環境咨詢服務有限公司，廣西 南寧 530000；2.廣西壯族自治區輻射環境監督管理站，廣西 南寧 530222）

文章通過對某鉛鋼結構工業X射線探傷室輻射防護設計方案和其投入使用后實際防護能力監測結果的分析，評估該方案的合理性，并結合輻射防護能力、建設成本及企業個性化需求等方面，討論探傷室輻射防護最優化設計和施工的注意事項，為該類型探傷室的應用提供參考。

鉛鋼結構；工業X射線探傷室；防護能力；監測結果；建設成本；輻射防護最優化

引言

近幾年來，在無損探傷領域，工業X射線探傷技術由于其可靠性與準確性比其他技術手段優秀，致使其使用范圍及領域不斷擴大。然而，其使用過程中產生的X射線會對職業人員及公眾成員的健康造成一定程度的影響，因此，探傷室的屏蔽作用就顯得尤為重要，探傷室對工業X射線的有效屏蔽成為室內探傷項目人員輻射安全的基本保障。

現在市場上探傷室類型有多種，主要以混凝土結構為主，然而有些企業也會根據自身條件限制和個性化需要建設不同的探傷室。本文以廣西某一鉛鋼結構的工業X射線探傷室為例，根據企業使用的探傷機參數及探傷室輻射屏蔽設計方案，分析探傷室輻射屏蔽能力及其投入運行后對職業工作人員及公眾的輻射影響，并與探傷室投入使用后竣工驗收的監測結果進行比較。最后，輻射防護能力、建設成本及企業個性化需求等方面，分析鉛鋼結構探傷室的實用性和建造時的注意事項。

1　相關標準要求

工業X射線探傷室輻射屏蔽評價依據標準《工業X射線探傷室輻射屏蔽規范》（GBZ/T 250－2014）[1]，工業X射線探傷放射防護評價依據標準《工業X射線探傷放射防護要求》（GBZ 117－2015）[2]，結合以上兩個標準，工業X射線探傷室墻體、入口防護門、探傷室頂的輻射屏蔽應同時滿足以下條件：（1）人員在關注點的周劑量參考控制水平，對職業工作人員不大于100 μSv/周，對公眾不大于5 μSv/周；（2）關注點最高周圍劑量當量率參考控制水平不大于2.5 μSv/h；（3）對不需要人員到達的探傷室頂，探傷室頂外表面30 cm處的輻射劑量率參考控制水平通?？扇?00 μSv/h。

2　探傷機參數及探傷室設計概況

2.1　探傷機參數

工業X射線探傷機型號XXGHZ-3005（周向），最高管電壓Umax=300 kV、最大輸出管電流Imax=5 mA，過濾條件：3 mm鋁過濾，距輻射源點（靶點）1 m處輸出量為：20.9 mSv·m2/（mA·min）[1]。

2.2　探傷室設計參數

探傷室整體為鋼架結構，四周墻體均為22 mm鉛＋55 mm鋼板，屋頂為15 mm鉛＋40 mm鋼板；探傷室開設供工件進出和工作人員進出平移防護門，2扇防護門防護能力相同，均為22 mm鉛＋55 mm鋼板，探傷室工件進出平移鉛防護門尺寸為寬×高（5.8 m×6 m），人員進出平移鉛防護門尺寸為寬×高（1.6 m×2.5 m）。探傷室整體外觀尺寸為長×寬×高（17 m×6 m×6 m），凈空間尺寸為長×寬×高（16.4 m×5.4 m×5.7 m）。探傷室為單層結構，房頂無人員活動；探傷室所在車間也為單層結構，房頂無人員活動，無地下室。以下估算均不考慮探傷工件的屏蔽能力。

3　探傷室屏蔽能力分析

3.1　關注點位布置

一般情況下，探傷機在探傷室中心使用。輻射防護屏蔽機房的設計必須滿足：合理的分區布局和能有效的屏蔽主、漏、散射線的要求。為評估該探傷室設計是否合適，在探傷室周圍設置合適的關注點，關注點設置圖詳見圖1。

圖1 關注點分布圖

探傷室外主要關注點布置情況見表1。

表1 探傷室外主要關注點布置

3.2　探傷室屏蔽能力評估

有用線束屏蔽估算公式。根據GBZ/T 250－2014相關公式及參數，對探傷室輻射屏蔽能力進行推算。

關注點的劑量率H按下式計算：

式中：I——X射線裝置在最高管電壓下的常用最大管電流，mA；

H0——距輻射源點（靶點）1 m處輸出量，μSv·m2/（mA·h），此處取20.9 mSv·m2/（mA·min）；

B——屏蔽透射因子，鉛的B值查詢附錄B.1，鋼根據式（2）計算；

R——輻射源點（靶點）至關注點的距離，m；

在給定屏蔽物質厚度X時，相應的屏蔽透射因子B按下式計算：

B=10-X?TVL（2）

式中：X ——屏蔽物質厚度，與TVL取相同單位；

TVL——屏蔽物質的什值層；300 kV電壓等級，鋼的TVL為20.0 mm[3]。

3.3　估算結果

3.3.1一般情況

按已有設計方案，探傷室外各關注點輻射劑量率估算結果如表2所示。

表2 探傷室外各關注點外輻射劑量率估算結果

由表2估算結果可知，正常工況下，探傷室外各關注點的輻射劑量率估算結果范圍為6.05×10-4μSv/h～4.30×10-3μSv/h，遠低于2.5 μSv/h；探傷室頂部外表面30 cm處的劑量率估算結果為0.19 μSv/h，遠低于100 μSv/h。

3.3.2特殊情況

室內探傷作業時，探傷機所在位置需根據探傷工具體積大小、工件形狀確定，不一定全部會固定在室內中心點上。公司探傷工件為芬頓塔等罐體（鋼材質），直徑為3.6 m～3.8 m，厚度范圍為5 mm～12 mm。按最不利情況，將探傷工件放置在探傷室一側，探傷機距離最近探傷室一側外表面30 cm處按1 m考慮（計算時不考慮工件厚度）。該點的輻射劑量率估算結果為0.046 μSv/h，遠低于2.5 μSv/h。由于四周墻體與防護門防護能力相同，即可認為其它側均滿足要求。

綜上所述，該探傷室的設計方案滿足X射線輻射屏蔽的要求。

3.4　對周邊環境輻射影響分析

探傷機僅在探傷室內使用，探傷室設置有完善的電離輻射防護設施與輻射安全管理措施，電離輻射水平隨著距離的增加而衰減，因此選取離輻射工作場所較近、有代表性的環境保護目標進行分析。

3.4.1一般情況分析

居留因子按《工業X射線探傷室輻射屏蔽規范》（GBZ/T 250－2014）附錄A表A.1[3]取值，則工業X射線探傷室外各關注點處的年有效劑量估算結果見表3。

表3 探傷室外關注點年有效劑量估算結果

由表3可知，正常工況下，經工業X射線探傷機探傷室屏蔽后，職業人員和公眾受到的年有效劑量均遠小于《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（GB 18871－2002）規定的人員年平均有效劑量限值要求（職業工作人員20 mSv/a、公眾人員1 mSv/a），對人員的影響很小，可忽略不計。

3.4.2特殊情況分析

在最不利情況分析下，居留因子取1，年有效劑量估算結果為4.68×10-3mSv/a，對人員的影響依然很小，滿足GB 18871－2002的要求。

綜上所述，該探傷室的設計方案符合輻射防護個人劑量限制的要求。

4　探傷室驗收時周圍環境監測結果分析

4.1　監測時工況及監測結果

監測時工況：探傷機位于探傷室中間，工作參數：285 kV，5 mA，無工件。

監測結果：探傷室各側屏蔽體（含防護門）外關注點（距屏蔽體約30 cm）周圍環境輻射劑量率監測結果均與環境本地水平相當，但兩扇防護門所在墻體相交的拐角處、防護門與墻體搭接處30 cm位置輻射劑量率監測結果范圍為1 μSv/h～10 μSv/h，遠高于估算結果。

4.2　異常結果分析

經反復測量，推測劑量率異常的原因為：防護門與墻體搭接不夠，存在縫隙。

4.3　對周圍環境輻射影響分析

從偏安全角度考慮，以測量最大值10 μSv/h來計算，公眾成員居留因子取1/4，則經過此處的公眾成員年有效劑量約0.25 mSv，職業人員年有效劑量約1 mSv，遠高于估算結果。

雖然人員年有效劑量滿足相關管理要求，但探傷室周圍外30 cm處劑量率超過2.5 μSv/h。從輻射安全和輻射防護最優化考慮，企業在探傷室周圍1 m處設置實體圍欄與警戒線（此處劑量率均為環境本底水平），工作期間，無關人員不得靠近探傷室。

5　輻射防護最優化分析討論

《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（GB 18871－2002）[4]中第4.3.3款“防護與安全的最優化”規定： 4.3.3.1 對于來自一項實踐中的任一特定源的照射，應使防護與安全最優化，使得在考慮了經濟和社會因素之后，個人受照劑量的大小、受照射的人數以及受照射的可能性均保持在可合理達到的盡量低水平；這種最優化應以該源所致個人劑量和潛在照射危險分別低于劑量約束和潛在照射危險約束為前提條件（治療性醫療照射除外）。4.3.3.2 防護與安全最優化的過程，可以從直觀的定性分析一直到使用輔助決策技術的定量分析，但均應以某種適當的方法將一切有關因素加以考慮，以實現下列目標：一是相對于主導情況確定出最優化的防護與安全措施，確定這些措施時應考慮可供利用的防護與安全選擇以及照射的性質、大小和可能性；二是根據最優化的結果制定相應的準則，據以采取預防事故和減輕事故后果的措施，從而限制照射的大小及受照的可能性。

5.1　探傷室設計方案分析總結

從輻射防護能力分析，按現有設計方案，正常工況下，各關注點的輻射劑量率均滿足《工業X射線探傷室輻射屏蔽規范》（GBZ/T 250－2014）和《工業X射線探傷放射防護要求》（GBZ 117－2015）的相關要求；探傷項目對探傷室周圍敏感點的輻射影響滿足以上標準和《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（GB 18871－2002）的相關要求。

從造價成本方面分析，現有設計方案屏蔽體為鉛＋鋼結構，探傷室造價約220萬；若屏蔽體全部按混凝土設計，探傷室造價將大幅下降，約80萬。

綜上所述，從輻射屏蔽效果考慮，該設計方案使劑量達到了可達到的盡量低的水平；但從經濟和社會利益方面考慮，該探傷室的投入資金過大，該設計方案尚有優化空間。

5.2　探傷室設計方案限制因素

（1）探傷室建成后是否有拆遷需求。若有拆遷需求，優先選用鉛鋼結構探傷室。

（2）擬建場地建筑面積限制。同樣屏蔽能力，混凝土墻體厚度大于鉛房墻體厚度，若受場地面積限制，優先選用鉛房探傷室。

（3）探傷室造價限制。鉛房探傷室造價要遠高于混凝土探傷室造價，若造價成本較低，優先選用混凝土探傷室。

（4）個性化需求。在以上3點條件已定的情況下，若業主有對探傷室輻射防護能力有比標準嚴格的要求，需結合其要求選擇屏蔽材料的厚度。

綜上所述，若無拆遷重復使用需求，可選用混凝土加鉛板設計方案，既可節省場地，也可降低造價成本。

6　結論

通過估算結果可知，該探傷室的屏蔽設計方案的輻射屏蔽能力滿足相關規范要求，施工過程中，只要嚴格按照屏蔽體材料及厚度要求，就能保證對X射線的輻射防護效果，使X射線對人員的影響保持在合理可行盡量低的水平，保護環境、保障公眾健康。但造價成本較高。因此，在屏蔽體材料的選擇及厚度設計方面，該方案尚有優化空間。

同時，從該探傷室投入使用后的監測結果分析，除設計方案合理外，施工質量也是輻射屏蔽能力的一項重要保障，墻體與墻體、防護門與墻體的搭接處若處理不慎，會成為射線泄露的隱患。由于鉛鋼材料的特殊性，其拐角處搭接沒有混凝土方便操作，容易造成射線泄露。

一座探傷室的應用，除需根據相關標準要求、業主的需求、探傷機參數和限制條件等因素綜合考慮，給出輻射防護最優化的設計方案外，還需對施工質量嚴格把控，同時也需要建設單位的科學管理。

[1]GBZ/T 250－2014. 工業X射線探傷室輻射屏蔽規范[S]. 北京: 中國標準出版社，2014.

[2]GBZ 117－2015. 工業X射線探傷放射防護要求[S]. 北京: 中國標準出版社，2015.

[3]李星洪. 輻射防護基礎[M]. 北京: 原子能出版社，1982.

[4]GB 18871-2002. 電離輻射防護與輻射源安全基本標準[S]. 北京: 中國標準出版社，2002.

Analysis on the Application of Lead Steel Structure Industrial X-Ray Inspection Room

This paper evaluates the rationality of the radiation protection design scheme of a lead steel structure industrial X-ray flaw detection room and the monitoring results of its actual protection ability after it is put into use; combined with the radiation protection capacity, construction cost and personalized needs of enterprises, the precautions for the optimal design and construction of radiation protection in flaw detection room are discussed, so as to provide reference for the application of this type of inspection room.

lead steel structure; industrial X-ray inspection room; protection capability; monitoring results; construction cost; optimization of radiation protection

TL7

A

1008-1151(2022)02-0026-03

2021-09-28

李明亮（1990－），男，廣西博環環境咨詢服務有限公司工程師，從事環境咨詢工作。

常青（1990－），女，廣西壯族自治區輻射環境監督管理站工程師，從事輻射環境監測工作。