工業X 射線探傷室輻射影響分析

劉 焦，吳 輝

（江西輻射劑量檢測院有限公司，南昌 330029）

工業X 射線探傷室內的核心設備為探傷機，其射線管由真空玻璃殼中的陰極和陽極組成，陰極為鎢制燈絲，置于聚焦杯中[1]。在高壓作用下，陰極發出的電子通過聚焦杯聚集成束而射向陽極。過程中產生的X 射線包含有用線束和泄漏輻射，這都將增加從業人員的輻射安全風險，是重要的輻射環境監測對象[2-3]。

據此，以南昌市某低溫設備公司的探傷室為例，開展了工業X 射線探傷室輻射影響研究。該探傷室為獨立建筑，配有操作室、評片室、暗室與危廢暫存間，且操作室設有鉛防護門，緊鄰所需探傷的工件堆放位置，方便探傷工件進出和探傷作業的開展。探傷室50 m 范圍內公眾人員活動較少，屋頂無人員活動，因此對環境和人員影響較小，平面布局合理典型。

1 探傷室輻射屏蔽分析

1.1 探傷室結構

探傷室長10 m，寬5 m，高5.2 m，面積55.12 m2（含迷道），屏蔽體主要包括四周墻體（厚度700 mm 的鋼筋混凝土）、屋頂（厚度400 mm 的鋼筋混凝土）、探傷室北側工件進出屏蔽門（20 mm 鉛當量）和探傷室西側操作室屏蔽門（8 mm 鉛當量）。探傷室西北側設置了“Z”型迷道，迷道墻體為600 mm 鋼筋混凝土，探傷室平面布置圖如圖1 所示，物理參數見表1。

表1 探傷機物理參數

1.2 關注點劑量控制水平

探傷探傷室內安裝2 臺探傷機，但每次作業只使用其中1 臺，選用主射束為周向的XXGH-3005 探傷機更具有代表性，按最不利情況，將各個方向均當作是主射方向來計算探傷室屏蔽體厚度，按探傷機的最大工況進行討論，曝光時間按照最大曝光時間700 h 計算。該探傷室下方沒有樓層，所以地面防護不予考慮。各側墻體外關注點導出控制劑量按下式進行計算

表2 關注點控制劑量水平參數選取及計算結果表

1.3 探傷室屏蔽厚度

在分析探傷室四周及工件進出門屏蔽厚度時，屏蔽透射因子B 和屏蔽體厚度X 由式（2）和式（3）計算[5]

根據表2 和探傷室四周墻面屏蔽參數，可計算出屏蔽體厚度，結果見表3。由表3 可知，探傷室設計屏蔽厚度均滿足屏蔽設計要求。

表3 各屏蔽體屏蔽厚度表

1.4 通道屏蔽厚度

式中：Rs為散射體至關注點的距離，m；R0為靶點至探傷工件的距離，取0.5 m；F 為R0處的輻射野面積；α為散射因子，R02/F·α 因子的值為60（150 kV）和50（200~400 kV）。

探傷室迷道主要是受散射線影響，散射路徑為O→A→B→C（如圖1 所示）。O 點到A 點的路徑長度為5m，A 點到B 點的路徑長度為3 m，B 點到C 點的路徑長度為3.5 m。經計算得出迷道鉛門人員入口處輻射劑量率為0.01 μSv/h，入口處滿足2.5 μSv/h 劑量約束值要求；按照迷道人員入口處輻射劑量約束值2.5 μSv/h 的要求，計算得出迷道入口防護鉛門所需屏蔽厚度為7.84 mm 鉛當量，其防護鉛門設計屏蔽厚度為8 mm 鉛當量，滿足屏蔽設計要求。

2 探傷室輻射環境分析

2.1 劑量理論預測

采用理論計算方法預測探傷機運行產生的貫穿輻射影響，選取探傷室外操作室、迷道內、探傷室東側墻外、探傷室西側墻外、探傷室南側和工件進出門（北側）共6 個預測點位，理論公式見式（6）和式（7）

表4 探傷機輻射劑量計算參數及預測結果

2.2 輻射事故類別

探傷機只有在開機狀態下才會產生X 射線，一旦切斷電源，探傷機便不會再有X 射線產生，因此只存在2 種可能發生的輻射事故：在防護門未關閉的情況下即進行探傷操作，可能給工作人員和周圍活動的人員造成不必要的照射；設備檢修時，人員在探傷室內，射線裝置誤開機，造成事故照射。輻射事故情況下，人員受到的有效劑量與探傷機產生的初級射線束造成的空氣吸收劑量有關[8]，在空氣中探傷機產生的初級射線束造成的空氣吸收劑量可用式（8）計算

式中：D為空氣吸收劑量率，mGy/min2；I 為管電流，取5 mA；δX為距離靶點1m 處輸出量，取值20.9mGy·m2/（mA·min）；r 為參考點距X 射線管焦斑的距離，m。

人員受到的有效劑量可用式（9）計算

式中：E 為人員受到的有效劑量率，mSv/min；WT為組織權重因數，全身為1；WR為輻射權因數，X 射線為1。

根據式（8）和式（9）可知，探傷機管電流越大，受照人員所受的輻射有效劑量越大。因探傷室長寬尺寸為10 m×5 m，且探傷室和操作室內均安裝有緊急止動開關按鈕，當發生輻射事故時，相關人員可以立即通過探傷室或操作室內緊急止動開關中斷電源，整個處理時間約10 s，輻射事故受照射劑量計算結果為104.5 mSv/次，在輻射事故狀態下，可造成職業人員最大受照射劑量超過連續5 年的年平均有效劑量20 mSv 的5 倍，因此可判斷事故等級為一般輻射事故。

3 結束語

以南昌市某低溫設備公司的探傷室為例，開展了工業X 射線探傷室輻射影響研究，包括輻射屏蔽分析和輻射環境分析。研究表明，該探傷室及通道的屏蔽厚度均滿足屏蔽設計要求，典型點位的劑量理論預測值均低于相應的約束值，最嚴重的輻射事故類別為一般輻射事故，因此該探傷室建設合理，可為今后同類的探傷室建設及其輻射環境監測提供參考。