退役伽馬刀源再利用技術研究

李楊 黃勇 龍禮國 楊天偉 趙建華 張強

摘??要：退役伽馬刀源仍具有很高放射性，合理再利用可以緩解退役伽馬刀源處置壓力，延長放射源安全使用壽命，實現廢源減量化和再利用。研究利用退役伽馬刀源制備新型工業輻照源，開展新型工業輻照源結構設計、自動焊接工藝研究、密封源安全等級試驗等工作，確保新型工業輻照源符合國家標準相關要求；并按照放射性物品運輸規程要求，成功取得特殊形式放射性物品設計批準書，滿足市場應用需求。

關鍵詞：退役伽馬刀源??工業輻照源??安全等級試驗??再利用

中圖分類號：X799.5

Research?on?Reuse?Technology?for?Retired?Gamma?Knife?Sources

LI?Yang??HUANG?Yong??LONG?Liguo??YANG?Tianwei??ZHAO?Jianhua??ZHANG?Qiang

（CNNC?Chengdu?Gaotong?Isotope?Co.，?Ltd.，?Chengdu，?Sichuan?Province，?610000?China）

Abstract：?Retired?gamma?knife?sources?still?have?high?radioactivity，?and?reasonable?reuse?can?alleviate?the?disposal?pressure?of?retired?gamma?knife?sources，?extend?the?safe?service?life?of?radioactive?sources?and?achieve?the?reduction?and?reuse?of?waste?sources.?This?study?utilizes?retired?gamma?knife?sources?to?prepare?new?industrial?irradiation?sources，?and?carries?out?the?structural?design?of?new?industrial?irradiation?sources，?the?research?on?automatic?welding?processes?and?the?safety?level?test?of?sealed?sources?to?ensure?that?new?industrial?irradiation?sources?comply?with?the?relevant?requirements?of?national?standards.?And?in?accordance?with?the?requirements?of?the?regulations?for?the?transportation?of?radioactive?materials，?they?have?successfully?obtained?the?design?approval?for?the?special?forms?of?radioactive?materials?to?meet?the?needs?of?market?applications.

Key?Words：?Retired?gamma?knife?source;?Industrial?irradiation?source;?Safety?level?test;?Reuse

鈷-60半衰期約為5.27年，在醫療、工業等眾多領域廣泛應用[1]，伽馬刀源在使用一定時間后比活度降低，需進行退役并更換新源[2]，我國每年約回收10萬～20萬居里伽馬刀源，考慮到退役回收伽馬刀源仍然具有很高放射性，具有可觀再利用價值，我國輻射安全監管部門在促進廢舊放射源收貯、規范放射性廢物管理的同時，積極鼓勵企業對廢舊放射源進行再利用[3]。退役放射源需要對放射源活度、結構與技術、經濟代價等因素綜合考量后再予以實施[4]，本研究重點選用退役伽馬刀源制備成工業輻照源，用于工業輻照，實現退役放射源減量化和再利用，緩解放射源回收企業儲存壓力和最終處置壓力，延長放射源安全使用壽命，可以降低生產企業廢源最終處置經濟成本，輻照站也以相對較低成本增加站內總活度，提高輻照生產效率，實現互利共贏[5-?6]。

1?退役伽馬刀源的源項情況

目前我國在用伽馬刀設備有幾百臺，年均退役伽馬刀源10萬居里以上，截至2020年就有退役回收各型號伽馬刀源5?000多枚。退役放射源再利用須對伽馬刀源結構尺寸進行分析，據統計，國內伽馬刀生產廠家主要使用的鈷-60源結構見表1。

為實現退役伽馬刀源最大程度再利用，工業輻照源設計需盡可能涵蓋使用所有型號回收伽馬刀源，表1中的數據顯示，絕大多數伽馬刀源內包殼直徑小于12?mm。由于伽馬刀源的整體外部尺寸較大，直接使用不利于工業輻照源結構設計開展，如果將伽馬刀源的內、外包殼全部去除，技術難度大，且容易造成生產線設備設施污染，影響后續生產；僅去除外包殼因放射性物質仍在內包殼密封包裹下，技術相對簡單，且放射性污染程度小。

2?工業輻照源結構設計

國內輻照站目前使用的標準工業輻照源外形尺寸一般為φ11.1×451.4?mm[7]，為保證新設計的工業輻照源可在源架上面和標準工業源互換使用，須和標準工業源長度一致，同時對其直徑尺寸需要適當增大，根據源項統計數據，將工業輻照源內包殼內直徑設計為12?mm，可以使用國內絕大部分伽馬刀源作為新型工業輻照源源芯，也可以增裝部分新鈷-60原料，用以增加單根工業輻照源總活度。

為保證新型工業輻照源安全使用壽期，減少輻照站倒裝源次數，在內包殼外面增加外包殼，內、外包殼兩端均采用無填絲自動氬弧環焊密封，材質均為316L不銹鋼，源體外形尺寸為：φ17.5?mm×451.4?mm，其結構示意如圖1所示。

3?焊接工藝評定

新型工業輻照源結構、尺寸確定之后，采用無填絲自動氬弧環焊，設計了專用焊接工裝，焊機加裝遠程控制模塊，生產人員在熱室前區遠程控制焊機。根據以往生產和焊接經驗，結合新型工業輻照源內、外包殼的厚度、材料等選定焊接參數[8]，使用和真源結構、尺寸、材料完全一致的試樣進行試焊，對焊接試樣進行焊縫外觀檢查、泄漏檢測、金相檢驗、晶間腐蝕試驗和拉伸試驗[9]，來確定焊接工藝參數

根據試樣各檢測結果，確定了新型工業輻照源的內、外包殼焊接參數為：外包殼焊接電流變化區間值100～110?A，預熔電流66?A；內包殼焊接電流變化區間值80～85?A，預熔電流51?A。氬氣流量約25?L/min，在焊接啟動前30?s送氣和焊接完成滯后20?s停氣。此焊接參數，焊接質量穩定，滿足生產技術要求，可以作為工業輻照源的內、外包殼生產使用的焊接參數。

4?密封源安全等級試驗

為確保新型工業輻照源的安全和質量，密封放射源需要滿足標準《密封放射源一般要求及分級》中相關分級要求，本研究設計的工業輻照源全部按照標準內最高安全等級開展試驗。按照新型工業輻照源的技術要求加工、焊接各項試驗要求數量的假源試樣，假源試樣與真源的結構和原材料是一致的，分別對源體進行了溫度、外壓、沖擊、振動、穿刺、彎曲試驗，并對各項試驗試樣按照《密封放射源的泄露檢驗方法》中檢驗方法進行泄露檢驗。

4.1?溫度試驗（6級）

試樣先進行-40?℃的低溫試驗，然后再進行800?℃的高溫試驗，最后再進行800?℃至20?℃的熱沖擊。試樣完畢源體呈紫銅色，且有少量黑斑，焊口呈黑色并伴有氧化層，泄漏檢驗結果合格。

4.2?外壓試驗（6級）

將試樣放置到絕對壓力25?kPa的環境，試驗完畢后進行檢驗；再將試樣放入到充滿水的高壓艙內，增壓設備將高壓艙壓力增高至170?MPa，壓力下降至正常大氣壓力然后取出試樣。試樣樣品如圖3所示。

4.3?穿刺試驗（6級）

將試樣安裝在平面鋼砧上，鋼錘重量為1?kg，下部安裝高度為6?mm，直徑為3?mm的半球形撞針，撞針硬度在50～60?HRC之間，確保撞針下表面與試樣源體薄弱上表面距離為1?m，然后釋放鋼錘進行穿刺試驗。

4.4?沖擊試驗（6級）

將試樣牢固安裝在平面鋼砧上，確保在沖擊時不發生位移；鋼錘重量為20?kg，使其下表面懸空與源體薄弱上表面的1?m處，然后釋放鋼錘進行沖擊。試樣樣品如圖4所示。

4.5?振動試驗（4級）

將試樣固定于振動平臺上，分別對其軸向和徑向在峰與峰之間振幅為1.5?mm條件下，以25～80?Hz進行振動試驗；再將試樣分別對其軸向和徑向在196?m/s2以80～2?000?Hz進行振動試驗。

4.6?彎曲試驗（7級）

新型工業輻照源外包直徑為16?mm（D），活性區長度為370?mm（L），L/D＞10且L大于100?mm，按照7級彎曲試驗進行檢驗。試樣樣品如圖5所示。

經過上述所有試驗檢驗，檢驗結果均符合相應等級要求，此工業輻照源滿足《密封放射源一般要求及分級》中的相應安全等級要求，證明其結構設計滿足要求。

5?特殊形式放射性物品設計批準書申報

根據《放射性物質安全運輸規程》的相關規定對試樣進行附錄C3所規定的沖擊、撞擊、撓曲和耐熱試驗，并對試驗試樣按照《密封放射源的泄露檢驗方法》中的泄露檢驗方法進行檢驗。

分別編制了《特殊形式放射性物品試驗大綱》和《特殊形式放射性物品試驗方案》文件，新型工業輻照源結構設計通過了專家評審，并對特殊形式放射性物品的試驗過程進行了現場見證，試驗結果均符合相關各項規定要求，于2022年成功取得了特殊形式放射性物品設計批準書。

6?結語

新型工業輻照源的研制經過焊接工藝評定，嚴苛的安全等級試驗檢驗，最終成功取得特殊形式放射性物品批準書。退役伽馬刀源制備新型工業輻照源的研究開展，是首次實現對退役伽馬刀源的再利用，是對退役源回收再利用理念進行的深入探索和實踐應用，為退役源最終處置節約了大量經濟成本。項目成功實施對于退役源回收再利用邁出去了堅實一步，有助于推動后續其他類型退役源回收再利用進程、具有重要的借鑒意義，同時具備重大的環保效益、經濟效益和社會效益。

參考文獻

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