杜喜臣，貝新宇

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

離子加速器和離子注入機建設項目環(huán)境影響評價

杜喜臣，貝新宇

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

針對某離子加速器和離子注入機建設項目，基于工作原理及放射性污染因素分析，對建設期和運行期可能產(chǎn)生的放射性及非放射性環(huán)境影響進行系統(tǒng)分析和評估。從實體屏蔽、安全聯(lián)鎖設計、輻射環(huán)境管理等方面提出針對性環(huán)境保護措施，將項目實施過程中的不利環(huán)境影響最小化。

離子加速器；離子注入機；環(huán)境影響評價

離子加速器和離子注入機均為粒子加速器的一種，是用人工方法產(chǎn)生高速帶電粒子的裝置，是探索原子核和粒子性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互作用的重要工具，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、科學研究等領域有重要而廣泛的應用。

離子加速器和離子注入機在工作過程中，被加速的帶電離子與結(jié)構(gòu)材料相互作用產(chǎn)生貫穿能力極強的γ射線，對周圍環(huán)境和相關人員可能產(chǎn)生不容忽視的放射性影響。根據(jù)國家相關法規(guī)要求，此類建設項目需開展環(huán)境影響評價工作。

1 項目概況

1.1 項目組成

項目建設單位擬購入2臺離子加速器和1臺離子注入機，并配套建設地下工作場所，用于材料損傷試驗研究。擬購離子加速器和離子注入機均為Ⅱ類射線裝置，基本性能參數(shù)見表1。

表1 離子加速器和離子注入機基本性能參數(shù)Table 1 Basic performance and parameters of ionaccelerator and ion im planter

1.2 工作原理及結(jié)構(gòu)

進行核物理或高能物理實驗時，一般需要用高速離子轟擊靶的原子核，觀察它們的相互作用規(guī)律。本項目離子加速器和離子注入機即根據(jù)此原理利用高速離子束開展反應堆材料損傷機理研究。

離子加速器和離子注入機基本結(jié)構(gòu)相似，由離子源、真空加速結(jié)構(gòu)、引導聚焦系統(tǒng)和束流輸運分析系統(tǒng)4個基本部分組成［1］。離子源用來提供待加速的各種帶電離子束；真空加速結(jié)構(gòu)在真空中產(chǎn)生一定形態(tài)的加速場，使離子在不受空氣分子散射的條件下得以加速；引導聚焦系統(tǒng)利用電磁場使離子束沿預定軌道加速；束流輸運分析系統(tǒng)用來在離子源和真空加速結(jié)構(gòu)之間輸運并分析帶電離子束。

離子加速器及離子注入機工作場所布置見圖1，由離子源室、加速器大廳、靶室和控制室組成，其中離子源室、靶室均位于加速器大廳內(nèi)。

2 評價標準及范圍

2.1 評價標準

根據(jù)《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（GB18871—2002［2］、《粒子加速器輻射防護規(guī)定》（GB5172—1985）［3］，工作人員個人年有效劑量約束值為5 mSv·a-1，公眾個人年有效劑量約束值為0.1mSv·a-1。

圖1 離子加速器及離子注入機工作場所布置示意圖Fig.1 W orkplace schematic diagram of ion accelerator and ion implanter

目前國內(nèi)沒有專門針對離子加速器和離子注入機的實體屏蔽效果要求，參照《工業(yè)X射線探傷放射衛(wèi)生防護標準》（GBZ117—2006）［4］、《放射治療機房的輻射屏蔽規(guī)范第1部分：一般原則》（GBZ/T201.1—2007）［5］等相關規(guī)范，確定加速器大廳屏蔽墻和防護門外表面30 cm處γ輻射劑量率≤2.5μSv·h-1。

2.2 評價范圍

根據(jù)《輻射環(huán)境保護管理導則-核技術應用項目環(huán)境影響報告表的內(nèi)容和格式》（HJ/ T10.1—1995）［6］規(guī)定和《輻射環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T61—2001）［7］要求，結(jié)合項目特征，確定評價范圍為工作場所周圍50m。

2.3 環(huán)境保護目標

環(huán)境保護目標主要為從事科研試驗工作的工作人員，在工作場所周圍活動的其他公眾成員。

3 污染因素分析

3.1 正常工況

3.1.1 被加速離子

正常工況下，離子加速器和離子注入機產(chǎn)生的帶電離子束在物質(zhì)中射程很短，很容易被靶件或其他構(gòu)件阻止，不會直接造成危害。

3.1.2 貫穿輻射

本項目離子加速器和離子注入機產(chǎn)生的離子束束流強度較小，屬低能離子流，中子影響可以忽略，但被加速的帶電離子與結(jié)構(gòu)材料相互作用，產(chǎn)生γ射線。由于γ射線的貫穿能力極強，可能對周圍環(huán)境產(chǎn)生放射性影響。因此，在開機運行時，γ射線為主要放射性污染因素。

3.1.3 感生放射性

感生放射性主要由中子引起［1］，感生放射性輻射水平取決于被加速離子的能量、流強等因素。本項目離子加速器和離子注入機產(chǎn)生的離子束能量較低，感生放射性主要產(chǎn)生在加速器大廳空氣、冷卻水中。

加速器運行時空氣活化后，產(chǎn)生微量放射性氣體，但衰變較快，停機后很快衰變至本底水平。循環(huán)冷卻水活化后，產(chǎn)生的感生放射性核素主要是15O、16N，由于量很小且半衰期短，只需靜置較短時間其活度就可衰減到可忽略水平。

3.1.4 放射性固體廢物

離子加速器和離子注入機運行期間可能產(chǎn)生少量離子源廢物，需集中收儲，按規(guī)定送城市放射性廢物庫。

綜上所述，離子加速器和離子注入機最大能量為6 MeV，正常工況下中子貫穿輻射和感生放射性影響較小，主要污染因子為γ射線，污染途徑為外照射。

3.2 事故工況

1）事故工況下，被加速離子束引出后，成為能量較高的外離子束，其在空氣中射程較長，如果發(fā)生人員誤入，則易被離子束或散射離子照射造成事故。

2）安全聯(lián)鎖裝置發(fā)生故障或設備控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，人員誤入造成誤照射。

3）工作期間或維修期間，人員未及時撤離，因操作失誤使裝置誤開機出束，造成輻射傷害。

4）事故工況下，可能發(fā)生SF6泄漏，如不及時處理，可能導致現(xiàn)場人員窒息。

4 環(huán)境影響分析

4.1 環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)項目特征，環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查因子為γ輻射劑量率，使用儀器為BH3103B X-γ劑量率儀測量。根據(jù)《輻射環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T61—2001）和《環(huán)境地表γ輻射劑量率測定規(guī)范》（GB/T14583—1993）［8］要求，在擬建離子加速器和離子注入機工作場所周圍布設監(jiān)測點位。監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測結(jié)果Table 2 M onitoring results of environmental γ-radiation dose rate

從表2監(jiān)測結(jié)果可知，擬建項目周圍環(huán)境γ輻射劑量率范圍為9.40×10-8～9.60×10-8Gy·h-1，在當?shù)乇镜字捣秶鷥?nèi)。

4.2 建設期環(huán)境影響

項目建設施工活動對環(huán)境的影響主要是設備安裝過程中產(chǎn)生的噪聲、粉塵等。只要嚴格遵守文明施工，合理安排施工時間，建設期對周圍環(huán)境的影響很小。

4.3 運行期環(huán)境影響

正常工況下離子加速器和離子注入機主要污染因子為γ射線，運行期環(huán)境影響主要針對γ射線進行分析。

4.3.1 屏蔽能力分析

根據(jù)離子加速器和離子注入機技術參數(shù)，參考電子直線加速器屏蔽厚度計算公式（1）計算所需實體屏蔽厚度。

式中：Sp—屏蔽墻厚度/cm；TVT—屏蔽材料的十分之一值層厚度/cm；W—周工作負荷；a—散漏射修正因子，主束方向取值為1；U—定向因子，取值為1；T—居留因子；d—距防護點的距離/m；P—周劑量限值；n—安全參數(shù)，取值為2。

本項目加速器罐體表面1 m處的劑量率小于2μSv·h-1，周工作時間24 h，年工作50周。加速器大廳墻外工作人員的周劑量限值取5 mSv/50周＝0.1 mSv/周，公眾取0.1 mSv/ 50周＝2×10-3mSv/周，計算時考慮2倍安全系數(shù)。最大能量下混凝土十值層厚度為33.8 cm，周工作負荷按10倍量計算，根據(jù)式（1）所需最大混凝土厚度（主屏蔽墻）為2.7 cm。

離子加速器和離子注入機加速器大廳墻體及屋頂材料為混凝土，墻體厚度27 cm，屋頂厚度30 cm；防護門厚度為0.4 cmFe＋4 cm混凝土，防護門和墻體搭接寬度為縫隙的10倍。屏蔽厚度能夠滿足輻射防護要求。

4.3.2 年附加劑量計算

根據(jù)聯(lián)合國原子輻射效應科學委員會（UNSCEAR）2000年報告附錄A，X-γ射線產(chǎn)生的外照射人均年有效劑量當量按下列基本公式計算：

式中：HE·r—γ射線外照射人均年有效劑量當量，mSv；Dr—γ射線空氣吸收劑量率，nGy·h-1；t—γ射線年照射時間，h；0.7—劑量換算系數(shù)，Sv·Gy-1。

根據(jù)墻體及距離對γ射線的衰減規(guī)律，計算離子加速器和離子注入機運行過程中對人員產(chǎn)生的附加劑量。墻外γ輻射劑量率最大值為2.6×10-3μGy·h-1，滿足小于2.5μGy·h-1的標準要求；對人員產(chǎn)生的附加劑量最大值為7.8×10-4mSv·a-1，滿足小于0.1mSv·a-1的劑量約束值要求。

5 輻射防護措施

5.1 實體屏蔽

根據(jù)運行期環(huán)境影響內(nèi)容，離子加速器和離子注入機加速器大廳的屏蔽材料及厚度能夠滿足輻射防護要求。

5.2 安全設計

5.2.1 聯(lián)鎖裝置

門機連鎖：離子源室門安裝門機連鎖裝置，離子加速器和離子注入機工作時，任何一個門開啟即切斷高壓，設備不出束，相應的故障燈亮。

鑰匙連鎖：只有將鑰匙插入控制臺鑰匙孔，才能開機出束。任何人進入離子源室，必須在控制臺將鑰匙拿走，此時設備不能出束。

真空連鎖：若設備內(nèi)真空度低于設定值，則設備停機，相應的故障燈亮。

雙人雙鎖：鑰匙箱安裝在控制臺，配備兩把鑰匙，每人持1把鑰匙進入控制室，鑰匙不齊設備不能出束。

5.2.2 分區(qū)管理

控制區(qū)：離子源室、加速器大廳、靶室區(qū)域為控制區(qū)。該區(qū)域不得有無關人員滯留，區(qū)域入口設有安全聯(lián)鎖裝置、工作信號指示燈和醒目的“當心電離輻射”字樣的警示標志，工作時任何人員不得進入。

監(jiān)督區(qū)：控制室區(qū)域為監(jiān)督區(qū)。該區(qū)域通常不需要采取專門防護手段和安全措施，但需要在門口設置電離輻射警告標志和中文警示說明，定期檢查其職業(yè)照射條件。

5.2.3 警告標志和警示說明

在控制區(qū)、監(jiān)督區(qū)等醒目位置張貼電離輻射警告標志和中文警示說明。

5.2.4 監(jiān)視和通訊裝置

在加速器大廳、靶室等處設置攝像監(jiān)控器，顯示器安裝于控制室。在控制室可以全方位觀察工作場所內(nèi)有無人員停留或者其他異常的情況。

5.2.5 通風換氣系統(tǒng)

通風換氣次數(shù)不少于1次·h-1。加速器大廳設置火災報警系統(tǒng)，并配備滅火用品。

5.3 監(jiān)測方案

監(jiān)測方案內(nèi)容包括輻射工作人員個人劑量監(jiān)測、工作場所輻射水平監(jiān)測和環(huán)境輻射水平監(jiān)測。監(jiān)測報告需記錄監(jiān)測結(jié)果、測量條件、測量方法和儀器、測量時間和測量人員等信息，建立監(jiān)測報告檔案并妥善保存，接受環(huán)境保護行政主管部門的監(jiān)督檢查。監(jiān)測報告隨輻射安全和防護年度評估報告一并提交輻射安全許可證發(fā)證機關。

5.3.1 個人劑量監(jiān)測

遵循《職業(yè)性外照射個人檢測規(guī)范》（GBZ128—2002）。輻射工作人員上崗必須配備個人劑量計，還應當攜帶個人劑量報警儀；個人劑量計按照不低于1次/季度的頻度送有資質(zhì)單位監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果歸檔保存。

5.3.2 工作場所的監(jiān)測

監(jiān)測范圍以工作場所為中心，半徑50 m范圍；監(jiān)測點位至少包括工作場所四周、上方人員可達位置、防護門外、操作控制位。安全聯(lián)鎖系統(tǒng)定期檢查。

監(jiān)測項目為環(huán)境γ輻射空氣吸收劑量率；監(jiān)測頻度不低于1次·a-1。

5.3.3 環(huán)境輻射水平的監(jiān)測

監(jiān)測點位包括工作場所所在建筑物四周，另外包含一個固定環(huán)境監(jiān)測點位（周圍相對空曠的空地或者綠地）。監(jiān)測項目為環(huán)境γ輻射空氣吸收劑量率，監(jiān)測頻度不低于1次·a-1。

如果監(jiān)測結(jié)果異常，應立即停止輻射活動，及時查找原因，采取有效措施，及時消除輻射安全隱患，隱患未消除前不得繼續(xù)開展輻射工作。

5.4 輻射環(huán)境管理

輻射環(huán)境管理包括管理機構(gòu)、規(guī)章制度、操作規(guī)程、個人劑量和健康管理、輻射安全培訓、放射性廢物管理、輻射事故應急預案等內(nèi)容。

5.4.1 輻射環(huán)境管理機構(gòu)

設置專門輻射安全與環(huán)境保護管理機構(gòu)——輻射安全防護小組，由法人代表任第一安全責任人。

5.4.2 規(guī)章制度和操作規(guī)程

根據(jù)《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》的要求，建立相關操作規(guī)程、崗位職責、輻射防護和安全保衛(wèi)制度、設備檢修維護制度、人員培訓計劃、監(jiān)測方案等。

具體包括《離子加速器操作規(guī)程》、《實驗室崗位職責》、《輻射防護與安全保衛(wèi)制度》、《設備維修、定期維護管理辦法》、《輻射工作培訓計劃》、《輻射工作人員健康管理制度》等。設備運行過程中嚴格執(zhí)行以上規(guī)章制度，責任到人，將放射性事故和危害降到最低限度。

5.4.3 個人劑量和健康管理制度

對所有相關人員，按照每季度一次的周期開展個人劑量監(jiān)測工作。個人劑量監(jiān)測需委托有資質(zhì)單位完成，并按照《職業(yè)性外照射個人監(jiān)測規(guī)范》（GBZ128—2002）和《放射工作人員職業(yè)健康管理辦法》（衛(wèi)生部令第55號）要求建立個人劑量檔案。若發(fā)現(xiàn)個人劑量監(jiān)測結(jié)果超出劑量約束值，當立即核實和調(diào)查，并將有關情況及時報告輻射安全許可證發(fā)證機關。

輻射工作人員上崗前需進行職業(yè)健康檢查，符合《放射工作人員健康標準》（GBZ98—2002）要求的方可參加相應工作。輻射工作單位組織上崗后的工作人員定期進行職業(yè)健康檢查，兩次檢查的時間間隔不應超過2 a，必要時可增加臨時性檢查。輻射工作人員脫離輻射工作崗位時，輻射工作單位應當對其進行離崗前的職業(yè)健康檢查，建立并終身保存職業(yè)健康監(jiān)護檔案。

5.4.4 輻射安全培訓制度

輻射防護負責人和輻射工作人員上崗前需參加環(huán)保部門推薦或認可的培訓機構(gòu)組織的初級輻射防護培訓，考核合格后方可上崗。并每四年接受一次再培訓，不參加再培訓的人員或者再培訓考核不合格的人員，不得從事輻射工作。除此之外，需根據(jù)崗位性質(zhì)參加相應的培訓并通過知識技能測試后才能上崗。

5.4.5 放射性廢物的管理

按照《放射性廢物安全管理條例》、《城市放射性廢物管理辦法》等對放射性廢物的處理、貯存和處置及監(jiān)督管理要求，對本單位產(chǎn)生的放射性固體廢物進行妥善管理和處置。

設備報廢或更換靶材料時，廢靶收集在指定的放射性廢物暫存箱中，最終送交城市放射性廢物管理中心統(tǒng)一收儲。絕對禁止擅自轉(zhuǎn)移、貯存、轉(zhuǎn)運放射性廢物。單位在年度報告中，如實報告放射性廢物產(chǎn)生、排放、處理、貯存、清潔解控和送交處置等情況。

5.4.6 輻射事故應急預案

針對突發(fā)放射性事故，以“安全第一，預防為主”的方針制定輻射實際情況的輻射事故應急預案。應急預案主要內(nèi)容包括放射性事故應急領導小組、職責分工、放射源污染及受照射事故處理程序、應急聯(lián)系方式等內(nèi)容。

輻射事故應急預案需定期演練，以提高應對突發(fā)事件的能力，能夠及時有效處理放射性事故，迅速有序開展處置救援工作，確保事故發(fā)生后及時采取必要的行動。

5.4.7 年度評估報告

根據(jù)《放射性同位素與射線裝置安全和防護管理辦法》要求，對本單位的放射性同位素與射線裝置的安全和防護狀況進行年度評估，并于每年1月31日前向發(fā)證機關提交上一年度的評估報告。

6 結(jié)論

本項目為離子加速器和離子注入機環(huán)境影響評價項目。根據(jù)項目特點，在工作原理及放射性污染因素分析研究基礎上，對建設期和運行期可能產(chǎn)生的放射性及非放射性環(huán)境影響進行了系統(tǒng)分析，預測和評價項目實施對環(huán)境的可能影響，并定量計算實體屏蔽能力及人員附加劑量。結(jié)合國家相關標準規(guī)范要求，從實體屏蔽、安全聯(lián)鎖設計、輻射環(huán)境管理等方面提出針對性輻射防護措施及環(huán)境管理監(jiān)測計劃，將不利環(huán)境影響最小化，對保障同類項目實施過程中環(huán)境和人員安全具有指導意義。

［1］《注冊核安全工程師崗位培訓叢書》編委會.核安全專業(yè)實務［M］.北京：中國環(huán)境科學出版社，2009.

［2］GB18871—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.

［3］GB5172—1985.粒子加速器輻射防護規(guī)定［S］.北京：中國標準出版社，1985.

［4］GBZ117—2006.工業(yè)X射線探傷放射衛(wèi)生防護標準［S］.北京：中國標準出版社，2006.

［5］GBZ/T201.1—2007.放射治療機房的輻射屏蔽規(guī)范第1部分:一般原則［S］.北京：中國標準出版社，2007.

［6］HJ/T10.1—1995.輻射環(huán)境保護管理導則:核技術應用項目環(huán)境影響報告表的內(nèi)容和格式［S］.北京：中國標準出版社，1995.

［7］HJ/T61—2001.輻射環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范［S］.北京：中國標準出版社，2001.

［8］GB14583—1993.環(huán)境地表γ輻射劑量率測定規(guī)范［S］.北京：中國標準出版社，1993.

［9］《中國環(huán)境天然放射性水平》編輯委員會.中國環(huán)境天然放射性水平［R］.北京：國家環(huán)境保護局，1991.

Environmental im pact assessment on construction project of ion accelerator and ion im p lanter

DU Xichen ，BEIXinyu
（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Aiming at construction project，based on the analysis of operating principle and radioactive contamination factors of ion accelerator and ion implanter，the radioactive and non-radioactive environmental impacts during construction and operation of a projectwere systematically analyzed and assessed.Some specific environmental protection measures were proposed so as to minimize the adverse environmental impacts，such as substantive shielding measures，safety interlock system and radioactive environmentmanagement.

ion accelerator；ion implanter；environmental impact assessment

X822.7；TL5

A

1672-0636（2015）02-0119-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.02.011

2014-05-19；

2014-11-27

杜喜臣（1980—），男，吉林梨樹人，工程師，主要從事環(huán)境保護及評價相關工作。

E-mail：duxichen0721@163.com