趙文靜

【摘 要】隨著核技術(shù)應(yīng)用的不斷發(fā)展，放射性物質(zhì)的安全運(yùn)輸工作越來(lái)越受到相關(guān)部門的重視。在放射性物質(zhì)運(yùn)輸活動(dòng)中，必須使用已證明合格的運(yùn)輸貨包，并嚴(yán)格遵守有關(guān)放射性物質(zhì)運(yùn)輸審批程序和操作管理要求，才能確保放射性物質(zhì)運(yùn)輸安全。文章介紹了我國(guó)目前在用的各類醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)品A類貨包的設(shè)計(jì)、使用、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證情況。并介紹了國(guó)外相關(guān)領(lǐng)域的研究狀況。指出國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的差距，針對(duì)國(guó)內(nèi)A類貨包存在的問(wèn)題提出建議。

【關(guān)鍵詞】放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸 A類貨包 屏蔽容器 設(shè)計(jì) 驗(yàn)證試驗(yàn)

放射性同位素產(chǎn)品作為一種可發(fā)射電離輻射的獨(dú)特產(chǎn)品，具有其它技術(shù)手段所難以替代的技術(shù)功能。在原子能工業(yè)和放射性核素應(yīng)用技術(shù)不斷發(fā)展的形勢(shì)下，各種放射性同位素產(chǎn)品的運(yùn)輸頻度、數(shù)量、范圍和放射性強(qiáng)度都有很大增長(zhǎng)。放射性物質(zhì)運(yùn)輸中的安全，已成為整個(gè)輻射防護(hù)和核安全的重要組成部分。合理使用放射性同位素產(chǎn)品包裝運(yùn)輸容器，正確組織與管理放射性物質(zhì)的運(yùn)輸并確保運(yùn)輸中的安全，防止對(duì)人員的傷害和環(huán)境的污染有著重要的意義。

在放射性物質(zhì)運(yùn)輸活動(dòng)中，必須使用已證明合格的運(yùn)輸貨包，并嚴(yán)格遵守有關(guān)放射性物質(zhì)運(yùn)輸審批程序和操作管理要求，才能確保放射性物質(zhì)運(yùn)輸安全[1]。放射性物質(zhì)運(yùn)輸貨包的固有安全性是放射性物質(zhì)運(yùn)輸安全的前提，世界各國(guó)對(duì)運(yùn)輸貨包的安全十分重視，貨包的設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)和修理都有嚴(yán)格要求，貨包要經(jīng)受在放射性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)恼l件和事故條件下各種試驗(yàn)的驗(yàn)證[2]。

1 放射性物質(zhì)運(yùn)輸貨包要求

放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)定（GB11806）對(duì)放射性物質(zhì)運(yùn)輸過(guò)程中的包裝及貨包進(jìn)行如下定義：

（1）包裝。全部包住放射性內(nèi)容物所必需的各種部件的組合體，包括一層或多層容器、吸收材料、間隔構(gòu)件和輻射屏蔽層，還可以包括供冷卻、吸收機(jī)械沖擊和隔熱用的器件。

（2）貨包。供交付運(yùn)輸?shù)难b有放射性內(nèi)容物的包裝。

該條例還規(guī)定了放射性活度限值和物質(zhì)限制，并根據(jù)限值將貨包分為以下五個(gè)類型：例外貨包、1型工業(yè)貨包、A型貨包、B型貨包、C型貨包。

A型貨包：A型貨包內(nèi)的放射性活度不得大于：

A1（對(duì)特殊形式放射性物質(zhì)的放射性活度值）；A2（對(duì)所有其他放射性物質(zhì)）。

對(duì)于放射性核素的類別和各自的放射性活度均為已知的放射性核素的混合物的A型貨包的放射性內(nèi)容物應(yīng)當(dāng)滿足：

根據(jù)《放射性物品運(yùn)輸安全管理?xiàng)l例》（國(guó)務(wù)院第562號(hào)），《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)程》（GB11806-2004）及國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）的《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸條例》（TS-R-1），放射性物質(zhì)貨包設(shè)計(jì)完成后要經(jīng)過(guò)一系列評(píng)估及試驗(yàn)驗(yàn)證。需要對(duì)包容系統(tǒng)和屏蔽的完好性進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)臨界安全進(jìn)行評(píng)估；驗(yàn)證貨包經(jīng)受正常運(yùn)輸條件的能力，主要包括噴水試驗(yàn)、自由跌落試驗(yàn)、堆積試驗(yàn)和貫穿試驗(yàn)；還需要驗(yàn)證貨包承受事故運(yùn)輸條件的能力，包括力學(xué)試驗(yàn)、耐熱試驗(yàn)、水浸沒試驗(yàn)等。

據(jù)統(tǒng)計(jì)世界年運(yùn)輸放射性貨包約100萬(wàn)件，這些貨包中A型貨包占60%-70%。其中醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)品的運(yùn)輸占絕大多數(shù)。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于放射性同位素產(chǎn)品的要求已不僅僅停留在對(duì)產(chǎn)品實(shí)用性能上，對(duì)于產(chǎn)品的使用安全、包裝運(yùn)輸過(guò)程中的安全性能以及產(chǎn)品的美觀實(shí)用性都提出了更高的要求。國(guó)家相關(guān)法規(guī)對(duì)放射性同位素產(chǎn)品的要求也在不斷提高，對(duì)產(chǎn)品的包裝運(yùn)輸容器提出具體嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。

2 國(guó)內(nèi)運(yùn)輸醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)品的A型貨包現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)使用的放射性同位素產(chǎn)品主要有：A、高活度，短半衰期放射性同位素藥物，物理形態(tài)為液態(tài)和固態(tài)。B、低活度，短半衰期放射性同位素液體藥物。C、醫(yī)用發(fā)生器。D、短半衰期放射性同位素藥物 [3]。

2.1貨包設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)使用的醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)品運(yùn)輸A型貨包，屏蔽容器材料以鉛銻合金為主，為滿足運(yùn)輸方式對(duì)表面劑量的要求，個(gè)別產(chǎn)品屏蔽容器中加入貧鈾等材料[4]。緩沖材料均為發(fā)泡聚苯乙烯。外包裝有木箱、紙箱、鐵通三種形式。

依據(jù)《放射性物品運(yùn)輸安全管理?xiàng)l例》即562號(hào)令，國(guó)內(nèi)某醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)在用放射性物品的運(yùn)輸容器分為F、K、M、T 4個(gè)系列，30多個(gè)型號(hào)，具體情況如下：

F系列包裝運(yùn)輸容器主要用于包裝運(yùn)輸高活度，短半衰期放射性同位素藥物，物理形態(tài)為液態(tài)和固態(tài)，放射性核素被密封在西林瓶?jī)?nèi)。設(shè)計(jì)使用年限：40年。為有效地屏蔽γ射線或β射線，根據(jù)不同的裝載核素及其裝載量，包裝容器的鉛銻合金防護(hù)厚度不同，包裝容器由內(nèi)、外兩層包裝組成。內(nèi)包裝為屏蔽防護(hù)容器，用鉛銻合金屏蔽材料澆鑄后，液壓成型。內(nèi)包裝容器中心有一個(gè)盛放放射性溶液瓶的足夠空間，上下均放置了吸附兩倍放射性溶液的高分子材料。外包裝為專用的塑料桶或鐵桶，內(nèi)、外包裝之間有發(fā)泡聚苯乙烯填充物，對(duì)內(nèi)包裝容器起到固定和緩沖減震作用。

K系列包裝運(yùn)輸容器主要用于包裝運(yùn)輸?shù)突疃?，短半衰期放射性同位素液體藥物，放射性核素被密封在西林瓶?jī)?nèi)。該系列包裝運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)使用年限：40年。容器有內(nèi)、外包裝容器組成，與F系列構(gòu)成相似，根據(jù)產(chǎn)品不同容器結(jié)構(gòu)略有不同。

M系列包裝運(yùn)輸容器：主要用于包裝運(yùn)輸醫(yī)用或工業(yè)用發(fā)生器，放射性核素被吸附過(guò)濾柱上。該系列包裝運(yùn)輸容器共有5個(gè)品種。設(shè)計(jì)使用年限：40年。包裝運(yùn)輸容器有內(nèi)、外包裝容器組成。其中內(nèi)容器為屏蔽容器，外殼采用3mm聚乙烯熱壓成型或屏蔽容器的外殼采用3mm碳鋼板冷壓、焊接成型。用鉛銻合金澆鑄成防護(hù)體或內(nèi)層為貧鈾外層澆鑄鉛銻合金組成防護(hù)體，然后將防護(hù)體裝入金屬容器外殼，整體液壓而成，或?qū)⒎雷o(hù)體裝入模具冷壓后與聚乙烯外殼組裝而成。外包裝容器為專用鐵桶或紙箱，內(nèi)、外容器之間有發(fā)泡聚苯乙烯填充物，對(duì)內(nèi)包裝容器起到固定和緩沖減震作用。

T系列包裝運(yùn)輸容器主要用于包裝運(yùn)輸短半衰期放射性同位素藥物，放射性核素被密封在西林瓶?jī)?nèi)和被封裝在一次性注射器內(nèi)。屏蔽容器的外殼采用3mm不銹鋼板冷壓、焊接成型，用鉛銻合金澆鑄成防護(hù)體，然后將防護(hù)體裝入容器外殼，整體液壓而成，屏蔽容器的內(nèi)腔有放置內(nèi)容物的足夠空間，上下均放置稀釋兩倍內(nèi)容物的高分子吸水材料。外包裝容器材料結(jié)構(gòu)與M系列相似。

2.2貨包實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)多家科研、生產(chǎn)單位都具備了貨包的結(jié)構(gòu)分析，力學(xué)分析、熱工分析、屏蔽分析、臨界分析等方面的能力。有的還建立了貨包實(shí)驗(yàn)設(shè)施。

中國(guó)原子能科學(xué)研究院同位素所專門建立了建成了面積達(dá)120m2的A型貨包專用實(shí)驗(yàn)室。圖1、2、3、4、5分別是：9m自由下落實(shí)驗(yàn)裝置、A型貨包表面輻射水平測(cè)量裝置、貫穿實(shí)驗(yàn)裝置、堆積實(shí)驗(yàn)裝置、噴水試驗(yàn)裝置[5]。

1——電控脫鉤；2——A型貨包； 1——測(cè)量探頭；2——A型貨包；

3——跌落架；4——鋼板地面； 3——轉(zhuǎn)盤；4——升降托架；

5——提升裝置 5——控制電腦

1——框架；2——貫穿棒； 1——測(cè)量探頭；2——A型貨包； 1—水箱；2—水泵；3—轉(zhuǎn)子流量計(jì)；

3——A型貨包；4——控制臺(tái)； 3——轉(zhuǎn)盤；4——升降托架； 5——A型貨包；6——網(wǎng)框車架

原子高科設(shè)計(jì)生產(chǎn)的醫(yī)用放射性產(chǎn)品運(yùn)輸貨包在使用前均經(jīng)過(guò)正常條件下的堆積試驗(yàn)、自由下落試驗(yàn)、貫穿試驗(yàn)，根據(jù)內(nèi)容物不同，有些貨包還經(jīng)過(guò)噴水實(shí)驗(yàn)、水浸沒實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)后樣品無(wú)泄漏，包裝容器外表面最高輻射水平變化小于20%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

中國(guó)輻射防護(hù)研究院建設(shè)的放射性物質(zhì)貨包下落實(shí)驗(yàn)設(shè)施能用于13t以下A型和B型貨包的自由下落實(shí)驗(yàn)、貫穿、沖擊、穿刺、壓碎實(shí)驗(yàn)、力學(xué)實(shí)驗(yàn)及耐熱實(shí)驗(yàn)[6]。

3 國(guó)外運(yùn)輸醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)品的A型貨包現(xiàn)狀

3.1貨包情況

國(guó)外放射性同位素產(chǎn)品運(yùn)輸包裝容器設(shè)計(jì)研究、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)。由于其核技術(shù)應(yīng)用遠(yuǎn)早于國(guó)內(nèi)，其他相關(guān)領(lǐng)域的研究如材料學(xué)、力學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)等方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)水平。這些國(guó)家對(duì)于產(chǎn)品的包裝運(yùn)輸容器已不僅僅從使用角度進(jìn)行研究，而更多的從產(chǎn)品包裝運(yùn)輸容器的安全、實(shí)用、使用性能、美觀便捷等多角度出發(fā)，進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[7]。

以英國(guó)Croft公司和GE公司的產(chǎn)品為例簡(jiǎn)要介紹國(guó)外A型貨包的情況。

英國(guó)Croft公司是一家專門設(shè)計(jì)，制造放射性同位素產(chǎn)品和核材料安全運(yùn)輸包裝的企業(yè)。下列是該公司生產(chǎn)的放射性同位素產(chǎn)品A型貨包。

圖6中的產(chǎn)品是用于運(yùn)輸醫(yī)用液體放射性同位素產(chǎn)品的包裝運(yùn)輸容器，該容器屏蔽層為鉛屏蔽，外殼為不銹鋼材質(zhì)。國(guó)外在材料使用方面更注重材料的環(huán)保及回收再利用問(wèn)題，該包裝選用軟木為緩沖材料。軟木是一種天然材料，具有非常好的彈性、密封性、隔熱性、隔音性、電絕緣性和耐摩擦性，加上無(wú)毒、無(wú)味、比重小、不易著火等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用。另外為了增加包裝容器的吊環(huán)、提手的安全性及使用壽命，這些提吊配件采用黃銅材質(zhì)。

3.2貨包試驗(yàn)情況

根據(jù)各自國(guó)家放射性物質(zhì)運(yùn)輸貨包試驗(yàn)相關(guān)規(guī)定，許多國(guó)家進(jìn)行過(guò)貨包的試驗(yàn)工作，很多國(guó)家還建立了相對(duì)完善的貨包實(shí)驗(yàn)室。

美國(guó)從20世紀(jì)60年代就開始了放射性物質(zhì)運(yùn)輸貨包設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和試驗(yàn)方面的研究， 已做了大量的試驗(yàn)，具有放射性物質(zhì)運(yùn)輸貨包檢驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)施、技術(shù)和取證試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)。擁有諸如橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）、圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（SNL）、美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸研究中心（NTRC）、美國(guó)運(yùn)輸技術(shù)中心有限公司（TTC INC.）等貨包試驗(yàn)機(jī)構(gòu)[8]。

圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室有新、舊兩個(gè)滑車軌道設(shè)施?；囓壍涝O(shè)施使用火箭滑車軌道進(jìn)行水平方向的高速?zèng)_擊試驗(yàn)、空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)和加速度試驗(yàn)。舊滑車軌道設(shè)施主要用于非常大物體的試驗(yàn)。新火箭滑車軌道設(shè)施主要用于非常高速的試驗(yàn)。

橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的塔防護(hù)設(shè)施試驗(yàn)類型包括沖擊、貫穿和動(dòng)態(tài)壓碎試驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)室目前的下落設(shè)施能完成最重4.5t、9m下落試驗(yàn)和不同角度的貫穿試驗(yàn)，9m、500kg下落物壓碎試驗(yàn)和壓縮/堆積試驗(yàn)。

圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的遙測(cè)儀器和有線儀器提供了全范圍的數(shù)據(jù)收集設(shè)施。除了在每個(gè)試驗(yàn)設(shè)施的數(shù)據(jù)收集能力外， 還有移動(dòng)式儀器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)能用于貨包試驗(yàn)。除了儀器數(shù)據(jù)收集外， 該實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用高速攝像能力。高速膠片或數(shù)字?jǐn)z像用于驗(yàn)證試驗(yàn)過(guò)程中沖擊和接下來(lái)的貨包響應(yīng)。攝像速度從24 幀/s （實(shí)時(shí)速度 ） 至250000幀/s。高速膠片數(shù)據(jù)是時(shí)間編碼的 ， 能與儀器數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。

圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室使用 LS-DY NA、IN-GRID、COSMOS/ M、ABAQUS 和TAURUS 結(jié)構(gòu)分析軟件， 模擬貨包結(jié)構(gòu)和貨包的假想事故條件 ，從而在貨包設(shè)計(jì)過(guò)程中和試驗(yàn)前評(píng)價(jià)貨包設(shè)計(jì)。這些軟件都是采用有限元方法建立的。實(shí)驗(yàn)室使用這些軟件評(píng)價(jià)沖擊試驗(yàn)的結(jié)果和估計(jì)相應(yīng)試驗(yàn)對(duì)貨包內(nèi)容物的震動(dòng)影響 ， 指導(dǎo)如何進(jìn)行試驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)細(xì)小的設(shè)計(jì)缺陷。

另外美國(guó)能源部在20世紀(jì)70年代開展了運(yùn)輸容器的超規(guī)程試驗(yàn)， 試驗(yàn)的意圖是驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型， 同時(shí)也模擬人們明確表示關(guān)注的事故景象類型。這些試驗(yàn)不是驗(yàn)證試驗(yàn)， 而是評(píng)價(jià)大尺寸貨包的響應(yīng)來(lái)研究任何災(zāi)難性行為下的潛能。

其他國(guó)家例如德國(guó)的聯(lián)邦材料研究和試驗(yàn)研究所[9]以及日本等國(guó)，除了可進(jìn)行IAEA《規(guī)程》所規(guī)定的放射性物質(zhì)運(yùn)輸貨包的各項(xiàng)試驗(yàn)外，還可以做超規(guī)程試驗(yàn)。例如： 模擬重物掉落到不帶減振器的乏燃料運(yùn)輸P貯存貨包上的動(dòng)態(tài)壓碎試驗(yàn)； 乏燃料貨包在1000e熱環(huán)境中的耐熱試驗(yàn)； 乏燃料和高放廢物貨包在水面下3000m處1h的水浸沒試驗(yàn)等[10]。部分實(shí)驗(yàn)室還具有貨包設(shè)計(jì)、材料性能研究、理論計(jì)算、計(jì)算機(jī)模擬、安全分析、性能檢驗(yàn)、軟件開發(fā)等多方面的能力和經(jīng)驗(yàn)。

4 與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距及建議

通過(guò)以上對(duì)比可以明顯看出，我國(guó)核技術(shù)應(yīng)用起步較晚，其它相關(guān)領(lǐng)域的研究如材料學(xué)、力學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。尤其是在放射性同位素產(chǎn)品運(yùn)輸包裝容器質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面與國(guó)外存在很大差距。

目前國(guó)內(nèi)在用的放射性同位素產(chǎn)品運(yùn)輸包裝僅僅達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)表面劑量限值的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于產(chǎn)品的便捷、安全使用及貨包在各種運(yùn)輸方式過(guò)程中突發(fā)狀況下的研究還十分欠缺。建議國(guó)家相關(guān)部門在不斷完善放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，支持鼓勵(lì)有能力、有經(jīng)驗(yàn)及條件的科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)設(shè)立專門的研發(fā)課題，針對(duì)不同類別、不同用途、不同運(yùn)輸方式、不同使用人群的放射性產(chǎn)品運(yùn)輸包裝容器進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、加工。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)程序，如MCNP、EGSnrc、NUCARS等來(lái)替代繁復(fù)的人工計(jì)算。運(yùn)輸包裝的結(jié)構(gòu)及包裝方式要結(jié)合產(chǎn)品的性狀、用途，深入探討人機(jī)工程學(xué)及產(chǎn)品的運(yùn)輸使用安全，精細(xì)化運(yùn)輸包裝容器的加工工藝。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，大量高性能的屏蔽材料及緩沖材料應(yīng)運(yùn)而生，如近年來(lái)比較熱門的復(fù)合材料，有機(jī)材料等。在放射性物質(zhì)運(yùn)輸包裝容器中可大膽的運(yùn)用各類新型材料以提升包裝容器的各方面性能。

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