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        直線加速器工業(yè)應(yīng)用中次屏蔽區(qū)環(huán)保設(shè)計

        2018-08-16 03:02:26夏年龍
        中國資源綜合利用 2018年7期
        關(guān)鍵詞:劑量率加速器射線

        夏年龍

        (廣東核力工程勘察院,廣州 510000)

        國內(nèi)直線加速器主要用于醫(yī)院腫瘤治療,醫(yī)院使用的直線加速器位置固定,且有專門規(guī)范,因此使用比較簡單。國內(nèi)工業(yè)探傷一般用X射線裝置,X射線裝置劑量率只有直線加速器的千分之幾,一般采用鉛板對墻體進行防護。直線加速器由于劑量率非常大,如果使用鉛板進行防護,所需厚度非常大,墻體難以設(shè)計,同時由于鉛板對高能量的X射線防護效果較差,因此工業(yè)上直線加速器都采用混凝土墻體進行防護。為了將加速器對周圍的環(huán)境影響降到最低,應(yīng)用中以2.5 μGy/h對機房周圍環(huán)境進行要求[1]。

        工業(yè)應(yīng)用中,直線加速器一般用于厚度較大的物體探傷(劑量率高),因此被探測物體一般構(gòu)件較大,機房空間也很大,典型9 MV直加機房設(shè)計長寬高達到31 m×15 m×15 m,墻體厚度一般在1.5~3.0 m,所需混凝土量非常大,在直加機房環(huán)保設(shè)計中,墻體混凝土成本接近整個項目總成本的一半。因此,正確地計算混凝土厚度,使其既能夠滿足環(huán)境保護的要求,又能夠最大限度地降低成本,在實際應(yīng)用中顯得非常重要。

        直線加速器工業(yè)應(yīng)用中,主屏蔽區(qū)對周圍環(huán)境影響比較容易分析,由于主屏蔽區(qū)能量和什值層都是確定的。而次屏蔽區(qū)墻體外環(huán)境影響分析難度較大,因為能量和什值層的選取有較大難度,本文主要分析直加次屏蔽區(qū)的射線能量和什值層選取。由于次屏蔽區(qū)受漏射和散射(只需考慮一次散射)能量影響,因此只需要分析這兩種射線。

        1 漏射、散射能量確定

        1.1 漏射輻射能量

        泄漏輻射能量組成非常復(fù)雜,能量譜連續(xù),能量無法確定,但是漏射射線的什值層可以通過試驗測量。

        1.2 散射能量

        散射能量一般取平均能量,人們可以根據(jù)入射能量和散射角確定散射能量。能量選取如表1所示[2]。

        表1 不同入射能量在不同散射角度的能量分布

        2 漏射、散射什值層厚度

        不同能量漏射射線TVL數(shù)值確定的什值層如表2所示[1]。散射平均能量對應(yīng)的什值層厚度如圖1所示[2]。

        表2 漏射輻射在混凝土中的什值層

        圖1 不同平均能量在不同材料中的什值層

        3 漏射、散射劑量率選取

        3.1 漏射劑量率

        漏射按照主束劑量乘以漏射系數(shù)0.001進行計算[1]。

        3.2 散射劑量率

        散射劑量率需要根據(jù)被照物體的材質(zhì)和散射角度確定,探傷室被照射物體一般都是鐵,因此這里以鐵為材質(zhì)來計算,詳細情況如圖2所示[3]。

        圖2 不同能量射線照射在鐵上的散射系數(shù)

        4 最小屏蔽厚度計算公式

        4.1 漏射射線透射屏蔽厚度計算公式

        漏射射線透射屏蔽厚度計算公式為:

        式中,P為屏蔽體外的設(shè)計目標(biāo),本處取2.5 μGy/h;d為射線靶到目標(biāo)處的距離,m;D0為電子加速器1 m處的劑量率;f為漏射系數(shù),本處取0.001;TVL1為第一個什值層厚度;TVLe為第一個以后的什值層厚度。

        4.2 散射射線透射屏蔽厚度計算公式

        散射射線透射屏蔽厚度計算公式為:

        式中,dθ為射線發(fā)生散射后到目標(biāo)處的距離;Dθ是電子加速器通過被照物體散射在南側(cè)和北側(cè)θ角處的劑量率;D0為電子加速器1 m處劑量率;A是主束照射在被照物體上的面積;d是加速器到被照射物體的距離,此處取1 m;αθ為θ角散射時的散射系數(shù)。

        4.3 最小防護墻體厚度的確定

        什值層取電子加速器通過被照物體散射到θ角處的厚度。根據(jù)式(1)和式(3)可知,對于一個軌道及高度確定的加速器機房,次屏蔽區(qū)只要能確定加速器與側(cè)墻、屋頂?shù)淖钚〗嵌龋隳艽_定所需的最小防護墻體厚度,人們通過設(shè)計資料很容易便能計算出加速器與側(cè)墻、屋頂?shù)淖钚〗嵌取?/p>

        由于散射和漏射同時照射在墻體,可以通過以下原則來確定墻體厚度:若兩者的厚度相差不到一個1/10值衰減層厚度時,則在其中較厚的一個厚度上再加一個半值層厚度;若兩者的厚度相差大于一個1/10值衰減層厚度時,則取其中較厚的一個厚度作為最終的次級屏蔽厚度。

        5 結(jié)論

        作為一項嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)的專業(yè)化工作,直線加速器輻射屏蔽防護設(shè)計不僅要符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),還要考慮輻射防護的發(fā)展需求,盡量降低輻射防護成本。利用上述方法,人們可以確保加速器墻體厚度環(huán)保設(shè)計滿足環(huán)境保護的要求時,盡量精確計算出所需的最小次級屏蔽區(qū)厚度,從而給企業(yè)節(jié)省較多防護費用。

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