李海新 高文翰
(聯(lián)合泰澤環(huán)境科技發(fā)展有限公司 天津 300000)
貨物/車(chē)輛X射線(xiàn)檢查系統(tǒng)是利用輻射成像原理,以產(chǎn)生X射線(xiàn)的電子加速器作為輻射源,獲得貨物及車(chē)輛等被檢物透視圖像的檢查系統(tǒng)。該系統(tǒng)適用于碼頭、港口、物流企業(yè)對(duì)藏匿在貨物和車(chē)輛中違禁物的檢查,可實(shí)現(xiàn)不停車(chē)、不開(kāi)箱快速安全檢查,加快貨物的安檢速度,實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控技術(shù)和管理水平的快速提升,具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
貨物/車(chē)輛X射線(xiàn)檢查系統(tǒng)工作過(guò)程中將產(chǎn)生X射線(xiàn),對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生輻射影響,防護(hù)不當(dāng)可能會(huì)造成輻射損傷。本文以某集裝箱碼頭擬新增的貨物/車(chē)輛X射線(xiàn)檢查系統(tǒng)為例,預(yù)測(cè)、分析其運(yùn)行期產(chǎn)生的輻射環(huán)境影響。
該碼頭貨物/車(chē)輛X射線(xiàn)檢查系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)組成部分:X射線(xiàn)成像分系統(tǒng)、掃描裝置分系統(tǒng)、掃描控制分系統(tǒng)、運(yùn)行檢查分系統(tǒng)及輻射安全分系統(tǒng)。該檢查系統(tǒng)為固定式,即輻射源和探測(cè)器系統(tǒng)固定不動(dòng),被檢集裝箱/車(chē)輛通過(guò)有用線(xiàn)束區(qū)實(shí)現(xiàn)輻射成像,系統(tǒng)基本參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 貨物/車(chē)輛X射線(xiàn)檢查系統(tǒng)參數(shù)表
圖1 貨物/車(chē)輛X射線(xiàn)檢查系統(tǒng)外觀示意圖
該檢查系統(tǒng)的查驗(yàn)通道長(zhǎng)18m、寬9m,查驗(yàn)通道位于檢查廳內(nèi),檢查廳長(zhǎng)約45m、寬約12m,為彩鋼板結(jié)構(gòu)。查驗(yàn)通道出入口無(wú)屏蔽物,兩側(cè)為混凝土圍墻,圍墻高均為4.5m,探測(cè)器高6m。檢查系統(tǒng)出入口處均設(shè)有欄桿。
受檢車(chē)輛通過(guò)檢查通道時(shí)加速器開(kāi)始工作,電子槍內(nèi)產(chǎn)生的電子注入加速管后受軸向磁場(chǎng)作用逐級(jí)加速形成高能量的電子束,電子束射向照射頭內(nèi)的靶物質(zhì)產(chǎn)生X射線(xiàn),射線(xiàn)經(jīng)過(guò)濾器和準(zhǔn)直器調(diào)節(jié)后出射,檢查系統(tǒng)在加速器出射角度方向設(shè)置了豎探測(cè)器和橫探測(cè)器接收X射線(xiàn),射線(xiàn)在穿過(guò)集裝箱后被探測(cè)器接收產(chǎn)生電信號(hào),信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后得到物體內(nèi)部不同密度物質(zhì)的分布圖像,從而區(qū)分出貨物中是否摻雜有錯(cuò)報(bào)、違禁、危險(xiǎn)品等,達(dá)到貨物查危的目的。
圖2 車(chē)輛通過(guò)受檢示意圖
預(yù)計(jì)該檢查系統(tǒng)每小時(shí)檢查20輛集裝箱車(chē)輛,被檢車(chē)輛速度控制在1~4m/s范圍內(nèi),長(zhǎng)18m的集裝箱掃描通常用時(shí)約4.5~18秒。系統(tǒng)一年工作360天,一天工作8小時(shí),則一年的出束時(shí)間最多為288h。
該檢查系統(tǒng)采用鋼鉛結(jié)構(gòu)加混凝土墻的方式進(jìn)行屏蔽,屏蔽材料及厚度見(jiàn)表2。
表2 本項(xiàng)目屏蔽防護(hù)情況
理論計(jì)算考慮主射(即主束方向)、漏射和散射線(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。
(1)主射線(xiàn)造成的劑量當(dāng)量率
r:計(jì)算點(diǎn)到源點(diǎn)的距離,m;
di:第 i種屏蔽體的厚度,mm;
TVLi:第i種屏蔽體的十分之一值層厚度,mm。主射線(xiàn)6MV能量條件下,鉛TVL=45.3mm,鋼TVL=98mm,混凝土TVL=338mm。
(2)漏射線(xiàn)造成的劑量當(dāng)量率
漏射線(xiàn)造成的劑量當(dāng)量率計(jì)算公式同主射線(xiàn)計(jì)算公式,對(duì)于漏射線(xiàn),源項(xiàng)劑量率應(yīng)乘以泄漏率,非主束方向泄漏率小于1×10-5,后向泄漏率小于 4×10-6。
(3)散射線(xiàn)造成的劑量當(dāng)量率
s:散射體面積,準(zhǔn)直器出口散射面積取0.007m2,集裝箱散射面積取0.0172m2,探器散射面積取0.107m2;
α:散射系數(shù),取為0.002;
r1、r2分別為源點(diǎn)到散射點(diǎn)、散射點(diǎn)到計(jì)算點(diǎn)的距離,m;
di:第i種屏蔽體的厚度,mm;
TVLi:第i種屏蔽體的十分之一值層厚度,mm。依據(jù)一次散射后X射線(xiàn)能量(Ex)與X射線(xiàn)散射前能量(E0)的關(guān)系(Ex=E0/[1+E0/0.511*(1-cosθ)]),6MV 初始 X 射線(xiàn)經(jīng)一次散射后的X射線(xiàn)能量為0.5MV。對(duì)于0.5MV散射線(xiàn),鉛TVL=10.3mm,鋼TVL=33mm,混凝土TVL=119mm。
(4)年劑量當(dāng)量
式中:H:年劑量當(dāng)量,mSv/a;
t:年出束時(shí)間,取為288h/a;
T:居留因子。
選取檢查廳四側(cè)邊界外為劑量關(guān)注點(diǎn),具體見(jiàn)表3及圖3。
表3 劑量關(guān)注點(diǎn)位置一覽表
圖3 劑量關(guān)注點(diǎn)位置示意圖
根據(jù)式1、式2計(jì)算各劑量關(guān)注點(diǎn)的劑量當(dāng)量率,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 劑量關(guān)注點(diǎn)劑量當(dāng)量率計(jì)算結(jié)果
各劑量關(guān)注點(diǎn)年劑量當(dāng)量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。
計(jì)算結(jié)果表明:在正常工況下,該貨物/車(chē)輛X射線(xiàn)檢查系統(tǒng)周?chē)鲃┝筷P(guān)注點(diǎn)處劑量當(dāng)量率理論計(jì)算值在0.81μSv/h~1.82μSv/h之間,滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《貨物/車(chē)輛輻射檢查系統(tǒng)的放射防護(hù)要求》(GBZ 143-2015)的規(guī)定,即檢查系統(tǒng)監(jiān)督區(qū)邊界處的周?chē)鷦┝慨?dāng)量率應(yīng)不大于2.5μSv/h。檢查系統(tǒng)周?chē)ぷ魅藛T和公眾所受年劑量當(dāng)量分別滿(mǎn)足《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》(GB18871-2002)中職業(yè)照射20mSv/a和公眾照射1mSv/a的劑量限值要求,系統(tǒng)屏蔽設(shè)計(jì)滿(mǎn)足輻射防護(hù)要求。
表5 劑量關(guān)注點(diǎn)年劑量當(dāng)量計(jì)算結(jié)果
本文介紹了貨物/車(chē)輛X射線(xiàn)檢查系統(tǒng)的工作原理,預(yù)測(cè)、分析了其運(yùn)行期產(chǎn)生的輻射環(huán)境影響,可為此類(lèi)核技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供借鑒,為貨物/車(chē)輛X射線(xiàn)檢查系統(tǒng)的輻射防護(hù)設(shè)計(jì)及管理提供科學(xué)依據(jù)。