鄭琳子

(中國航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司 北京 100120)

0 引言

目前，國內(nèi)外公開出版的涉及輻射防護(hù)屏蔽計(jì)算的書籍有國際放射防護(hù)委員會(huì)第33號(hào)出版物ICRP Report 33[1]及其中文翻譯版《醫(yī)用外照射源的輻射防護(hù)》[2]、NCRP Report 49[3]、《輻射防護(hù)手冊》[4]、《輻射防護(hù)導(dǎo)論》[5]、《放射物理與防護(hù)》[6]等。以上書籍在探討X射線屏蔽防護(hù)時(shí)的原理相同，但各書中屏蔽計(jì)算公式及配套的圖表稍有區(qū)別。2014年，國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)發(fā)布實(shí)施了《工業(yè)X射線探傷室輻射屏蔽規(guī)范》(GBZ/T 250—2014)[7]，并通過第1號(hào)修改單(國衛(wèi)通[2017]23號(hào))予以修改。GBZ/T 250—2014規(guī)定了500 kV以下工業(yè)X射線探傷裝置的探傷室輻射屏蔽要求，規(guī)范中引用的部分?jǐn)?shù)據(jù)來自ICRP Report 33和NCRP Report 49，GBZ/T 250—2014的發(fā)布填補(bǔ)了國內(nèi)無工業(yè)X射線探傷室輻射屏蔽計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的空白。

盡管GBZ/T 250—2014中明確使用范圍為500 kV以下工業(yè)X射線探傷裝置探傷室的輻射屏蔽，但是規(guī)范中給出的數(shù)據(jù)、圖表卻僅能支持400 kV及以下X射線裝置的屏蔽計(jì)算，而目前常用的工業(yè)X射線探傷裝置的最高管電壓可達(dá)450 kV，現(xiàn)有GBZ/T 250—2014不能滿足450 kV的輻射屏蔽計(jì)算需求。本研究擬引入管電壓為400～500 kV的X射線輻射屏蔽計(jì)算的相關(guān)圖表參數(shù)，對(duì)現(xiàn)有GBZ/T 250—2014予以補(bǔ)充和完善，以滿足450 kV工業(yè)X射線探傷裝置探傷室的屏蔽厚度計(jì)算要求。

1 450 kV X射線探傷室屏蔽計(jì)算方法討論

被屏蔽射線分為有用線束、散射線和泄漏射線[7]。參照GBZ/T 250—2014規(guī)定，450 kV X射線探傷裝置探傷室屏蔽計(jì)算方法如下。

1.1 屏蔽的劑量參考控制水平

按照《工業(yè)X射線探傷室輻射屏蔽規(guī)范》(GBZ/T 250—2014)第3.1條，確定關(guān)注點(diǎn)劑量率參考控制水平。

(1)

式中，t為探傷裝置周照射時(shí)間，h/周；U為探傷裝置向關(guān)注點(diǎn)方向照射的使用因子；Hc為周劑量參考控制水平，μSv/周；T為人員在相應(yīng)關(guān)注點(diǎn)駐留的居留因子。

1.2 有用線束的屏蔽估算

關(guān)注點(diǎn)達(dá)到劑量率參考控制水平時(shí)，屏蔽設(shè)計(jì)所需的屏蔽透射因子B按下式計(jì)算。

(2)

為滿足450 kV X射線探傷裝置屏蔽計(jì)算要求，需要對(duì)GBZ/T 250—2014附錄B表B.1“X射線輸出量”進(jìn)行補(bǔ)充，引入450 kV時(shí)的X射線輸出量(H0)。根據(jù)現(xiàn)有GBZ/T 250—2014中附錄B表B.1中注1的說明——“表中值取自ICRP33”，查閱ICRP33中文翻譯版《醫(yī)用外照射源的輻射防護(hù)》可得50～500 kV的X射線輸出量，詳見圖1。

(a)恒電位(50～200 kV)

(b)恒電位(200～500 kV)圖1 在不同線束過濾情況下X線發(fā)生器在離靶1 m處的發(fā)射率

通過圖1(b)可知，在450 kV，3 mm銅過濾條件下X射線距輻射源點(diǎn)1 m處的輸出量H0≈33.0(mGy·m2)/(mA·min)。值得注意的是，將現(xiàn)有GBZ/T 250—2014附錄B表B.1與圖1中數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，發(fā)現(xiàn)GBZ/T 250—2014表B.1中部分?jǐn)?shù)據(jù)引用有誤，經(jīng)校正后數(shù)據(jù)見表1。

表1 X射線輸出量

計(jì)算出屏蔽透射因子B后，查圖2、圖3可得出相應(yīng)的屏蔽物質(zhì)厚度[4]?！遁椛浞雷o(hù)手冊 第一分冊：輻射源與屏蔽》中減弱因子f與GBZ/T 250—2014中屏蔽透射因子B含義相同，僅叫法不同。

圖2 寬束X射線通過混凝土層的減弱曲線(恒定管電壓0.5～3 MV)

圖3 寬束X射線通過鉛層的減弱曲線(恒定管電壓0.5～3 MV)

1.3 泄漏輻射和散射輻射屏蔽估算

(1)泄漏輻射屏蔽

關(guān)注點(diǎn)達(dá)到劑量率參考控制水平時(shí)，屏蔽設(shè)計(jì)所需的屏蔽透射因子B按下式計(jì)算。

(3)

所需的屏蔽物質(zhì)厚度X按式(4)計(jì)算。

X=-TVL·lgB

(4)

為進(jìn)行450 kV的射線裝置的泄漏輻射屏蔽設(shè)計(jì)，查閱ICRP33中文翻譯版《醫(yī)用外照射源的輻射防護(hù)》可得500 kV X射線在鉛和混凝土中的半值層厚度和什值層厚度，見表2。

表2 X射線在鉛和混凝土中的半值層和什值層厚度

(2)散射輻射屏蔽

關(guān)注點(diǎn)達(dá)到劑量率參考控制水平時(shí)，屏蔽設(shè)計(jì)所需的屏蔽透射因子B按下式計(jì)算。

(5)

式中，R0為輻射源點(diǎn)至探傷工件的距離，m；Rs為散射體至關(guān)注點(diǎn)的距離，m；a為散射因子；F為R0處的輻射野面積，m2。

所需的屏蔽物質(zhì)厚度X按上式(4)計(jì)算。

由于X射線90°散射輻射的最高能量低于入射X射線，因此需使用該散射X射線最高能量相應(yīng)的X射線(見表3)的什值層(見表2)計(jì)算其在屏蔽物質(zhì)中的輻射衰減。

表3 X射線90°散射輻射最高能量相應(yīng)值

(3)泄漏輻射和散射輻射的復(fù)合作用

當(dāng)可能存在泄漏輻射和散射輻射的復(fù)合作用時(shí)，兩者的屏蔽厚度若相差一個(gè)或更大什值層，采用其中較厚的屏蔽；若不足一個(gè)什值層，則在較厚的屏蔽上增加一個(gè)半值層。

1.4 方法應(yīng)用討論

本研究在進(jìn)行450 kV X射線裝置探傷室屏蔽厚度計(jì)算時(shí)采用的部分?jǐn)?shù)據(jù)為500 kV管電壓條件下的參數(shù)，這是由于現(xiàn)有輻射防護(hù)資料中提供的圖表數(shù)據(jù)有限，沒有給出450 kV管電壓條件下的輻射屏蔽相關(guān)參數(shù)。為了充分保障職業(yè)放射人員及周圍公眾人員的身體健康，在沒有取得更充分的數(shù)據(jù)支持時(shí)，筆者認(rèn)為依照上述方法適當(dāng)提高安全系數(shù)是可行的。

2 X射線屏蔽計(jì)算示例

2.1 研究對(duì)象介紹

航空某廠擬新增X射線探傷機(jī)1臺(tái)，X射線探傷機(jī)管電壓范圍為20～450 kV，最大管電壓時(shí)常用管電流3.3 mA。探傷機(jī)房平面布置情況詳見圖4。

圖4 現(xiàn)有廠房探傷機(jī)房平面示意

X光探傷機(jī)靶點(diǎn)至關(guān)注點(diǎn)的距離：南墻3 m，北墻1.5 m，東墻3 m，西墻約3 m，距地面1.88 m，距頂約4.12 m。X光探傷機(jī)工作條件為450 kV、3.3 mA，每天曝光時(shí)間180 min；探傷機(jī)主照射方向?yàn)楸毕?，周照射時(shí)間t=5×180/60=15.0 h/周。

2.2 確定關(guān)注點(diǎn)劑量率參考控制水平

表4 X射線探傷室?guī)缀螀?shù)和輻射屏蔽參數(shù)

2.3 X射線探傷室有用線束屏蔽估算

2.4 X射線探傷室泄漏和散射輻射復(fù)合屏蔽估算

(1)泄漏輻射屏蔽

同理可得，南墻、東墻所需的混凝土屏蔽厚度分別為270、339 mm；東側(cè)門所需的鉛屏蔽厚度為30 mm；屋頂所需的混凝土屏蔽厚度為240 mm。

(2)散射輻射屏蔽

同理可得，南墻、東墻所需的混凝土屏蔽厚度分別為369、426 mm；東側(cè)門所需的鉛屏蔽厚度為25 mm；屋頂所需的混凝土屏蔽厚度為344 mm。

(3)復(fù)合分析

最終，X射線探傷室的屏蔽設(shè)計(jì)厚度如下。

①西墻：369-270=99 mm<100 mm，故西墻的屏蔽厚度=369+30=399 mm混凝土；②南墻：369-270=99 mm<100 mm，故南墻的屏蔽厚度=369+30=399 mm混凝土；③東墻：426-339=87 mm<100 mm，故東墻的屏蔽厚度=426+30=456 mm混凝土；④東側(cè)門：30-25=5 mm<10.3 mm，故東側(cè)鉛門的屏蔽厚度=30+3.1=33 mm鉛；⑤屋頂：344-240=104 mm>100 mm，故屋頂?shù)钠帘魏穸葹?44 mm混凝土。

3 結(jié)語

本研究引入管電壓為400～500 kV X射線輻射屏蔽防護(hù)計(jì)算的相關(guān)圖表參數(shù)，對(duì)現(xiàn)有《工業(yè)X射線探傷室輻射屏蔽規(guī)范》(GBZ/T 250—2014)進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，能滿足0～500 kV工業(yè)X射線探傷裝置探傷室的屏蔽厚度計(jì)算要求。通過本文的研究，旨在為相關(guān)設(shè)計(jì)人員提供參考。