第二章-工业γ辐照

核科学技术学院第二章工业γ辐照装置的安全与防护曹锦佳核科学技术学院工业γ辐照装置发展概述全世界现有大型γ辐照装置210多座，总装源量超过7.4×1018Bq。国外大型辐照装置具有以下特点：大型化，专业化，高度机械化，高运行率、高能量利用率，标准化、系列化，一些先进国家对γ辐照装置的设计、建造、操作运行都进行严格管理，制定有一系列关于装置的批准、登记、设计制造及操作运行一整套的国家标准、规范。国外的装置大多数采用辐照服务的方式，经济效益显著。国内设计装源能力30万Ci以上的商用辐照装置已达到107座，总设计装源能力超过1亿Ci。核科学技术学院γ辐照装置的组成•辐照源室辐射产品的场所，有厚混凝土墙、迷道、储源井。•源系统源及源架、水井（深5~7.5米）和水（去离子水）、升降设备。•安全联锁系统•传输系统核科学技术学院γ辐照装置的组成•通风系统清除臭氧、氮氧化物、氢气。•控制室升降源和产品传输操作。•剂量监测系统监测源状况、个人剂量、产品吸收剂量。核科学技术学院γ辐照装置的组成•库房和操作区存放货物和装卸货物场地。•工业电视监控系统监视辐照室内部、操作大厅、仓库、主控室等。核科学技术学院辐射源放射源的分类Ⅰ类放射源：极高危险源。接触几分钟至1小时就可致死。Ⅱ类放射源：高危险源。接触几小时至几天可致人死亡。Ⅲ类放射源：危险源。接触几小时可造成永久性损伤，接触几天至几周也可致人死亡。Ⅳ类放射源为低危险源。基本不会对人造成永久性损伤，但对长时间、近距离接触这些放射源的人可造成可恢复的临时损伤。Ⅴ类放射源：极低危险源。不会造成永久伤害。核科学技术学院源架及其升降系统源架盛载和排布放射源棒以形成特定辐射场的专用设备。对源架的基本要求：a放射源能安全可靠地装载在源架上；b.放射源装卸方便易行；c.保证放射源不受机械损伤；d.提出水面后能迅速排空积水；e.尽量提高射线能量利用率；f.为了保护源架安全，应设有防止辐照物碰撞源架的保护装置。核科学技术学院•源升降系统功能：源架的升降运动和贮存位置、工作位置的定位；源架位置指示；驱动系统的过力矩保护；断电自动降源；源架紧急迫降；建立以升降源为中心的安全连锁。•屏蔽防护系统辐照室屏蔽系统和放射源屏蔽系统辐照室一般采用混凝土做屏蔽墙，进入辐照室设置迷道，在放射源进入工作位置前撤离辐照室。核科学技术学院辐照产品输送系统辐照产品输送系统分三大部分：（1）过源机械系统，（2）迷道输送系统，（3）装卸料操作机械。控制系统有两种控制方式：常规的自动程序控制系统，可编程控制器自动控制。主要任务是保证在辐照过程中按工艺要求完成各种工况下生产过程中的控制，并确保人员人身安全。核科学技术学院（1）放射源升降的控制装置中的一切安全设施都是通过控制系统与源的升降联锁的，只有安全条件都得到满足才能升源。具体有12项安全条件。（2）产品输送系统的控制（3）辐照室门的控制（4）进排风机的远距离控制（5）信号系统和智能语音报警系统（6）数据管理和监控系统核科学技术学院剂量系统剂量系统主要任务：辐射安全剂量监测、辐照室内剂量场的测定和辐照产品吸收剂量的测量。（1）辐射安全剂量监测1）辐照室内及工作场所的辐射剂量监测2）工作人员的个人剂量监测3）贮源井水和钴源运输容器放射性污染的监测（2）剂量场的测定分动态和静态测量核科学技术学院•（3）辐照产品吸收剂量的测量目的：1、比较实际测量的剂量与设计的计算值，调整辐照时间，使得实际吸收剂量能达到要求；2、验证不均匀系数是否正确。（4）辐射加工吸收剂量的测量方法标准剂量计和工作剂量计标准剂量计：初级标准（基准）剂量计与次级标准（参考标准）剂量计传递标准剂量计是一种参考标准剂量计。核科学技术学院1）标准剂量计校准常规剂量计的响应，广泛使用两种不同的方法：量热计剂量和硫酸亚铁剂量测量系统。这两种方法被普遍用作测量强电离光子束辐照低原子序数材料吸收剂量的标准方法。量热法是一种直接测定吸收剂量的绝对方法。测定水中吸收计量时，弗里克剂量计比别的方法更适宜。弗里克剂量计溶液的制备是该方法的关键。核科学技术学院安全连锁系统特别是对出入口、源操作系统、传输系统等进行有效的监控和联锁。通风系统辐照室内，空气在强放射源的照射下会发生辐射分解，产生臭氧和氮氧化物贮源水井及水处理系统采用去离子水或蒸馏水，设计有水处理系统，去除水中杂质。核科学技术学院2.3工业γ辐照装置的分类国家强制性标准《γ辐照装置设计建造和使用规范》，根据辐照装置的设计，尤其是放射源的出入口控制和屏蔽，将γ辐照装置分成以下四类：（1）固定源室湿法贮源γ辐照装置（2）固定源室干法贮源γ辐照装置（3）自屏蔽式干法贮源辐照装置（4）水下γ辐照装置核科学技术学院γ辐照装置的防护与安全辐射安全原则：（1）纵深防御原则；（2）冗余性；（3）多元性；（4）独立性。通过功能分离和实体隔离的方法使安全机构获得独立性。核科学技术学院辐射防护准则1）辐射实践的正当性由监管部门根据具体情况来判断，并权衡辐照装置使用所带来的利益和风险，以确定该具体实践是正当的。2）辐射防护与安全最优化合理可达到的尽量低水平3）剂量限制和潜在照射危险限制核科学技术学院剂量限制和潜在照射危险限制（不包括天然本地照射和医疗照射）职业照射：连续5年的年平均有效剂量不超过20mSv,但允许其中某一年有效剂量达50mSv。公众照射：连续5年的年平均有效剂量不超过1mSv，但允许其中某一年有效剂量达5mSv。放射性污染控制：湿法贮源的γ辐照装置，贮源井水60Co的放射性浓度控制在10Bq/L。每月排放到下水道的60Co总活度不得超过1×106Bq，每次排放的60Co不超过1×105Bq，用不少于3倍排放量的水进行冲洗，必须经监管部门批准后方可排放。剂量约束和潜在照射危险约束：辐射防护工作人员个人年有效剂量值5mSv；公众成员个人年有效剂量值0.1mSv。核科学技术学院辐射工作场所的分区控制区：在正常工作条件下控制正常照射或防止污染扩展，防止潜在照射或限制其程度。辐照室、迷道为γ辐照装置的控制区监督区：未被确定的控制区、通常不需要采取专门防护手段和安全措施但要不断检查其职业照射条件的任何区域。操作区域、控制室、通风间、设备间、倒源间、水处理间等区域为监督区。核科学技术学院辐照设施的屏蔽设计屏蔽γ射线的常用材料：铅、铁、混凝土、水宜采用去离子水，因为水中含有可溶性盐，会辐射分解成有害气体。屏蔽γ射线不能单从所选材料的厚度来考虑，应根据防护最优化的原则，综合考虑材料的防护效果、结构性、稳定性和经济性等因素。宽束射线的屏蔽：K-1=Bexp-（μenh）泄漏射线的屏蔽：1(/)10hTVLLK02lgLRDhTVLDR核科学技术学院辐照室主防护墙的屏蔽计算探测点的γ射线能量注量率计算公式024SR能量注量率与剂量率的转换因子：521.76510(/)/[/()]pHmSvhMeVcms由需要减弱的倍数，查表得到混凝土墙壁的厚度。减弱倍数公式：0DkD核科学技术学院辐照室迷道计算散射剂量率计算公式：002cosdSDsDr辐照室屋顶的评比计算屋顶厚度有两种辐射来确定：一种是贯穿辐射，二是γ射线大气反散射。计算公式：31.3228.77510MADkHX核科学技术学院辐照室内臭氧产生和排除计算臭氧产生率：12301.7110QAGV考虑连续排风和臭氧的分解，辐照室臭氧的平均浓度:0()1exp(/)QTQttTV臭氧的平衡浓度：0sQTQV停止辐照后的臭氧浓度：ffQ(t)=Qexp(/)ftT核科学技术学院新建γ辐照装置防护与安全•主体工程中防护的重点辐照室的屏蔽设计迷道（3π）储源井核科学技术学院新建γ辐照装置防护与安全•选址地质结构稳定，水文情况和气象条件良好，远离饮用水源、车站码头、军事设施、危险品生产和储存场所，交通方便、桥梁至少承重10吨以上。核科学技术学院γ辐照装置的安全设施•光电联锁需安装3道，第一道被遮断则报警，第2、3道被遮断则降源停止辐照。•应急拉线开关•无人复位开关辐照室内设置不少于3个无人复位开关，所设开关能观察到辐照室内所有的角落。核科学技术学院γ辐照装置的安全设施•指示灯和声光报警绿色为“安全”、红色为“危险”；升降源都有声音或语音提示。•源位指示器•水位报警和联锁•固定式剂量监测仪表•个人剂量报警仪（10μSv/h)和检查源核科学技术学院γ辐照装置的安全设施•进源间屏蔽塞和火灾报警系统•排风系统•停电应急系统核科学技术学院γ辐照装置的运行与管理γ辐照装置必须获得辐射安全许可证，方可运行。运营单位必须设有安全与防护管理机构，并制定安全操作规程或手册。必须配备具有专业技术资格的人员。运行人员资格人员培训运行记录放射源的增加和更换定期检查和维修核科学技术学院辐射防护监测对工作场所监测的要求：a.评估所有工作场所的辐射防护状况，b.对控制区和监督区进行照射评估，c.审查控制区和监督区的划分。个人剂量监测：运营单位应按照监管部门指定的方式保证每人的剂量记录得以保存，运营单位应保证在工作人员雇佣期满后及其他时间都能向其提供剂量记录。记录剂量高于调查水平的任何时候，运营单位应按照监管部门的要求展开正式调查。核科学技术学院应急响应计划与事故处理编制应急响应计划，一旦发生事故，能立即按应急规程进行操作，以免事故进一步扩大。任何事故都要记录并报告。发生事故后，必须立即清除事故源，尽量减少个人和集体的受照剂量，对伤员和超剂量人员进行救治。日常管理和监督建立强有力的管理体制，明确规定各岗位职责、机构管理程序；建立持证上岗的严格管理制度和相应的培训制度；操作人员必须佩带个人剂量计，并建立个人剂量档案；做好日志记录；未经许可，外来人员不应进入辐照室和控制室；不能擅自改造装置，接受有关部门依法对γ辐照装置的日常监督。核科学技术学院监督部门检查内容（15条）•基本安全要求（8条）控制放源的升降开关、便携式个人剂量报警仪、固定式辐射监测装置、警告标识、辐照室人员通道门联锁装置、迷道内防人误入联锁装置、辐照室内紧急制动装置、控制台紧急制动装置。核科学技术学院监督部门检查内容（15条）•其它要求（7条）货物进出口控制、辐照室屋顶屏蔽塞联锁装置、贮源井水处理和自动补水系统、通风系统、辐照室内无人复位开关、断电降源装置、烟雾报警。核科学技术学院对于可疑放射性高水平的处理程序A不要试图清除可疑的放射性污染，B人员撤离可疑高放区域，以防放射性污染的扩散，竖立禁止进入的警告标志，C监测所有在场的操作人员是否被放射性物质沾染，D通知装置的辐射安全部门。核科学技术学院辐射防护监测内容•倒装源源的数量及泄漏污染状况、装源容器表面剂量率及污染状况、装卸源工具状况、监测仪器等。•装源后污染状况、辐射巡检。核科学技术学院辐射防护监测内容•常规年检查配合年检的检测、水质及污染检测、环境辐射水平、全部机电及控制系统。•运行日常检测个人剂量监测、固定式的辐射仪表监测、半年一次的贮源井水的污染测量、流出物监测。核科学技术学院辐射防护监测内容•监测仪表都要符合有关标准规定，按规定送法定计量部门进行周期检定，并遵守监测质量保证。•监测结果应按规定进行记录、上报和保管核科学技术学院加速器分类•按粒子种类电子加速器、轻离子加速器、重离子加速器、微粒子团加速器。核科学技术学院加速器分类•按粒子能量低能、中能、高能加速器，一般称能量小于100MeV为低能，能量在100-1000MeV中间为中能，而能量大于1GeV为高能。核科学技术学院•工业辐照电子加速器主要有高压型辐照电子加速器和谐振型辐照电子加速器两种。工业加速器与钴源相比的优缺点优点：功率大，剂量率高，方向集中，能量利用率高，生产效率高，适合大规模的辐照加工产业，辐射防护比较容易。缺点：电子束穿透能力低，能量大于10MeV会产生感生放射性。核科学技术学院加速器的组成•粒子源电子源—俗称电子枪；•真空系统防止加速粒子与剩余气体分子产生散射•粒子引出系统•束流装置核科学技术学院加速器防护的特点•轫致辐射产生X射线•杂散辐射