醫用放射性產品A型貨包的調研及現狀分析

趙文靜

（原子高科股份有限公司，北京　102413）

醫用放射性產品A型貨包的調研及現狀分析

趙文靜

（原子高科股份有限公司，北京102413）

隨著核技術應用的不斷發展，放射性物質的安全運輸工作越來越受到相關部門的重視。在放射性物質運輸活動中，必須使用已證明合格的運輸貨包，并嚴格遵守有關放射性物質運輸審批程序和操作管理要求，才能確保放射性物質運輸安全。文章介紹了我國目前在用的各類醫用放射性同位素產品A類貨包的設計、使用、實驗驗證情況。并介紹了國外相關領域的研究狀況。指出國內外研究現狀的差距，針對國內A類貨包存在的問題提出建議。

放射性物質安全運輸A類貨包屏蔽容器設計驗證試驗

放射性同位素產品作為一種可發射電離輻射的獨特產品，具有其它技術手段所難以替代的技術功能。在原子能工業和放射性核素應用技術不斷發展的形勢下，各種放射性同位素產品的運輸頻度、數量、范圍和放射性強度都有很大增長。放射性物質運輸中的安全，已成為整個輻射防護和核安全的重要組成部分。合理使用放射性同位素產品包裝運輸容器，正確組織與管理放射性物質的運輸并確保運輸中的安全，防止對人員的傷害和環境的污染有著重要的意義。

在放射性物質運輸活動中，必須使用已證明合格的運輸貨包，并嚴格遵守有關放射性物質運輸審批程序和操作管理要求，才能確保放射性物質運輸安全［1］。放射性物質運輸貨包的固有安全性是放射性物質運輸安全的前提，世界各國對運輸貨包的安全十分重視，貨包的設計、制造、使用、維護和修理都有嚴格要求，貨包要經受在放射性物質運輸的正常條件和事故條件下各種試驗的驗證［2］。

1　放射性物質運輸貨包要求

放射性物質安全運輸規定（GB11806）對放射性物質運輸過程中的包裝及貨包進行如下定義：

（1）包裝。全部包住放射性內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、間隔構件和輻射屏蔽層，還可以包括供冷卻、吸收機械沖擊和隔熱用的器件。

（2）貨包。供交付運輸的裝有放射性內容物的包裝。

該條例還規定了放射性活度限值和物質限制，并根據限值將貨包分為以下五個類型：例外貨包、1型工業貨包、A型貨包、B型貨包、C型貨包。

A型貨包：A型貨包內的放射性活度不得大于：

A1（對特殊形式放射性物質的放射性活度值）；A2（對所有其他放射性物質）。

對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型貨包的放射性內容物應當滿足：

根據《放射性物品運輸安全管理條例》（國務院第562號），《放射性物質安全運輸規程》（GB11806-2004）及國際原子能機構（IAEA）的《放射性物質安全運輸條例》（TS-R-1），放射性物質貨包設計完成后要經過一系列評估及試驗驗證。需要對包容系統和屏蔽的完好性進行試驗，對臨界安全進行評估；驗證貨包經受正常運輸條件的能力，主要包括噴水試驗、自由跌落試驗、堆積試驗和貫穿試驗；還需要驗證貨包承受事故運輸條件的能力，包括力學試驗、耐熱試驗、水浸沒試驗等。

據統計世界年運輸放射性貨包約100萬件，這些貨包中A型貨包占60%-70%。其中醫用放射性同位素產品的運輸占絕大多數。

隨著社會經濟的發展，人們對于放射性同位素產品的要求已不僅僅停留在對產品實用性能上，對于產品的使用安全、包裝運輸過程中的安全性能以及產品的美觀實用性都提出了更高的要求。國家相關法規對放射性同位素產品的要求也在不斷提高，對產品的包裝運輸容器提出具體嚴格的標準。

圖1　9m自由下落實驗裝置

2　國內運輸醫用放射性同位素產品的A型貨包現狀

目前國內生產使用的放射性同位素產品主要有：A、高活度，短半衰期放射性同位素藥物，物理形態為液態和固態。B、低活度，短半衰期放射性同位素液體藥物。C、醫用發生器。D、短半衰期放射性同位素藥物［3］。

圖2　A型貨包表面輻射水平測量裝置

2.1貨包設計現狀

目前國內設計使用的醫用放射性同位素產品運輸A型貨包，屏蔽容器材料以鉛銻合金為主，為滿足運輸方式對表面劑量的要求，個別產品屏蔽容器中加入貧鈾等材料［4］。緩沖材料均為發泡聚苯乙烯。外包裝有木箱、紙箱、鐵通三種形式。

依據《放射性物品運輸安全管理條例》即562號令，國內某醫用放射性同位素產品生產企業在用放射性物品的運輸容器分為F、K、M、T 4個系列，30多個型號，具體情況如下：

F系列包裝運輸容器主要用于包裝運輸高活度，短半衰期放射性同位素藥物，物理形態為液態和固態，放射性核素被密封在西林瓶內。設計使用年限：40年。為有效地屏蔽γ射線或β射線，根據不同的裝載核素及其裝載量，包裝容器的鉛銻合金防護厚度不同，包裝容器由內、外兩層包裝組成。內包裝為屏蔽防護容器，用鉛銻合金屏蔽材料澆鑄后，液壓成型。內包裝容器中心有一個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、外包裝之間有發泡聚苯乙烯填充物，對內包裝容器起到固定和緩沖減震作用。

K系列包裝運輸容器主要用于包裝運輸低活度，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內。該系列包裝運輸容器設計使用年限：40年。容器有內、外包裝容器組成，與F系列構成相似，根據產品不同容器結構略有不同。

M系列包裝運輸容器：主要用于包裝運輸醫用或工業用發生器，放射性核素被吸附過濾柱上。該系列包裝運輸容器共有5個品種。設計使用年限：40年。包裝運輸容器有內、外包裝容器組成。其中內容器為屏蔽容器，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體或內層為貧鈾外層澆鑄鉛銻合金組成防護體，然后將防護體裝入金屬容器外殼，整體液壓而成，或將防護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、外容器之間有發泡聚苯乙烯填充物，對內包裝容器起到固定和緩沖減震作用。

T系列包裝運輸容器主要用于包裝運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內和被封裝在一次性注射器內。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體，然后將防護體裝入容器外殼，整體液壓而成，屏蔽容器的內腔有放置內容物的足夠空間，上下均放置稀釋兩倍內容物的高分子吸水材料。外包裝容器材料結構與M系列相似。

圖3　貫穿實驗裝置

圖4　堆積實驗裝置

圖5　噴水試驗裝置

圖6　2767G型容器

2.2貨包實驗現狀

目前，國內多家科研、生產單位都具備了貨包的結構分析，力學分析、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驗設施。

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

原子高科設計生產的醫用放射性產品運輸貨包在使用前均經過正常條件下的堆積試驗、自由下落試驗、貫穿試驗，根據內容物不同，有些貨包還經過噴水實驗、水浸沒實驗。試驗后樣品無泄漏，包裝容器外表面最高輻射水平變化小于20%，符合國家標準。

中國輻射防護研究院建設的放射性物質貨包下落實驗設施能用于13t以下A型和B型貨包的自由下落實驗、貫穿、沖擊、穿刺、壓碎實驗、力學實驗及耐熱實驗［6］。

3　國外運輸醫用放射性同位素產品的A型貨包現狀

3.1貨包情況

國外放射性同位素產品運輸包裝容器設計研究、實驗驗證遠遠領先于國內。由于其核技術應用遠早于國內，其他相關領域的研究如材料學、力學、工業設計等方面也遠遠高于國內水平。這些國家對于產品的包裝運輸容器已不僅僅從使用角度進行研究，而更多的從產品包裝運輸容器的安全、實用、使用性能、美觀便捷等多角度出發，進行系統的理論分析、實驗驗證［7］。

以英國Croft公司和GE公司的產品為例簡要介紹國外A型貨包的情況。

英國Croft公司是一家專門設計，制造放射性同位素產品和核材料安全運輸包裝的企業。下列是該公司生產的放射性同位素產品A型貨包。

圖6中的產品是用于運輸醫用液體放射性同位素產品的包裝運輸容器，該容器屏蔽層為鉛屏蔽，外殼為不銹鋼材質。國外在材料使用方面更注重材料的環保及回收再利用問題，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，加上無毒、無味、比重小、不易著火等優點，被廣泛的應用。另外為了增加包裝容器的吊環、提手的安全性及使用壽命，這些提吊配件采用黃銅材質。

圖7中的容器既能運輸液體放射性同位素產品也能運輸固體放射性同位素產品，該容器分內外兩層，內層為可重復使用的屏蔽容器，屏蔽層為44mm的鉛屏蔽，外殼為不銹鋼材質，并配有屏蔽塞及密封蓋。選用泡沫塑料做緩沖材料。

圖7　2767R型容器

3.2貨包試驗情況

根據各自國家放射性物質運輸貨包試驗相關規定，許多國家進行過貨包的試驗工作，很多國家還建立了相對完善的貨包實驗室。

美國從20世紀60年代就開始了放射性物質運輸貨包設計、評價和試驗方面的研究， 已做了大量的試驗，具有放射性物質運輸貨包檢驗驗證設施、技術和取證試驗的經驗。擁有諸如橡樹嶺國家實驗室（ORNL）、圣地亞國家實驗室（SNL）、美國國家運輸研究中心（NTRC）、美國運輸技術中心有限公司（TTC INC.）等貨包試驗機構［8］。

圣地亞國家實驗室有新、舊兩個滑車軌道設施。滑車軌道設施使用火箭滑車軌道進行水平方向的高速沖擊試驗、空氣動力學試驗和加速度試驗。舊滑車軌道設施主要用于非常大物體的試驗。新火箭滑車軌道設施主要用于非常高速的試驗。

橡樹嶺國家實驗室的塔防護設施試驗類型包括沖擊、貫穿和動態壓碎試驗。該實驗室目前的下落設施能完成最重4.5t、9m下落試驗和不同角度的貫穿試驗，9m、500kg下落物壓碎試驗和壓縮/堆積試驗。

圣地亞國家實驗室的遙測儀器和有線儀器提供了全范圍的數據收集設施。除了在每個試驗設施的數據收集能力外， 還有移動式儀器數據獲取系統能用于貨包試驗。除了儀器數據收集外， 該實驗室廣泛應用高速攝像能力。高速膠片或數字攝像用于驗證試驗過程中沖擊和接下來的貨包響應。攝像速度從24幀/s（實時速度）至250000幀/s。高速膠片數據是時間編碼的，能與儀器數據相關聯。

圣地亞國家實驗室使用LS-DY NA、IN-GRID、COSMOS/M、ABAQUS和TAURUS結構分析軟件，模擬貨包結構和貨包的假想事故條件，從而在貨包設計過程中和試驗前評價貨包設計。這些軟件都是采用有限元方法建立的。實驗室使用這些軟件評價沖擊試驗的結果和估計相應試驗對貨包內容物的震動影響，指導如何進行試驗和發現細小的設計缺陷。

另外美國能源部在20世紀70年代開展了運輸容器的超規程試驗，試驗的意圖是驗證數學模型，同時也模擬人們明確表示關注的事故景象類型。這些試驗不是驗證試驗，而是評價大尺寸貨包的響應來研究任何災難性行為下的潛能。

其他國家例如德國的聯邦材料研究和試驗研究所［9］以及日本等國，除了可進行IAEA《規程》所規定的放射性物質運輸貨包的各項試驗外，還可以做超規程試驗。例如：模擬重物掉落到不帶減振器的乏燃料運輸P貯存貨包上的動態壓碎試驗；乏燃料貨包在1000e熱環境中的耐熱試驗；乏燃料和高放廢物貨包在水面下3000m處1h的水浸沒試驗等［10］。部分實驗室還具有貨包設計、材料性能研究、理論計算、計算機模擬、安全分析、性能檢驗、軟件開發等多方面的能力和經驗。

4　與國外先進技術的差距及建議

通過以上對比可以明顯看出，我國核技術應用起步較晚，其它相關領域的研究如材料學、力學、工業設計等方面遠遠落后于發達國家。尤其是在放射性同位素產品運輸包裝容器質量控制實驗驗證方面與國外存在很大差距。

目前國內在用的放射性同位素產品運輸包裝僅僅達到國家標準對表面劑量限值的標準，對于產品的便捷、安全使用及貨包在各種運輸方式過程中突發狀況下的研究還十分欠缺。建議國家相關部門在不斷完善放射性物質安全運輸標準的同時，支持鼓勵有能力、有經驗及條件的科研機構、生產企業設立專門的研發課題，針對不同類別、不同用途、不同運輸方式、不同使用人群的放射性產品運輸包裝容器進行設計、制造、加工。在設計過程中，應用先進的計算機程序，如MCNP、EGSnrc、NUCARS等來替代繁復的人工計算。運輸包裝的結構及包裝方式要結合產品的性狀、用途，深入探討人機工程學及產品的運輸使用安全，精細化運輸包裝容器的加工工藝。隨著材料科學的發展，大量高性能的屏蔽材料及緩沖材料應運而生，如近年來比較熱門的復合材料，有機材料等。在放射性物質運輸包裝容器中可大膽的運用各類新型材料以提升包裝容器的各方面性能。

［1］中華人民共和國國家標準.放射性物質安全運輸規程.GB11806-2004.

［2］IAEA. Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material. IAEA Safety Standards Series No.TS-R-1，2005.

［3］羅志福.中國放射性同位素技術之現狀與展望［A］.全國"核技術及應用"發展戰略研討會論文集［C］，2003年.

［4］羅征，周新貴，于海蛟，趙爽 等.核屏蔽材料研究與進展［A］.第十二屆反應堆數值計算與粒子輸運學術會議論文集［C］，2008年.

［5］盧玉楷，戴長年，丁大純，馮宗瑜.放射性物質A型貨包的設計、檢驗和系列化研究［J］.同位素，1997，10（2）.

［6］張雷，趙兵，王學新，李國強.放射性物質運輸貨包試驗工作進展［J］.輻射防護通訊，2010，30（6）.

［7］Kelly D L， Boles J L， Ferrell P C， et al.Packageing Engineering and Testing Capabilities at Duratek Federal Services，Inc.， Northwest Operations， USA. Packaging， Transport， Storage &Security of Radioactive Materials，2001，12（2/3）.

［8］SNL. Materials Transportation Testing&Analysis Program at Sandia National Laboratories. http：//www，sandia.gov/tp/tp.thml.

［9］Droste B，Quercetti T，Gogolin B.Test Facilities for Radioactive Materials Transport Packagings（BAM，Germany）.Packaging， Transport，Storage&Security of Radioactive Materials，2001，12（2/3）.

［10］Itoh C， Seagusa T， Yamakawa H，et al. Packaging Testing of Type B Packages in Japan to Conditions Different from Regulatory Package Test Standard. transport， Storage Security of Radioactive Materials，2007，18（2）.