淺析X射線探傷室的工程設計原則

李偉

（中機中聯工程有限公司 重慶 400000）

淺析X射線探傷室的工程設計原則

李偉

（中機中聯工程有限公司 重慶 400000）

X射線探傷焊接生產中常見的一種焊縫檢驗的方法，它適用于各類鋼材、有色金屬等焊縫缺陷的檢驗，具有檢驗范圍廣、缺陷直觀、底片留底等優點。X射線的輻射會造成白細胞減少、免疫力低下，對人體造成極大的傷害。工業射線探傷防護原則有：屏蔽防護、距離防護、時間防護等。在工程設計中，常采用屏蔽防護方式對射線進行屏蔽。本文以國內一大型壓力容器企業的X射線探傷室為基礎，詳細的介紹X射線探傷室的設計思路。

X射線；探傷；工程設計

1 項目概況

根據需要，探傷室內布置3臺X射線探傷機，型號為：XYD4010/3、XYD3010/3、XYD2250/3。探傷室包含：曝光室（9.6m×13m×6m）、控制室、暗室、評片室、資料室、曝光室大鉛門（3.6m×4m）等，探傷機參數及探傷室平面布局見圖1。

圖1 探傷機參數及探傷室平面布局

工作制度：5d/周，6h/d。

2 探傷室屏蔽設計

探傷室的防護層分主防護層和次防護層。曝光室四周的墻體受到X射線直射被稱為主防護層，主要考慮射線機的初級X射線的屏蔽；曝光室屋頂被稱為次防護層，主要考慮射線機的漏射線和散射線的屏蔽。本文以最大的射線機XYD4010/3為計算依據，對探傷室進行屏蔽設計。

2.1 對初級X射線的屏蔽（主屏蔽墻）

根據《輻射防護基礎》要求，初級X射線的屏蔽投射量：

式中：Hmt——周劑量限值，（mSv/周）；

d——參考點（人）與X射線源的距離，（m）；

W——周工作負荷（mA.min/周）；其中W=It，I為射線管管電壓（mA），t為周工作時間（min）；

U——利用因子，無量綱，U=1；

T——居留因子，無量綱，職業人員T=1。

根據國家《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（GB188871-2002），對職業人員周劑量Hmt=1mSv/周=0.1rem/周，公眾人員為0.02mSv/周[2]。

工作時，X射線源與墻體的距離d=4m，則有：

查看圖2，可知：在400kV管電壓作用下，混凝土（密度2.35g/cm3）屏蔽墻體的厚度為：HZ1=490mm；鉛板（密度11.35g/cm3）屏蔽層的厚度為：HM1=27mm。

圖2 X射線穿混凝土/鉛板時Bxt與屏蔽層厚度的關系[1]

考慮3臺探傷機同時工作的輻射量，可加上3個半價層厚度。查表1[3]，在400kV管電壓下，混凝土的半價層厚度為30mm；鉛的半價層厚度為2.5mm。

表1 鉛和混凝土的寬X射線束的近似半值層[3]

探傷室主屏蔽混凝土墻體厚度為：HZ=490mm+3×30mm=580mm

探傷室主屏蔽鉛門厚度：HM=27mm+3×2.5mm=34.5mm

2.2 對漏射線和散射線屏蔽設計

一般情況下，探傷室應禁止X射線機對屋頂進行直接照射，因此只有漏射線和散射線對屋頂產生影響，故探傷室屋頂厚度的綜合考慮漏射線和散射線。

2.2.1 漏射線的屏蔽

根據《輻射防護基礎》中的要求，漏射線的屏蔽厚度的可采用1/10減弱厚度來計算。輻射劑量減弱K倍所需的1/10減弱厚度數目為：

表2 強衰減、寬X射線束的近似半減弱層厚度T1/10[1]

允許漏射線劑量率（焦點1m處空氣比釋動能率）：小于5mGy/h，計算時按 5mGy/h 考慮，即為 0.5rem/h[2]。則有：WL=0.5rem/h×5d×6h/周=15rem/周。

同樣需考慮3臺探傷機同時工作，加3個半價層厚度，故漏射線的屏蔽混泥土屏蔽墻厚度為：HL=107mm+3×30mm=197mm。

新一輪基礎教育課程改革明確提出要求教師積極突破傳統的教學模式，轉變以往以教師說教為重點的教學方式，要求教師明確自身在教學中引導者與組織者的身份，并充分發揮自身的引導者與組織者的重要作用。在初中道德與法治課堂教學中，教師應該積極的優化教學的方法，以適合初中生身心特點和符合初中生興趣的方式開展道德與法治教學，有效激活初中生的思維，從而達到事半功倍的效果。

2.2.2 對散射線的屏蔽

若散射體離X射線源的距離為dsc，散射點到屏蔽墻的距離為dse，那么散射輻射透過屏蔽墻的最大允許投射量為：

式中：Hmt——周劑量限值，（mSv/周）；

W——周工作負荷（mA·min/周）；

T——居留因子，無量綱，職業人員T=1；

S——散射面積400時，散射體1m處的散射輻射照射量與入射輻射照射量之比；

已知數據dsc=4m，Hmt=0.1rem/周。查閱資料，取dse=0.7m，F=400cm。

查表 3[1]，取 S=0.0019，帶入式：

查看圖2，在400kV管電壓作用下，混凝土屏蔽墻體厚度為：Hs=350mm。

考慮3臺探傷機同時工作，加上3個半價層厚度，可知散射防護屏蔽材料混凝土的厚度為：Hs2=350mm+3×30mm=440mm。

表3 散射輻射的S值與入射光子能量的關系[1]

2.2.3 漏射和散射輻射的聯合屏蔽

如果散射輻射屏蔽厚度和漏射輻射屏蔽厚度相差不到三個半價層，則需在較大值上加上一個半價層的厚度；如果差別大于三個半價層厚度時，則較大值作為聯合屏蔽所需的厚度[1]。由于漏射輻射屏蔽厚度為197mm，散射輻射屏蔽厚度為440mm，兩者相差超過3個半價層。

故漏射和散射輻射聯合屏蔽混凝土墻體防護厚度為：Hs=Hs1=40mm。

2.3 探傷室屏蔽層厚度匯總

通過綜合考慮計算射線探傷時的初級X射線、漏射線和散射線等綜合因素，最終計算出曝光室屏蔽防護層的厚度，如表4所示。

表4 曝光室屏蔽防護層的厚度

3 探傷室工程設計要求

3.1 土建要求

3.1.1 曝光室

曝光室（含迷宮走道）采用混凝土結構，混凝土干容重不低于2.35g/cm3，曝光室墻體深入地下500mm。整個曝光室必須一次整體澆筑完成、不留施工縫，現澆混凝土必須振搗密實，防止骨料“沉底”現象。

3.1.2 鉛門

鉛門的尺寸應略大于門洞，鉛板密度不低于11.35g/cm3；鉛門左右方向比門洞大250mm，鉛門上方比門洞大150mm，鉛門下方應沉于地面下150mm。鉛門與混凝土墻體的縫隙控制在8mm以下，保證射線不泄露。

3.2 通風要求

X射線照射產生臭氧和氮氧化物，而臭氧空氣中濃度限值為0.1ppm，氮氧化物空氣中濃度限值為5ppm。當空氣中臭氧含量的重量百分比超過9.2×10-4%時，會使人明顯中毒。為了有效排除有害的氣體即臭氧和氮氧化物，要求曝光室機械通風[5]。為防止射線泄露通風管道采用迷道形式的地溝送風的系統。

3.3 電氣要求

曝光室的鉛門與射線機應設置機鎖聯動控制、門燈聯鎖控制系統，必須保證大門緊閉時曝光機才能開機工作。曝光室與控制室之間的電纜避免穿墻通過，必須穿過時需設置U型管道自地坪下穿過，管道埋地500mm以下。曝光室墻體上禁止開孔、留槽，所有插座和電線都明裝。

3.4 廢水要求

底片需要沖洗、定影和顯影的廢水含有機物和銀離子等重金屬，不能直接排放，需集中收集送專業單位處理。

4 結束語

屏蔽防護是工業X射線防護中最為重要的一項措施，因此，探傷室工程設計需謹慎。探傷室的工程設計涉及到土建、給排水、暖通、通風換氣、電氣等多個專業，需各專業協同完成。本工程竣工后，經過環保部門的檢測驗收，完全符合國家相關標準，也證明了論文所述的探傷室工程設計計算原則是可行的。

[1]李星洪，編著.輻射防護基礎.北京：原子能出版社.

[2]《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（GB188871-2002）.

[3]《工業X射線探傷放射衛生防護標準》（GBZ117-2006）.

[4]劉志峰，孫普勇.無頂式工業X射線探傷室的屏蔽厚度計算.中國輻射衛生，2006，6.

[5]葉建陽，甘軍明，金 挺.Equipment Manufactring Technology No.12，2010.

R142

A

1004-7344（2016）17-0295-02

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