某周向工業X射線探傷機輻射環境影響探討

劉辰 張厚軍

摘要：針對MG165/2.25型工業X射線探傷機，進行了輻射環境影響預測，依據計算結果進行了分析，為探傷室工作人員和公眾防護提供參考與依據。

關鍵詞：周向；X射線；探傷機；輻射環境影響

人類對電離輻射的應用，涵蓋了從核電生產到醫療、工業、農業等各個方面，其中在工業方面最早建立起來的應用之一就是無損檢測。工業照相提供了一種檢測物質結構、性質是否完好的方法，主要用在容器，管道，焊點、鑄件等的檢測。這些設備的完整性不僅會影響產品的安全質量，也會對工人、公眾、環境造成一定的影響[1]。

航天工業發動機結構件大量采用焊接工藝，發動機產品中所有Ⅰ、Ⅱ級焊縫，需要進行百分之百X射線檢測，檢測任務量很大，但目前數字化檢測水平較低，缺少配套于焊接工藝研發的數字射線照相檢測設備，難以滿足新型發動機的金屬結構焊縫質量檢測的數字化水平。某周向工業探傷機可以用于航天發動機的無損檢測，采用IP板代替傳統膠片，提高檢測質量，滿足新型發動機關鍵檢測工序快速響應試制的數字化、高靈敏度的檢測需求。

工業探傷機開機時對周圍環境的X射線輻射影響主要有3類：第1類是初級X射線透過工件造成環境輻射影響；第2類是X射線被工件散射產生次級X射線即散射線；第3類是X射線探傷機開機時產生漏射線對環境造成輻射影響[2]。而且工業X 射線探傷機運行過程中，X 射線照空氣可使空氣內產生臭氧和氮氧化物[3]。本文通過計算探討某周向工業探傷機的輻射環境影響，為探傷室工作人員和公眾防護提供參考依據。

1 探傷室及MG165/2.25型工業探傷機相關參數

探傷室及MG165/2.25型工業探傷機最大管電壓160 kV，最大管電流6 mA，周向照射，位于探傷室內X射線廠房。

2 X射線輻射影響預測

2.1初級屏蔽墻外0.3m處劑量率

該探傷室使用MG165/2.25X射線探傷機，為周向照射，探傷室南墻、北墻和室頂應考慮有用線束的照射[4]。X射線探傷機的管電壓160kV，根據《工業X射線探傷室輻射屏蔽規范》（GBZ/T 250-2014），采用內插法估計該機距輻射源點（靶點）1m處最大輸出量為20.4mGy·m2·mA-1·min-1。南墻和北墻的屏蔽物質厚度分別為500 mm混凝土、600 mm混凝土，透射因子B均為10-6，輻射源點（靶點）至關注點的距離R分別為2.8m和8.9m。

根據《工業X射線探傷室輻射屏蔽規范》（GBZ/T250-2014）相關公式，南墻和北墻外30 cm處劑量率分別為0.93 μSv/h和0.09 μSv/h。

2.2 探傷時散射的劑量率

東墻、西墻、貨物進出門和人員進出門外的屏蔽物質厚度分別為300 mm混凝土、350 mm混凝土、140 mm鉛和30 mm鉛，透射因子B分別為4×10-5、9×10-6、10-6和10-6，輻射源點（靶點）至關注點的距離R分別為3.6 m、5.65 m、5.44 m和3.33 m。根據GBZ/T 250-2014 B.4.2，R02/F·α保守取50。

根據《工業X射線探傷室輻射屏蔽規范》（GBZ/T250-2014）相關公式，東墻和西墻外30 cm處散射輻射劑量率分別為0.4μSv/h和0.04 μSv/h，貨物進出門外30 cm和人員進出門外30 cm散射輻射劑量率分別為4.46×10-3 μSv/h和0.01 μSv/h。

2.3探傷時漏射的劑量率

根據GBZ/T250-2014中表1，X射線探傷機管電壓在150～200kV之間時，距靶點1m處的泄露輻射劑量率取值為2500μSv/h）。

根據《工業X射線探傷室輻射屏蔽規范》（GBZ/T250-2014）相關公式可計算出屏蔽設施外周圍漏射劑量率，東墻和西墻外30 cm處散射輻射劑量率分別為7.72×10-3 μSv/h和7.04×10-4 μSv/h，貨物進出門外30 cm和人員進出門外30 cm散射輻射劑量率分別為8.44×10-5 μSv/h和2.25×10-4 μSv/h。

2.4 探傷機工作人員及公眾在各關心點的劑量率

對初級輻射（透射）、散射輻射和漏射輻射在工作人員及公眾的劑量率進行匯總。南墻、北墻、東墻、西墻、貨物進出門和人員進出門外30 cm的總劑量率分別為0.4 μSv/h、0.93 μSv/h、0.04 μSv/h、0.09 μSv/h、4.54×10-3 μSv/h、0.01μSv/h和11.3μSv/h。

2.5劑量估算

（1）輻射工作人員受照劑量

X射線廠房探傷機工作時所致控制室內工作人員最大劑量率為0.4μSv/h，工作人員的最大附加劑量分別為0.056mSv/a遠小于2mSv/a的劑量限值。

（2）公眾受照劑量

X射線廠房南墻外0.3m公眾受照劑量最大，為0.03mSv/a，小于在本項目的公眾劑量限值0.1mSv/a。

3 輻射照射產生的有害氣體預測

3.1臭氧

3.1.1有用線束的O3 產額

根據相關文獻[5]，計算有用射線束所致O3 產額。

3.1.2泄漏輻射的O3 產額

將泄漏輻射看成為4π 方向均勻分布的點源（包括有用束區限定的空間區），并考慮探傷室墻壁的散射線使室內的O3 產額增加10%，=0.375Gy/min，R=10m（最大值），θ=+20?/-20?，G=10，容積V≈400m3。有用線束P=5.5mg/h，X射線廠房泄漏輻射的P=0.092mg/h。二項合計，P 總=5.6mg/h。

3.1.3 臭氧濃度

探傷室內的產生臭氧一部分由通風系統排到室外，另一部分自然分解。正常通風時探傷室的換氣次數達到4.7 次/h，即tv≈0.2h/次。由式（9）計算得T 為0.16h。當t>>T 時，臭氧達飽和濃度，由式（8）得到X射線廠房在正常排風時探傷室內的臭氧濃度分別為2.2×10-3mg/m3，遠遠低于工作場所中O3 濃度限值【《工作場所有害因素職業接觸限值-化學有害因素》（GBZ2.1-2007），濃度限值為0.3mg/m3】。

探傷室內臭氧通過排風系統由排氣筒排放，經過大氣的稀釋和擴散作用其濃度進一步降低，遠低于大氣環境質量標準中O3 濃度限值【《環境空氣質量標準》（GB3095-2012），1h 平均濃度為0.2mg/m3】，對周圍大氣環境的影響十分輕微。

3.2氮氧化物

在多種氮氧化物（NOx）中，以NO2 為主，其產額約為O3 的一半。工作場所中NO2 的濃度限值（GBZ2.1-2007，濃度限值為5mg/m3）超出O3 的10 多倍，環境空氣中其濃度限值（《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012），1h 平均濃度為0.2mg/m3與O3的濃度限值相同。因而，NOx 的產生和排放對周圍大氣環境的影響很小。

4 結論與建議

經預測分析，X射線廠房輻射工作人員所受年劑量分別0.056mSv/a，公眾受照劑量最大為0.03mSv/a，均低于職業工作人員2mSv/a，公眾人員0.1mSv/a的劑量約束限值。輻射照射產生的臭氧和氮氧化物濃度很低，對周圍大氣環境的影響十分輕微。

建議健全放射防護管理組織和規章制度，制訂詳盡的放射事故或放射突發事件應急預案，加強應急人員的培訓和應急演習訓練，以應對各種意外事故的發生。操作人員必須經過放射防護知識和工業探傷專業知識培訓，并經考核合格后方可上崗。從事放射的工作人員必須按規定開展個人劑量監測，監測周期為每三個月測讀一次個人劑量計。

根據國家有關規定，該工業X 射線探傷機房正常運行后，必須進行放射工作場所及周圍環境輻射水平檢測，由建設單位自行組織竣工驗收合格后，該項目方可正式投入使用。

參考文獻：

[1]沈樂園，曹璐璐，刁端陽. 個人劑量監測在輻射安全管理中的應用[J].中國輻射衛生，2013，22（4）：431-434.

[2]李德平，潘自強.輻射防護手冊：第一分冊：輻射源與屏蔽[M]北京：原子能出版社，1987.

[3]王厲秦都，姜鋮，李榮霞. 某X- 射線探傷室的屏蔽計算分析[J].環境科學與技術，2016，39（s2）：498-503.

[4]蘇靜，馮澤臣，孟斌，李海亮，X 射線探傷室輻射屏蔽探討[J].2017，26（4）：394-398.

[5]王時進，婁云. 輻射所致臭氧的估算與分析[J]. 中華放射醫學與防護雜志.1994，14（2）：101-103.