移动式γ 射线探伤隔离边界的设定与控制

陈高飞 倪 伟 陈琛祥 吴 越 稂其良 刘 杰

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐314300）

0 前言

核电厂作为一个庞大的系统工程，对关键设备、管线的安全状况要求极为苛刻，电厂必须按照《在役检查大纲》和质量计划要求实施在役检查，γ 射线探伤是在役检查的重要作业方式。

γ 射线探伤是利用放射性核素发射的γ 射线进行金属构件内部结构的无损检测的实践活动, 移动式γ 射线探伤是针对固定式而言的。 移动式γ 射线探伤具有使用的放射源类别高(探伤所使用的放射源通常为铱-192、钴-60 等,活度一般为100Ci 左右,属于Ⅱ类放射源)、场所不固定、开放式用源等特点。

移动式γ 探伤存在较高的外照射风险，国家对其制定了法律法规来约束此项实践活动，《中华人民共和国放射性污染防治法》对核技术利用单位放射性污染防治提出了原则要求,《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》 对核技术利用单位提出了更加具体的管理要求，另根据γ 射线探伤企业事故频发的特点,2007 年环保部发布了最新的《关于γ 射线探伤装置的辐射安全要求》。

由于核电厂在设计、施工阶段并未考虑射线探伤相关的实体专设安全措施，目前射线探伤作业只能通过约束作业人员行为和附加防护手段来控制作业风险，对作业人员技能水平和责任心要求较高。

隔离边界控制的失效是射线探伤重要风险来源之一，因移动式探伤作业的特点， 发生人员误入或探伤作业辐射范围超出实际隔离区域，从而造成人员的超剂量照射事故和非计划照射事件的发生几率较高，此类事故后果通常较为严重，甚至可能造成人员伤亡。

1 探伤区域隔离边界的设定

根据国家法规要求，进行探伤前，作业人员必须先将工作场所划分为控制区和监督区， 控制区边界外空气比释动能率应低于15μGy·h-1,监督区其边界剂量应不大于2.5μGy·h-1。 作业人员在探伤过程中应保证各边界的完整和有效性，因此探伤前我们必须计算和确定隔离边界的范围。

探伤用γ 放射源的尺寸一般在10-2m 量级,而无屏蔽射线的边界至少在10m 的量级,距源的距离远远大于放射源的尺寸,可以当作点源进行处理，隔离半径a 存在计算公式（1）：

KN为无屏蔽时,在距离源a 处的空气比释动能率,A 为源的活度,Гk为放射源的比释动能常数。

表1 比释动能常数ГK(mGy·m2/h·GBq)

1.1 控制区边界的设定

设定控制区边界时，根据放射源的γ 射线向各个方向辐射时的不同情况，应设定三类不同的控制区距离，如图1 所示。

aⅠ： 辐射没有任何衰减时要求的控制区距离；aⅡ： 有用线束方向，经检测对象屏蔽后要求的控制区距离；aⅢ：有用线束方向以外，经源容器或其他屏蔽物屏蔽后要求的控制区距离。

隔离边界范围的计算方式：

aⅡ和aⅢ:aⅠ(m)乘以表3 中不同半减层数相对应的因子之积（可根据屏蔽物的厚度， 除以表2 中相应核素和屏蔽材料的半减层厚，求出其半衰减层数，进而从表3 查出相对应的因子）。

图1 应用屏蔽物的控制区（无比例）

表2 不同放射源的半减层厚近似值(HVL)(mm)

表3 用于控制区设定时在有衰减的辐射时aⅡ和aⅢ的因子

隔离边界确定后，必须悬挂清晰可见的“正在探伤严禁入内”警示标牌，未经许可人员不得进入该范围，可采用绳索、链条和类似的方法或安排监督人员实施人工管理。

2.2 监督区边界的设定

监督区位于控制区外，是对控制区的一个补充，边界处应有“当心，电离辐射”警示标识，允许有关人员在此区活动，培训人员或探访者也可进入该区域，公众不得进入该区域。

计算理论监督隔离边界范围a0 与控制区aⅠ相同：

2 核电厂探伤作业的现状

2.1 常用探伤源活度

中核核电运行管理有限公司秦二厂（以下简称秦二厂）运行阶段常用探伤源为钴-60、铱-192,活度一般在100Ci 及以下，源容器外的接触剂量率控制在2mGy·h-1 以下，具体如下：

表4 二厂探伤源常用核素种类及活度

表5 源容器周围空气比释动能率控制值（mGy·h-1）

2.2 核电厂厂区内探伤隔离边界的设定方法

核电厂与其他工业场所不同， 核反应堆本身就是一个巨大的源项，核电厂厂区边界内所有区域按照放射性系统和设备的分布，以及潜在的辐射照射和污染风险的大小，分为辐射工作场所（包括辐射控制区和辐射监督区）和非辐射工作场所。 秦二厂在满足法规要求的前提下，编制了符合自身特点的划分标准，即在辐射控制区外的探伤，边界处的剂量率不得高于2.5μSv/h,在辐射控制区内的探伤，边界处剂量率不得高于该区域辐射分区的上限值。

核电厂探伤隔离边界设定，是基于上述2.1 与2.2 的计算方法，但在实际计算过程中，考虑到现场条件较为复杂，管线、屏障物体较多，很难做等效处理，通常保守估算，如非大的连续性的屏蔽体（如厂房实体墙等）， 一般不建议做等效考虑。 如保守估算出的理论隔离边界过大，则可通过以往实际经验来适当调整边界（调整幅度不宜过大），但最终是否符合边界要求需通过对边界处的实际辐射水平进行巡测来设定，如隔离边界设置过小，应终止探伤，重新设置隔离边界。

为了提高电厂效益， 电厂对于大修工期的控制要求越来越严格，这就对探伤隔离边界区域范围选取的适当性提出了新的挑战，秦二厂通过长期的摸索和经验积累，对设定探伤隔离范围已有一套有效的方法，下面介绍几种常用的方法及其局限性。

2.2.1 直接隔离法

根据探伤源活度的大小，核素的种类，通过简单的公式计算就可以大致设定所需隔离的范围，直接隔离法易于实施，作业量少，只需在计算区域内拉设隔离带，放置警示标牌、灯具即可，范围较大无法实体隔离的区域也可通过安排人员定点值守的方式来解决隔离边界的控制问题。

直接隔离法一般会造成隔离区域较大，影响范围广，如隔离区域内有人员通道、检修活动，则须隔离人员通道，停止相关检修活动，对大修其他工作影响较大，一般不直接采用此方法。

2.2.2 实体屏蔽法

γ 射线射程较远，且有很强的穿透能力，射线透过物质会被物质吸收,其透过量随物质的厚度呈指数规律衰减。 一般物质的密度越大衰减系数也越大, 即同等厚度密度大的材料使射线的减弱倍数增多,因此,对无用射线要利用密度大的物质进行屏蔽,一般采用铅板屏蔽。即透照的反方向可用一小块厚铅板对射线源进行包裹,这样屏蔽效率高效果好。 操作人员还可以利用附近的物体如:钢结构、砼物、墙壁、金属容器、设备等进行屏蔽。

当无任何可用于屏蔽的物体或屏蔽体作用不良时,可制作移动式屏蔽体。 移动式屏蔽体的设计原则：体积和质量应尽量小,以便于移动，屏蔽效果要达到防护要求，选择屏蔽材料要合理，根据反射区域辐射剂量的大小及周围反射物体的多少, 可以选用不同式样的铅屏蔽体。 常用的有种半敞开式和全封闭式，各有利弊，此处不做累述。

实体屏蔽的方法，效果明显，能根据实际需求，极大的减少隔离区域范围（常见材料的半减层厚见表2），但铺设屏蔽措施作业量较大，会加大作业人员的负担，不受作业单位的欢迎，且易受探伤区域环境条件、位置高低所限，一般主要选取对附近有作业或人员活动的场所通道方向来进行屏蔽，以减少隔离范围，降低对其他作业的影响。

2.2.3 错“峰”原则

错“峰”即错开两个峰值时间段：错开区域内作业高峰时间段，错开人员活动的高峰时间段。 如无特殊原因，尽可能的选择人员活动较少的晚上或凌晨时段，此时间段便于边界的隔离和控制，对大修其他工作安排影响最小。

错“峰”是电厂较为常用的方法，便于边界的设定，不影响其他作业，对人员产生的辐射风险也最小，但大修工期有限，且部分探伤作业需在特定的机组工况下才能进行，不可能所有探伤都能安排在此时间段内实施，有一定的局限性。

2.2.4 选择合适的探伤源活度

源强的大小直接影响辐射区域的范围，源强越大，辐射范围越广，隔离区域也就越大，隔离的难度也就相应增大，按照公式（1）可以得出，A 与a2 是正比关系。 目前,核电厂大修探伤源一般为20-100Ci，理论上一个80Ci 的探伤源隔离边界距离理论上为一个20Ci 源的2 倍，这在实际应用中是一个非常大的数值。

目前核电厂探伤源一般在20-100Ci 之间，虽可选择空间不大。但在满足探伤要求的前提下，选择合适的探伤源是减少隔离区域范围的一个非常有效的手段，也是减少辐射危害的一个的重要手段，是探伤人员必须考虑的一个方法。

2.2.5 采用源机射线定向装置

源机射线定向装置即在γ 射线源机上增加屏蔽无用射线的装置，减少对无用方向的影响，目前市场上已有此类射线的屏蔽装置。 但因价格、操作、便携度、对成像影响等问题，暂时未在行业内流行起来。

射线探伤区域设定是一个较为复杂的过程，单一的从时间、距离、屏障、源项等方面来考虑减少隔离区域是很难满足要求的，在实际作业中，一般综合考虑各类措施的利弊，采用多种措施来满足隔离边界的要求，降低对其他作业区域和作业人员的影响。

3 设定隔离边界的若干问题及思考

按照国家法规要求，探伤隔离边界处的剂量率不得高于2.5μSv/h，受制于电厂各种因素，实际隔离过程中往往难于实现。

3.1 地形因素制约，隔离措施难于实施

γ 探伤源发射的为各方向无差别无限制的射线，如无特殊装置屏蔽无用射线，在隔离实施人员难于达到的区域，如无特殊工具，难于做到满足要求的实体或警示隔离。

以临海核电厂为例，部分探伤场所靠近海，如在PX 泵房、AC 去污车间、汽轮机厂房等探伤时，就可能造成辐射区域大，对附近礁岸、海面等人员难于到达的区域造成影响。目前电厂极少配备适合此类地形海面的交通工具，测量和布置隔离措施较为困难。但此类海面、暗礁等涉及的面积不大，也基本不属于渔业、旅游地带，人迹较少，且根据探伤源的活度估算，此类区域发生公众或工作人员的超剂量照射事件的概率是极低的，对公众、环境的影响也是可控的。

目前法规上只是设定了一个统一的划分标准及方法，监督区的边界剂量应不大于2.5μGy·h-1，公众人员不得进入此区域，并未涉及此类特殊情况处理，如须满足要求，势必加大人员、物资等的投入，且增大其他安全风险，是否可将此类地形、海面作为天然屏障来考虑，是一个值得探讨的问题。

3.2 辐射范围广，难于实施有效隔离

某些厂房探伤时，会波及UD1 内的办公室区域，甚至造成部分场外辐射监测设备报警，加屏蔽墙、选择合适的探伤源等防护措施虽然能减少影响区域，但因其局限性，很难从根本上解决问题。

目前，对于一定区域范围隔离（如仅限UD2 内），采取的方法一般为采用隔离带、警示牌、警示灯，在进入区域的各人员通道口安排专人看守，辐射防护人员定期巡查的方式来控制，但对于大面积区域，特别是涉及到UD1 范围内办公室的隔离，还没有十分有效的方法。 只能通过公司主页、人员通道提前发布探伤告示，大修计划部门协调尽量减少现场和办公室人员， 辐射防护部门保守估算影响区域的辐射水平等，来降低探伤作业对区域内人员的影响。

将整个办公区域作为隔离区，不利于大修工作的顺利开展，如何更好的规范此类情况的隔离，达到既不违反隔离要求，也不影响大修进度，是我们值得去考虑的问题。

3.3 “灯下黑”效应，容易忽视，难于判断隔离边界

γ 射线（光子）与光的传播形式类似，都存在一个“灯下黑”的现象，当探伤作业位置点地势较高时，附近部分区域就有可能存在一个阴影区，通常此区域辐射水平要低于其他区域。

在探伤作业开始后，辐射防护人员探伤区域附近的下方进行辐射水平验证测量时，如未考虑到此类情况，将阴影区域的辐射水平代表其他区域的辐射水平，就会盲目的缩小隔离边界，造成实际隔离边界外的剂量率远远高于2.5μSv/h 的标准。

例如在汽轮机厂房标高10m 的区域探伤作业时， 现场验证隔离边界测量中发现在厂房0m 附近的周边地区， 辐射水平是满足要求的，但在UD2 附近区域的辐射水平明显高于边界的控制标准。

电厂厂房及设备较多、地形较为复杂，阴影效应产生的影响区域难于估算，根据公式估算的边界来隔离，涉及范围过大不符合大修工作要求。 目前对此类现象并无解决措施，辐射防护人员巡检验证测量的方式虽可减少部分探伤隔离边界，但如若验证区域过大，则可操作性就不高。

4 结束语

移动式γ 射线探伤是一项高辐射风险的作业，尽管秦二厂通过多年不断的经验总结和反馈， 初步形成了一套有效的探伤管理机制，降低了意外照射和超剂量照射事件的发生概率，但由于移动式探伤作业的特点，人因风险较高，在隔离措施和边界控制上也存在一些难点问题，仍然需要我们在以后的工作中加强和完善隔离边界的控制管理和对探伤作业人员的监督，保障探伤作业的辐射安全和公众安全。

［1］GB18871-2002 电离辐射防护与辐射源安全基本标准[M].北京：中国标准出版社，2003.

［2］GBZ132-2008 工业γ 射线探伤放射防护标准[M].

［3］王川，金卫阳，等.射线探伤安全管理（二厂）[Z].2012.

［4］韦正，刁端阳.张平.γ 射线移动探伤的防护距离估算[Z].2010.