浅析X射线探伤室的工程设计原则
2016-08-16李伟
李伟
（中机中联工程有限公司 重庆 400000）
浅析X射线探伤室的工程设计原则
李伟
（中机中联工程有限公司 重庆 400000）
X射线探伤焊接生产中常见的一种焊缝检验的方法，它适用于各类钢材、有色金属等焊缝缺陷的检验，具有检验范围广、缺陷直观、底片留底等优点。X射线的辐射会造成白细胞减少、免疫力低下，对人体造成极大的伤害。工业射线探伤防护原则有：屏蔽防护、距离防护、时间防护等。在工程设计中，常采用屏蔽防护方式对射线进行屏蔽。本文以国内一大型压力容器企业的X射线探伤室为基础，详细的介绍X射线探伤室的设计思路。
X射线；探伤；工程设计
1 项目概况
根据需要，探伤室内布置3台X射线探伤机，型号为：XYD4010/3、XYD3010/3、XYD2250/3。探伤室包含：曝光室（9.6m×13m×6m）、控制室、暗室、评片室、资料室、曝光室大铅门（3.6m×4m）等，探伤机参数及探伤室平面布局见图1。
图1 探伤机参数及探伤室平面布局
工作制度：5d/周，6h/d。
2 探伤室屏蔽设计
探伤室的防护层分主防护层和次防护层。曝光室四周的墙体受到X射线直射被称为主防护层，主要考虑射线机的初级X射线的屏蔽；曝光室屋顶被称为次防护层，主要考虑射线机的漏射线和散射线的屏蔽。本文以最大的射线机XYD4010/3为计算依据，对探伤室进行屏蔽设计。
2.1 对初级X射线的屏蔽（主屏蔽墙）
根据《辐射防护基础》要求，初级X射线的屏蔽投射量：
式中：Hmt——周剂量限值，（mSv/周）；
d——参考点（人）与X射线源的距离，（m）；
W——周工作负荷（mA.min/周）；其中W=It，I为射线管管电压（mA），t为周工作时间（min）；
U——利用因子，无量纲，U=1；
T——居留因子，无量纲，职业人员T=1。
根据国家《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB188871-2002），对职业人员周剂量Hmt=1mSv/周=0.1rem/周，公众人员为0.02mSv/周[2]。
工作时，X射线源与墙体的距离d=4m，则有：
查看图2，可知：在400kV管电压作用下，混凝土（密度2.35g/cm3）屏蔽墙体的厚度为：HZ1=490mm；铅板（密度11.35g/cm3）屏蔽层的厚度为：HM1=27mm。
图2 X射线穿混凝土/铅板时Bxt与屏蔽层厚度的关系[1]
考虑3台探伤机同时工作的辐射量，可加上3个半价层厚度。查表1[3]，在400kV管电压下，混凝土的半价层厚度为30mm；铅的半价层厚度为2.5mm。
表1 铅和混凝土的宽X射线束的近似半值层[3]
探伤室主屏蔽混凝土墙体厚度为：HZ=490mm+3×30mm=580mm
探伤室主屏蔽铅门厚度：HM=27mm+3×2.5mm=34.5mm
2.2 对漏射线和散射线屏蔽设计
一般情况下，探伤室应禁止X射线机对屋顶进行直接照射，因此只有漏射线和散射线对屋顶产生影响，故探伤室屋顶厚度的综合考虑漏射线和散射线。
2.2.1 漏射线的屏蔽
根据《辐射防护基础》中的要求，漏射线的屏蔽厚度的可采用1/10减弱厚度来计算。辐射剂量减弱K倍所需的1/10减弱厚度数目为：
表2 强衰减、宽X射线束的近似半减弱层厚度T1/10[1]
允许漏射线剂量率（焦点1m处空气比释动能率）：小于5mGy/h，计算时按 5mGy/h 考虑，即为 0.5rem/h[2]。则有：WL=0.5rem/h×5d×6h/周=15rem/周。
同样需考虑3台探伤机同时工作，加3个半价层厚度，故漏射线的屏蔽混泥土屏蔽墙厚度为：HL=107mm+3×30mm=197mm。
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2.2.2 对散射线的屏蔽
若散射体离X射线源的距离为dsc，散射点到屏蔽墙的距离为dse，那么散射辐射透过屏蔽墙的最大允许投射量为：
式中：Hmt——周剂量限值，（mSv/周）；
W——周工作负荷（mA·min/周）；
T——居留因子，无量纲，职业人员T=1；
S——散射面积400时，散射体1m处的散射辐射照射量与入射辐射照射量之比；
已知数据dsc=4m，Hmt=0.1rem/周。查阅资料，取dse=0.7m，F=400cm。
查表 3[1]，取 S=0.0019，带入式：
查看图2，在400kV管电压作用下，混凝土屏蔽墙体厚度为：Hs=350mm。
考虑3台探伤机同时工作，加上3个半价层厚度，可知散射防护屏蔽材料混凝土的厚度为：Hs2=350mm+3×30mm=440mm。
表3 散射辐射的S值与入射光子能量的关系[1]
2.2.3 漏射和散射辐射的联合屏蔽
如果散射辐射屏蔽厚度和漏射辐射屏蔽厚度相差不到三个半价层，则需在较大值上加上一个半价层的厚度；如果差别大于三个半价层厚度时，则较大值作为联合屏蔽所需的厚度[1]。由于漏射辐射屏蔽厚度为197mm，散射辐射屏蔽厚度为440mm，两者相差超过3个半价层。
故漏射和散射辐射联合屏蔽混凝土墙体防护厚度为：Hs=Hs1=40mm。
2.3 探伤室屏蔽层厚度汇总
通过综合考虑计算射线探伤时的初级X射线、漏射线和散射线等综合因素，最终计算出曝光室屏蔽防护层的厚度，如表4所示。
表4 曝光室屏蔽防护层的厚度
3 探伤室工程设计要求
3.1 土建要求
3.1.1 曝光室
曝光室（含迷宫走道）采用混凝土结构，混凝土干容重不低于2.35g/cm3，曝光室墙体深入地下500mm。整个曝光室必须一次整体浇筑完成、不留施工缝，现浇混凝土必须振捣密实，防止骨料“沉底”现象。
3.1.2 铅门
铅门的尺寸应略大于门洞，铅板密度不低于11.35g/cm3；铅门左右方向比门洞大250mm，铅门上方比门洞大150mm，铅门下方应沉于地面下150mm。铅门与混凝土墙体的缝隙控制在8mm以下，保证射线不泄露。
3.2 通风要求
X射线照射产生臭氧和氮氧化物，而臭氧空气中浓度限值为0.1ppm，氮氧化物空气中浓度限值为5ppm。当空气中臭氧含量的重量百分比超过9.2×10-4%时，会使人明显中毒。为了有效排除有害的气体即臭氧和氮氧化物，要求曝光室机械通风[5]。为防止射线泄露通风管道采用迷道形式的地沟送风的系统。
3.3 电气要求
曝光室的铅门与射线机应设置机锁联动控制、门灯联锁控制系统，必须保证大门紧闭时曝光机才能开机工作。曝光室与控制室之间的电缆避免穿墙通过，必须穿过时需设置U型管道自地坪下穿过，管道埋地500mm以下。曝光室墙体上禁止开孔、留槽，所有插座和电线都明装。
3.4 废水要求
底片需要冲洗、定影和显影的废水含有机物和银离子等重金属，不能直接排放，需集中收集送专业单位处理。
4 结束语
屏蔽防护是工业X射线防护中最为重要的一项措施，因此，探伤室工程设计需谨慎。探伤室的工程设计涉及到土建、给排水、暖通、通风换气、电气等多个专业，需各专业协同完成。本工程竣工后，经过环保部门的检测验收，完全符合国家相关标准，也证明了论文所述的探伤室工程设计计算原则是可行的。
[1]李星洪，编著.辐射防护基础.北京：原子能出版社.
[2]《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB188871-2002）.
[3]《工业X射线探伤放射卫生防护标准》（GBZ117-2006）.
[4]刘志峰，孙普勇.无顶式工业X射线探伤室的屏蔽厚度计算.中国辐射卫生，2006，6.
[5]叶建阳，甘军明，金 挺.Equipment Manufactring Technology No.12，2010.
R142
A
1004-7344（2016）17-0295-02
2016-6-2
