某港口集装箱/车辆检查设备职业病危害放射防护预评价

吴友涛，李林涛，张德康

(四川省肿瘤医院放疗中心，四川 成都 610041)

根据海关大型集装箱/车辆检查设备(H986设备)五年建设规划，结合海关监管实际需求，某港口配备1套组合移动式集装箱/车辆检查系统。根据《中华人民共和国职业病防治法》[1]的要求，为保障放射工作人员和可能进入该场所公众的辐射安全，以及为行政部门审批提供技术依据，对该港口集装箱/车辆检查设备进行职业病危害放射防护预评价。

1 项目概况与工程分析

1.1 项目概况

拟建项目用地为原露天煤场用地，北侧约30 m为原有煤场平房(拟拆除)，东侧约90 m为煤场厂房，南侧约150 m为空置厂房，西侧约30 m为原煤场平房(拟拆除)，西南侧约50 m拟建控制楼，拟建项目场地周围200 m范围内无居民区。该项目所在地区周围的γ射线外照射剂量率为0.13～0.19 μGy/h，属正常放射性本底水平。

项目拟建1套MB1215DE型集装箱/车辆检查系统。该项目共涉及6名放射工作人员，其中管理人员1名(兼任日常辐射安全员)，图像检查人员1名，系统控制人员1名，车辆引导人员1名，设备日常维护维修人员1名。

1.2 工程分析

MB1215DE型组合移动式集装箱/车辆检查系统，利用X射线的穿透能力及辐射成像技术，对车内货物进行透视检查。该设备由扫描车体、控制站、检入站、图像检查站等组成，其中控制站、检入站、图像检查站安装在控制楼内。

安全检查流程：1)工作人员开启系统，系统开机自检，系统启动，操作员在控制室远程操作对车辆进行安全检查；2)在车辆引导员指挥下，司机驾驶车辆驶入扫描检查通道指定位置，司机下车离开控制区域；3)操作员通过监控设备、对讲设备确认扫描大厅无人后，启动扫描预警装置，系统开始自动扫描；4)扫描结束后，司机进入通道将被检车辆驶离，停放在指定位置等待检查结果。

2 辐射源项分析

该系统采用交替双能(6/3 MV)驻波电子直线加速器，按照设定的频率交替射出6 MV和3 MV的X射线。电子枪在脉冲电压加热后发出电子，电子在加速管内被磁控管产生的微波加速;加速后的高能电子通过偏转磁场引出，轰击靶产生高能X射线；高能X射线经多重准直器准直成形后，变成扇形窄束X射线射出。

3 工作场所布局和防护设施分析

3.1 工作场所平面布局

检查通道为东西走向的长方形区域，西侧为车辆入口，东侧为车辆出口。扫描大厅长约46 m，宽约14 m，高约7 m，在其入口和出口处均设有电动栏杆和红外报警装置。检查仪运动轨道长约32 m，轨道距西侧入口约8.2 m，距东侧出口约6.2 m，距北墙约2.6 m，距南墙约3.4 m。射线发生装置(加速器)位于南侧，探测器位于北侧，主射线由南向北照射。按照GB 18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》[2]的要求，把工作场所分为控制区和监督区。整个扫描大厅设置为控制区，加速器出束时，区内不得有人滞留。扫描大厅周围邻近区域为监督区，该区域不需要采取专门的防护手段和安全措施，但要定期检查其辐射剂量。

3.2 屏蔽计算

在正常运行情况下，6/3 MV驻波电子直线加速器在束流的中心轴方向上，距离靶点1 m处的X射线输出剂量率不大于450 mGy/min，即2.7×107μGy/h，扇形主束张角为54.3°；加速器非主束方向泄漏率不大于0.001%，其中后向泄漏率不大于0.000 4%。

对X射线标称能量低于10 MV的电子直线加速器，不用考虑感生放射性问题[3]。拟建设项目采用的电子直线加速器产生的X射线能量最大为6 MV，低于钨靶发生(γ,n)反应的阈值，一般不予考虑中子贯穿辐射和感生放射性问题。

采用的屏蔽计算公式[4]如下。

透射计算公式为

(1)

散射计算公式为

(2)

货物一次检查吸收剂量计算公式为

(3)

3.3 屏蔽设计

3.3.1 系统自身屏蔽防护

该项目MB1215DE型集装箱/车辆检查系统自带屏蔽防护，加速器系统和探测器系统的自屏蔽如图1所示。

加速器舱采用铅钢相夹的多层屏蔽结构，前壁采用10 mm厚钢板夹10 mm厚铅板，左右侧壁采用10 mm厚钢板，后壁采用20 mm厚钢板夹15 mm厚铅板。准直器铅屏蔽长度为160 mm。垂直探测器臂四周采用铅钢多层屏蔽，左右两侧采用20 mm厚钢板夹10 mm厚铅板，后墙采用20 mm厚钢板夹50 mm厚铅板;探测器臂背后采用160 mm厚铅板，侧面板采用5 mm厚铅板;探测器两侧通道墙采用50 mm厚钢板。

3.3.2 拟采用屏蔽防护措施

扫描大厅为单层建筑，扫描大厅北侧墙体拟采用厚300 mm、高7 000 mm的现浇混凝土(密度为2.5 g/cm3)屏蔽墙；其他三侧墙体均拟采用厚240 mm、高7 000 mm的实心黏土砖墙，屋顶拟采用1.0 mm热镀铝锌彩涂板。

3.3.3 计算结果

选取5个关键点作为计算参考点进行剂量计算，如图2所示。

辐射防护区边界各参考点剂量率计算结果见表1。可以看出：系统辐射工作场所各相关区域关注点的计算结果均符合GBZ 143—2015《货物/车辆辐射检查系统的放射防护要求》[5]的规定，检查系统监督区边界处的周围剂量当量率不大于2.5 μSv/h。

表1 系统辐射防护边界各点剂量率计算结果

3.4 类比分析

该项目涉及的MB1215DE型检查系统与XX海关MB1215DE型检查系统同型号，该项目集装箱检查系统和类比项目相关参数对比见表2。

表2 该项目集装箱检查系统和类比项目相关参数对比

该项目与类比项目检查系统性能参数和运行工况完全相同，建设规模相似，该项目与类比项目相应的扫描大厅主射线墙体的屏蔽厚度相同(300 mm混凝土，密度2.35 g/cm3)，该项目其他三侧墙体的防护效果优于类比项目。该项目与类比项目具有可比性。

XX海关MB1215DE型检查系统扫描大厅为南北走向的长方形区域，南侧为进口，北侧为出口。检查系统的射线发生装置(加速器)位于东侧，探测器位于西侧，主射线由东向西照射。扫描大厅西北侧设置控制室。对XX海关MB1215DE型检查系统扫描大厅进行检测时，加速器处于正常集装箱卡车安检状态，以扫描系统固定和扫描系统移动一个周期为单位,进行工作场所防护检测，主要检测仪器为451P型便携式X、γ巡测仪，检测结果见表3。

由表3的类比检测数据可知：该类比系统正常运行时，工作场所各相关区域关注点的检测结果均符合GBZ 143—2015《货物/车辆辐射检查系统的放射防护要求》[5]的规定，检查系统监督区边界处周围的剂量当量率不大于2.5 μSv/h，检查系统控制室内的周围剂量当量率不大于2.5 μSv/h，操作人员操作位置的周围剂量当量率不大于1.0 μSv/h。

表3 XX海关MB1215DE型检查系统扫描大厅X射线周围剂量当量率检测结果

3.5 辐射安全防护措施

为保证设备的安全运行，保障放射工作人员和公众的安全和健康，该系统的辐射安全设计遵循故障-安全原则，拟设置冗余、多重的安全装置，采用多样化的部件，以保证当某一部件或系统发生故障时，设备均能保持安全状态。

辐射安全系统包括安全联锁开关、警示设备、门联锁、监控对讲装置、急停设施、辐射剂量仪器等。安全联锁开关保证只有开关触点闭合时，加速器才能出束。警示设备包括在通道进出口设置的电离辐射警告标志牌，以及在扫描车顶部横梁两侧、扫描大厅出入口安装的出束声光警示装置。在车辆出入口挡杆上安装门联锁开关装置。监控对讲装置可全景监控整个扫描大厅，控制室操作台设有麦克风，可广播提醒现场人员撤离。控制室操作台、加速器机头、车辆出入口电动挡杆等处安装有急停按钮，扫描大厅两侧墙壁设置急停拉线开关。检测站配备2套个人剂量报警仪和1套环境X、γ剂量率仪。

3.6 其他防护措施

空气在X射线辐照下，会发生辐照分解现象，分解产生的主要物质是臭氧(O3)和氮氧化物(NOx),其中O3的危害较大[6]。所以，在危害因素分析中仅考虑O3的影响。该项目MB1215DE型系统使用6/3 MV电子线加速器产生X射线，因此O3的产生需考虑2种射线的影响：1)电子线电离空气产生O3。加速器电子由电子枪产生，其后电子在真空加速管内完成加速，整个过程在密封真空环境下完成，因此不存在电子线电离空气产生O3问题。2)X射线电离空气产生O3。空气平均电离能为33.85 eV，空气每吸收100 eV能量大约产生3个离子对，加上激发、电离等效应，空气每吸收100 eV能量实际产生的O3分子为7.4个(低剂量率照射)至10.3个(高剂量率5×108Gy/s下照射)。经计算，加速器在运行中，有用束的O3产量为0.08 mg/h。在自然通风的条件下，体积约为6 415 m3，加速器室内平衡浓度远小于0.01 mg/m3，与GBZ 2.1—2019《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素》[7]规定的O3的最大容许浓度(0.3 mg/m3)相比，是完全可以忽略的。因此，扫描大厅可以不设置机械排风系统。

4 辐射监测

建设单位在监测工作中采取自测和委托监测相结合方案。对日常简单的工作场所辐射水平监测，由单位安排人员使用配置的便携式X-γ剂量率仪进行，并建立监测技术资料档案；放射工作人员在工作期间必须佩戴个人剂量计上岗。对工作场所及相邻场所的环境监测、个人剂量监测，委托有资质的技术服务机构进行，监测周期为30 d，最长不超过90 d[8]。

5 辐射危害评价

该项目中射线装置产生的X射线，其最大能量为6MV,X射线电离辐射危害主要表现为外照射影响。

5.1 正常运行条件下的辐射危害评价

MB1215DE型集装箱/车辆检查系统的扫描车速度为0.4 m/s，扫描18 m长的集装箱用时约45 s；保守估算系统每年工作250 d，每天工作8 h，每小时检测30辆车，则每年加速器出束时间约为562.5 h。取类比项目中最大值对放射工作人员及公众的受照剂量进行估算。在正常工作状况下，加速器在扫描过程中剂量当量率最高的点位(扫描大厅出入口处)为1.88 μSv/h，取引导员在该处居留因子为1，则引导员年受照剂量约为1.06 mSv；取公众在该处居留因子为1/16，则公众的年受照剂量约为0.07 mSv。受照剂量满足单位规定的放射工作人员所受年剂量低于5 mSv和公众所受年剂量低于0.25 mSv的要求，亦满足GB 18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》限值的要求。

5.2 异常和事故情况下辐射危害评价

人员误留在安检系统的扫描区，受射线的散射辐射和泄漏辐射照射，可能受到意外照射。系统扫描速度为0.4 m/s，被检货物距离靶点最近约为3.74 m，该位置X射线主束宽度约为15 mm，代入式(3)可计算得到被检货物一次检查吸收剂量为20.3 μGy。

对于X射线，其辐射权重因数为1，货物一次检查剂量当量等于其吸收剂量，故被检物品剂量当量为20.3 μSv，满足GB/T 19211—2015《辐射型货物和(或)车辆检查系统》[9]中“被检物品单次通过周围剂量当量应不大于1 mSv”的要求。

如有人误留在扫描大厅与货物一起受照，根据计算，其单次受照周围剂量当量为20.3 μSv。整个安检系统装置及其现场设有系列的辐射安全防护设备，诸如联锁装置、警示装置、联络设备和紧急停束按键等，也计划进一步完善相应的管理规章制度和安全操作规程。上述措施能够有效控制潜在照射，降低发生潜在照射的概率。

6 结论

该项目加速器X射线最高输出能量为6 MV，结合对该项目的职业病危害因素综合分析，该项目属于职业病危害严重建设项目。该项目拟设置的放射工作场所远离人员密集区，控制区和监督区划分合理，工作场所的设置既满足安检流程，又符合辐射防护要求，放射工作场所平面布局满足放射卫生学要求。该项目集装箱/车辆检查系统的辐射安全设施符合“故障-安全”原则，考虑了冗余性和多重性，满足防止潜在照射的控制要求。

对该项目屏蔽防护的计算和类比结果表明，在拟采取的屏蔽防护措施的基础上，各关注点最大剂量当量率为2.44 μSv/h，其屏蔽防护符合GBZ 143—2015《货物/车辆辐射检查系统的放射防护要求》的规定。