卧位式工业电子辐照加速器主机的屏蔽设计分析及防护效果验证

2021-01-18王路杰王飞伍虎

辐射防护通讯 2020年3期

王路杰, 王飞, 伍虎

(浙江杭康检测技术有限公司，杭州，310015)

工业电子辐照加速器在电缆企业应用广泛，主要用于电缆交联。设备产生电子束照射电缆线，使电缆线材料中的聚乙烯、聚烯烃、聚氯乙烯由线型结构转变为三维网状体型结构，从而改变电缆结构，提高电缆的耐热、耐裂和耐老化等性能，使电缆的用途更加广泛。工业电子辐照加速器一般分为立式和卧式，立式具有结构简单且束流损失小的优点，卧式具有节省空间的优点，目前，立式工业电子辐照加速器的应用更为广泛。

某公司因电缆生产需要，配备了1台由无锡爱邦辐射技术有限公司生产，型号为AB 1.5 MeV-60 mA的高频高压型工业电子辐照加速器，设备产生的电子束流能量最高为1.5 MeV，电子束流强度最大为60 mA。因预留的辐照楼无主机室且位于车间中部，受到车间内部高度限制，该公司最终确定采用极少见的卧位式结构，且对裸露的主机的束流偏转系统采用“铅板+钢板”结构的屏蔽箱进行防护。本文从理论计算结果和现场验证检测结果这两方面分析这种防护方式的有效性和经济性。

1 机房布局及防护设计

某公司辐照楼为单层钢筋混凝土结构，其一层为辐照室(含迷道)和控制室，顶部为设备平台，设备的主机(含钢筒、束流偏转系统等)、冷却水系统、气体系统、配电系统等辅助设备均安装于此。设备主机的束流偏转系统的四周和顶部均采用“铅板+钢板”进行屏蔽。具体布局详见图1～图3。

图1 辐照室平面布局图

图2 辐照室楼顶设备平台平面布局图

图3 辐照室A-A剖面平面布局图

2 防护设计分析

工业电子辐照加速器主机的屏蔽防护主要考虑电子在加速和偏转过程中，损失的束流轰击靶、各结构材料产生的轫致辐射(X射线)。相关的计算公式及参数详见公式(1)～(3)及表1和表2[1]。

表1 X射线发射率[1](单位：Gy·m2·mA-1·min-1)

表2 宽束X射线在不同材料中的TVL1(TVLe)值[1](单位：cm)

(1)计算公式

(1)

式中，H为参考点(屏蔽体外30 cm处)周围剂量当量率，μSv/h；B为X射线的屏蔽透射比；d为X射线辐射源与参考点之间的距离，取1 m；D为距离X射线辐射源1 m处的标准参考点的吸收剂量率，Gy/h；1×10-6为单位转换系数；T为居留因子，保守取1。

(2)

式中，S为屏蔽体厚度，cm；T1为在屏蔽厚度中，朝向辐射源的第一个十分之一值层，cm；Te为平衡十分之一值层，cm，该值近似于常数；n为十分之一值层的个数。

D=60·Q·I·fe

(3)

式中，D为距离X射线辐射源1 m处的标准参考点的吸收剂量率，Gy/h；Q为X射线发射率，Gy·m2·mA-1·min-1；I为电子束流强度，mA；fe为X射线发射率修正系数。

(2)参数选择

根据厂家提供的资料，该电子辐照加速器束流损失率约为0.2%(即电子束流强度为0.12 mA)，束流损失点的能量为0.45 MeV。主机屏蔽箱壁保守考虑侧向(相对电子束90°方向)X射线的屏蔽，因此，将90°方向等效入射电子能量(即0.4 MeV)作为侧向入射电子的能量。主机束流损失点主要材料为“铁、铜”等低Z材料(Z≤73)，因此，X射线发射率修正系数取0.5。

(3)理论计算结果

由公式(1)、(2)、(3)及表1、表2中相关参数，参考相关文献(见图4～6)[2]，计算得出主机屏蔽箱壁外30 cm处的周围剂量当量率列于表3。