射线无损检测技术的防护研究

2021-09-18肖长华石巍徐建军

商品与质量 2021年34期

关键词：射线屏蔽剂量

肖长华石巍徐建军

江苏省特种设备安全监督检验研究院盐城分院江苏盐城 224052

射线无损检测技术是指用高能量的射线，例如X射线、γ射线、中子流等，穿透物品，以感光胶片记录结果的一种技术，此技术主要应用于物品内部缺陷的检测。其原理是射线在穿透物品时，因受到物质的阻力而削减了强度，削减的程度由物质的阻力系数和厚度决定。

1 射线检测技术的优缺点

1.1 射线检测技术的优点

射线无损检测技术适用于所有目前市面上的金属材料，例如：钢、钛、铜、铝等，该技术对物品的规格形状、表面粗糙度、材料晶粒度等没有苛刻的要求。射线检测底片的图像比较直观，定性定量较为准确，直接记录结果的检测底片可以可长期保存。对体积型缺陷诸如气孔、夹渣等检出率高[1]。

1.2 射线检测技术的缺点

射线检测技术也存在较明显的缺点，首先是检测成本过高、速度慢，其次是在实际检测中需要提前进行合理角度的选择，并且在检测裂纹与未熔合处时可能会出现漏检的情况[2]。射线对人体有伤害，射线检测操作中需采取严格防护措施。

2 射线损伤的研究

2.1 射线损伤的原理

射线检测时产生的电离辐射把能量传递给物质，从原子水平开始产生激发或电离，然后促使分子出现破坏，又进一步损坏机体组织和器官的正常活动，破坏组织和器官的结构，引起机体继发性的损伤，严重可导致死亡。

2.2 射线损伤的影响因素

射线损伤是一个复杂的过程，它与射线性质、照射剂量、照射强度、照射部位、照射面积等直接相关。

2.2.1 射线性质

射线性质指的是高能射线的类型和能量等级。不同的射线种类产生的电离程度不同，相应的生物效应也不一样。即便是一样的射线种类，射线能量不一样时，产生的损伤也不一样。

2.2.2 照射剂量

照射剂量在人体组织或器官中是累积的，一般来说，照射剂量越大，造成的损伤也越大。但是，照射剂量存在个体差异，同样的照射剂量，有些人可能出现严重损伤，另一些人可能只是轻微甚至没有损伤。

2.2.3 照射强度

在总的照射剂量相同时，低照射强度的多次照射造成的损伤比高照射强度的少量照射要小得多。因此，当使用射线检测时，应采用低照射强度分散进行。

2.2.4 照射部位

照射部位不同，产生的损伤也不一样。主要原因在于人体组织和器官对射线照射的敏感性不一样。例如，一定照射剂量的射线照射手足没有造成严重损伤，而同样照射剂量的射线照射全身，则可能致人死亡。

2.3 射线损伤的结果

射线对人体组织和器官带来的损伤，一般为确定性效应以及随机性效应。当射线照射人体组织和器官时，如果灭杀了足够多的细胞，而这些细胞又得不到补充，则细胞大量死亡可在组织或器官出现的严重功能性损伤，确定性效应的严重程度与照射总量直接相关，并且有一个阈值，当照射总量小于某一个剂量值，灭杀的细胞数量较少，不足以引起出现可检查到的损伤，在健康人群中出现的损伤概率为零。但是，随着照射剂量的增大，当照射剂量增加到某一个剂量值时，其损伤概率陡然上升到100%，必然检查到严重的损伤，这种射线照射引起的损伤效应就是确定性效应，这时的照射总量称为剂量阈值。

随机性效应不存在剂量阈值，它发生的概率随着照射总量的增大而变高，但是它发生损伤的严重程度与照射总量的多少并不相关。随机性效应会造成两种结果：一是发生在身体细胞内部，射线照射使体细胞发生基因突变或染色体畸变而未被杀死，这些发生变异的细胞继续存活，经过一段时间的增殖后，可能在身体内诱发癌细胞，导致人体患癌，变异细胞的增殖直至诱发癌症发作的时间，称为潜伏期，射线照射导致人体患癌的随机性效应称为致癌效应；二是发生在生殖组织细胞，当射线照射使生殖组织细胞基因突变或染色体畸变时，就有可能遗传给受照射者的后代，使其后代出现遗传疾患，并且不同的遗传疾患会按照一定的遗传规律有概率的一直遗传下去，这种射线照射导致出现遗传疾患的随机性效应称为遗传效应。

3 射线防护的研究

在自然环境中，天然存在多种射线和放射性物质，完全避免射线辐射是不能够做到的。因此，射线防护的目的在于控制射线对人体照射的伤害，使之保持在合理的最低水平，保护人体在射线照射时所受到的当量剂量不超过国家规定的标准。射线检测技术的防护研究有三个基本内容是：时间、距离和屏蔽。

3.1 时间-控制射线对人体的曝光时间

人体对射线的吸收剂量是累计的，当达到阈值时就会出现确定性损伤。因此，我国现行放射防护标准《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》对剂量限值做了明确规定。在射线检验现场，检测人员应佩戴个人剂量监测仪器，一般为两个，一个是剂量报警仪（图1），现场读取所处区域的射线剂量，当射线剂量超出许可值时，发出警示；另一个是由卫生防护监管部门提供的个人剂量计（图2），可累计照射剂量，每个季度监测一次，以确保检测人员的吸收剂量在许可范围内。

图1 剂量报警仪

图2 个人剂量计

在射线防护时间的研究中确定，在具有恒定照射量区域内的人，其累积的照射剂量与照射强度及照射时间成正比关系：

由上式可见，在射线照射强度不变的情况下，照射时间越长，现场人员所接受的照射剂量越大，组织或器官受到损伤的概率和严重程度也越大。因此，在射线防护时间的研究主要有两个方面的内容，一是降低单位时间内的照射量，即降低照射强度，二是缩短照射时间。

3.1.1 降低单位时间内的照射量

单位时间内的照射量，即照射强度主要是由射线检测工艺决定。X光机的照射强度与管电压成正比相关，γ射线的照射强度由、与放射源的种类和活度相关。在射线检测中，应根据待检测的物品材料，选择符合标准要求的最小射线功率及对应的管电压，并调整检测位置和角度，使辐射能量降到最低极限。同时，调整好X射线机的照射方向，受照射人员应避免处于直接照射的位置，降低单位时间的照射强度，相应的降低了单位时间内的照射量。

3.1.2 缩短照射时间

对于检测人员而言，要求对射线检测的工艺相当熟悉，对仪器设备的操作熟练，现场动作尽量简单迅速，缩短现场工作时间，减少不必要的照射时间。当一项检测工作时间较长时，也可几个人轮换操作，缩短每个人的照射时间。在现场具体检测作业时，应严格按照操作规程，在检测人员放置好胶片、对应好设备并离开现场到达安全位置后，方可启动设备或链接放射源进行检测；当设备停止运行或放射源已回收至源箱后，检测人员才能去往检测地点更换胶片及摆放设备位置。

3.2 距离-控制射线源到人体的距离

当射线源位置一定时，照射总量与人体到射线源距离的平方值成反比。因此，在条件允许的情况下，应尽量增大人与射线源之间的距离。尤其是无屏蔽的室外工作，应尽量利用连接电缆长度达到距离防护的目的。在射线检测场地应拉起警示带（图3），一方面保证检测人员与射线源的距离，另一方面也警示旁人不能靠近，以免受到损伤。

图3 检测现场警示带

3.3 屏蔽-在人体与射线源之间隔一层吸收物质

射线通过物品时，强度会被削弱，削弱的程度与物品的原子序数度正相关。当人与射线源之间的距离无法改变，而时间又受到工艺操作的限制时，只能采用屏蔽防护。

例如，在固定场所射线检测中，应当考虑射线机的功率大小对固定场所屏蔽防护的要求，当采用大功率射线机替代原来的小功率机器时，需要进行屏蔽防护的设计，增加铅板或者其他屏蔽防护的方式，使探伤室外检测到的射线剂量低于法规要求。

除了铅板面积及厚度和屏蔽墙外，屏蔽墙与门的缝隙宽度、室内换气口的位置也会影响外部的射线剂量数值。在探伤室搭建过程中，防护门与墙体之间存在缝隙宽度是不可避免的，但应尽可能保证其宽度能使得缝隙内辐射剂量率符合相应的规定。通过在通风口安装铅制百叶窗的方式，在检测的过程中关闭通风口来控制其环境辐射率在合理的范围之内[3]。

防护门（图4）的启闭应与射线检测工作的开关相关联，确保做到防护门关闭时方可进行射线检测，射线检测未完成时，防护门无法开启。在射线检测工作进行中时，同时以警示灯、广播提醒等手段，确保不损伤他人。