多源γ辐射校准装置辐射环境影响评价

马 晓，张保增，王 玮

多源辐射校准装置辐射环境影响评价

马 晓，张保增，王 玮

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

讨论多源γ辐射校准装置辐射环境影响评价时关注的重点，为同类项目场所屏蔽设计及评价提供参考。结合放射源衰减特性，计算不同工作状态下装备表面、机房外剂量率。结果显示，关机时装置表面剂量率低于厂家设计要求，对机房外的影响极小；开机时机房外最大剂量率低于剂量率控制水平，可不考虑天空反散射所致周围公众附加剂量。多源γ辐射校准装置含有多枚可用的放射源，应考虑不同状态下其对周围环境的最大辐射影响，确保其对周围环境及公众所受附加剂量满足要求。

多源；校准；辐射环境影响

近年来，随着核技术利用在能源、医疗等多个领域的广泛应用，电离辐射测量技术随之不断发展，对X-辐射剂量当量（率）仪的准确性也提出了更高的要求[1]。在X-辐射剂量当量（率）仪研制、生产等环节均需借助电离辐射标准场进行测试、刻度，使其达到产品性能指标，保障工作正常和量值准确。通过辐射校准装置建立的电离辐射标准场，不仅可以完善电离辐射计量体系，实现量值溯源，也是X-辐射剂量当量（率）仪产品研发、质量控制等环节所不可或缺的。辐射校准装置在运行过程中可能对周围环境及公众产生辐射影响，以多源辐射校准装置为例，就其运行过程中辐射环境影响评价的关注点展开讨论，分析其对周围环境及公众的辐射影响。

1 多源γ辐射校准装置概况

辐射校准装置分为准直照射装置和全景照射装置，准直照射装置根据装源数量不同通常分为多源和单源准直照射装置[2]。述及的多源辐射校准装置由多源准直照射装置、探测器刻度系统、安全联锁装置及自动化控制操作平台组成，其中多源准直照射装置由放射源、准直光阑、快门、载源盘（可转动转盘）、屏蔽体（铅容器）、散射腔、传动定位系统以及底座等组成（图1）。

多源准直照射装置的放射源采用干法贮存在放射源贮存装置内载源盘上，载源盘共设计6个源槽，工作状态下，传动定位系统通过电机驱动转盘（子）转动，经光耦定位将拟使用的放射源转动到照射位置，此时放射源对准准直光阑，空压机内压缩空气驱动并开启辐照器快门，射线以准直束方式照射辐射场内待刻度仪表。通过传动定位系统和控制平台的选择程序，保证多源准直照射装置每次只有一枚放射源处于照射位置，使用不同放射源对周围环境的影响不同。

图1 多源γ准直照射器示意图

2 辐射环境影响分析关注重点

多源辐射校准装置开展辐射环境影响评价时应重点关注参考放射源的选择、关机状态下装置表面的辐射剂量率、工作状态下机房墙体外的辐射剂量率以及机房顶层外天空反散射对周围公众的辐射影响等。

2.1 放射源选择

X-辐射剂量当量（率）仪相关检定规程[3～7]列出的参考辐射源，包括241Am、137Cs、60Co、133Ba、152Eu和57Co，以及12～250 keV区间不同能量的X射线，其中放射源对应的能量范围为59.5keV～1.33 MeV，计量性能要求提出的空气比释动能率范围为30nGy·h-1～10μGy·h-1。对于防护水平级别的参考辐射而言，其准直照射装置配备的放射源至少应包括241Am、137Cs和60Co，这些放射源产生的剂量场强度应能满足被校准仪表在量程的多个十进位范围内的校准要求[5]。

表1 放射源参数

本装置校准对象以防护水平X-辐射剂量当量（率）仪、X-辐射个人剂量当量率报警仪为主，选择使用放射源包括241Am、137Cs和60Co 3种，其相关参数见表1。

选用不同种类放射源可覆盖辐射监测仪表校准要求的射线能量范围，同一种类、不同活度放射源组合可实现同一校准点位、不同剂量情形下的校准，上述放射源组合可满足本装置校准对象的校准要求。由于放射源种类、活度不同，其对周围环境的辐射影响不同，开展辐射环境影响分析时应关注放射源的选择。

2.2 关机状态下装置表面剂量率

不同于射线装置关闭电源即停止出束，多源γ辐射校准装置属于含源装置，关机状态时放射源贮存在装置配套的铅容器内不取出，工作人员在机房内摆放待校准仪器等工作时可能受到辐射影响，因而需要关注关机时装置表面的剂量率水平。

本装置配套的放射源铅容器屏蔽厚度不小于30 mm铅，铅容器直径不小于60 cm。根据同类设备以及厂家设计要求，关机状态下装置快门关闭时距装置表面5 cm处表面剂量率应小于10μSv·h-1。参照IAEA Report No.47[8]推荐公式，可通过以下公式估算关机状态下设备表面5 cm处的剂量率：

表2 关机状态距装置表面5 cm处的辐射剂量当量率

可见关机状态下，距装置表面5cm处多枚放射源的叠加辐射剂量率远低于厂家的设计要求10μSv·h-1，其屏蔽效果可达到预期设计要求。对比5枚放射源的剂量率贡献，60Co放射源的辐射影响贡献最大，进行机房外辐射屏蔽效果评价时应予以重点关注。结合装置表面5 cm处辐射剂量率，考虑到机房墙体屏蔽衰减以及剂量率与距离平方成反比，关机状态下机房墙体外的剂量率可忽略不计，对周围环境的影响极小。

2.3 工作状态下机房墙体外辐射剂量当量率

本装置所选放射源衰变产生的射线包括射线和射线，由于射线在空气中射程较短，容易被屏蔽，通常只要对射线能有效屏蔽，也能将射线屏蔽掉，因而主要关注正常工作状态下，放射源准直方向以及泄漏、散射射线对机房外工作人员和公众产生的外照射。

本装置同时装配多枚不同种类、不同活度的放射源，但根据其工作原理可知工作状态下单次仅可使用一枚放射源，因此应关注使用不同放射源时机房墙体外的辐射剂量率。

2.3.1 机房屏蔽参数

本装置所在机房长11 m、宽6 m、高4.5 m，采用混凝土浇筑，东墙为主屏蔽墙，墙厚1 000 mm，其他墙体厚度为750 mm，迷路内墙和顶棚厚度为500 mm，防护门为10 mm铅板加不锈钢板结构（图2）。机房主照射方向应避开公众居留因子较大的场所，以尽量降低对周围环境及公众的辐射影响。

参照射线源相关标准[9]，本装置辐射工作场所剂量率控制水平按机房屏蔽体（墙）外、屋顶及入口防护门外30 cm处剂量率不超过控制值2.5 μSv·h-1进行管理。

图2 机房平面、剖面示意图

2.3.2 准直方向墙外辐射剂量率

准直方向墙体外剂量率可参照公式（1）计算得到，其中TVL取放射源对应的在混凝土中的什值层。由于工作状态下每次仅能使用一枚放射源，结合关机状态下不同放射源的辐射剂量率贡献，以活度较大的137Cs和辐射剂量率贡献较大的60Co进行对比分析。工作状态下，准直方向墙体外辐射剂量当量率见表3。

表3 准直方向（主屏蔽）墙体外辐射剂量当量率

根据工作状态下两种放射源的计算结果不难看出，单独使用放射源60Co开展工作时对机房墙体外的辐射影响较大，可见满足放射源60Co的辐射屏蔽需要即可满足其他放射源的辐射屏蔽需要，满足本装置屏蔽体外剂量率不超过2.5μSv·h-1的剂量率控制水平。

2.3.3 其他墙体外泄漏剂量率

主屏蔽墙以外的其他墙体虽未受到射线束直接照射，但应关注泄露辐射和散射辐射的影响。其他墙体外的泄露剂量率可参照IAEA Report No.47推荐计算公式计算得到：

表4 其他墙体外关注点处泄漏剂量率

Table 4 The leakage radiation dose equivalent rate of the secondary barrier

2.3.4 其他墙外散射剂量率

产生散射辐射的原因较多，其中以散射体散射和准直方向墙体散射辐射贡献较大。

经散射体散射至其他墙体外的散射剂量当量率可由式（3）计算得到。

表5 其他墙体外关注点处散射体散射剂量率

Table 5 The scattered radiation dose equivalent rate by scatter of the secondary barrier

经准直方向墙体散射的辐射剂量率可由式（4）计算得到。

表6 其他墙体外关注点处准直方向墙体散射剂量率

对比泄漏辐射和散射辐射的剂量率贡献，虽然散射辐射影响较小，但仍需要关注，且散射贡献是无法避免的，通过优化设计尽量将其控制在合理的范围内[10]。

2.3.5 其他墙外散射剂量率

根据其他墙体外各关注点处泄露辐射和散射辐射的剂量率，可得出其总剂量当量率，具体结果见表7。

表7 其他墙体外关注点处辐射剂量当量率

使用不同放射源开展工作时，本装置所在机房其他墙体外的辐射剂量率均低于剂量率控制水平2.5 μSv·h-1。

2.3.6 工作状态下机房屏蔽效果

关机状态下，本装置对机房外的叠加辐射影响基本可以忽略；开机状态下，机房外的辐射剂量率远低于机房外辐射剂量率控制水平，可见，本装置机房采取的屏蔽防护设计是相对保守的。

本装置使用的放射源活度较低，保守的屏蔽防护设计可为今后选用较大活度放射源预留空间，以满足监测仪器不同的校准需求；若发生放射源事故，相对保守的屏蔽防护可尽量降低其对周围环境的辐射影响。

2.4 天空反散射

由于大气对辐射的散射作用，贯穿辐射（X、、中子等）穿透屋顶时，放射源所在的建筑物周围出现较强的辐射场[11]，即天空反散射。当放射源照射方向朝向屋顶，屋顶上方剂量率水平较高且周围存在环境保护目标的情况下，应考虑天空反散射对周围公众的附加剂量。

本装置工作状态下，屋顶上方G点处剂量率最大不超过1.59×10-2μSv·h-1，可见屋顶上方的剂量率水平远低于设定的剂量率控制水平2.5 μSv·h-1。一般情况下，当机房顶层外表面30 cm处周围剂量当量率满足剂量率控制水平要求时，可不考虑天空反散射对机房邻近区域的周围剂量当量率影响，且本装置不直接朝向屋顶照射，此处可不展开讨论天空反散射的辐射影响，但应对其予以关注，确保周围公众的附加剂量满足公众的剂量控制要求。

3 结语

多源辐射校准装置的辐射环境影响应关注以下几方面：

1）使用多源辐射校准装置开展工作时，应关注不同工作状态下对周围环境的辐射影响，其中关机状态下应考虑多枚放射源的叠加影响，关机状态下工作人员在机房内所受的辐射影响不可忽略；

2）多源辐射校准装置在正常工作状态下仅能使用一枚放射源，应对单独使用不同放射源的情形进行对比，分析可能的最大辐射影响；

3）天空反散射可能对周围公众的产生附加剂量贡献，应关注机房顶层外天空反散射的辐射影响。

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Radiation environmental impact assessment of multi gamma-ray sources calibration equipment

MA Xiao，ZHANG Baozeng，WANG Wei

（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

The key points of the radiation environmental impact assessment about multi gamma-ray sources calibration equipment is discussed, which can provide reference for shielding design and evaluation of similar projects. According to the attenuation characteristics of radiation source，the dose rates on the equipment surface and outside the room under different working conditions are calculated. The results show that the surface dose rate of the device is lower than the manufacturer’s design requirements when in off state；the maximum dose rate outside the room is lower than the dose rate control level when in working state，the additional dose caused by sky backscattering cannot be considered. There are multiple sources in the multi gamma-ray sources calibration equipment, analyzing the maximum radiation dose rate of the device under different working conditions，ensure that the radiation dose rate to the surrounding environment and the public under the control level.

multi-sources；calibration；radiation environmental impact

O652.63

A

1672-0636(2021)03-0388-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2021.03.013

2021-05-24；

2021-06-22

马晓（1986— ），女，河南新乡人，工程师，从事辐射环评及检测工作。E-mail: maxiao@briug.cn

张保增（1985— ），男，山东潍坊人，工程师，主要从事环境影响评价和放射性环境地质调查。E-mail:sd0614223@sina.com