浅议加速器辐照交联电缆建设项目的环保措施

谢昕 王格阳

（1 安徽省芜湖生态环境监测中心，安徽 芜湖 241000；2 安徽省合肥生态环境监测中心，安徽 合肥 230000）

在社会整体经济环境不断提升的前提下，工业辐照用加速器的应用范围不断扩大，在所有加速器当中辐照交联电线电缆的应用能够充分展现出其科技性的特点。其依靠电子加速器的作用产生高能电子束直接作用于绝缘层，实现了分子链向高分子自由基的转换，使其能够经过新的变化和组合成为交联键改变其原有的分子结构。分子结构的变化主要体现为过去的线性分子转化成三维网状的结构，这种结构可以提升电线电缆的耐高温和耐磨属性，也有一定的阻燃作用。电子加速器辐照装置运行时会产生电离辐射和其他环境影响。本文以最高能量3.0MeV、最大束流强度30mA 的Ⅱ类射线装置辐照交联电线电缆电子加速器为例，对此类项目产生的环境影响进行探讨。

一、工业电子加速器的应用现状

现如今全世界应用于工业的电子加速器达到七八百台，整体功率超过20000kw，在这当中有200 台以上是作用于电线电缆的辐照交联工作上。目前世界上的工业电子加速器的应用领域为各个国家的工业、通讯、建筑等多个产业，辐照交联电缆的应用相对较多，在世界上多个国家都有所涉及，我国辐照交联电缆的数量在最近一些年逐渐增多，逐渐走在了世界前沿。虽然我们国家在这部分的研究和实践工作发展较晚，但后续的发展趋势依然展现了辐照交联电缆市场的创新能力，虽然在实际的制造和开发工作上依然存在一些不足，但整个辐照交联电缆的应用状况依然能够促进国家工业水平实现整体的发展。回顾之前的发展情况可知，20 世纪90 年代我国的电缆行业当中辐照交联电线电缆的生产和应用进程中就已经开始引入电子加速器的参与，随着电子加速器生产线的扩大，相对应的各类研究和操作技术也不断成熟，直接促进了整个辐照交联电线电缆的电子加速器数量的增多，也在一定程度上提升了其运行功率。通过对目前该行业的研究可知，现如今我国辐照加工电线电缆的电子加速器中，有极大一部分的加速器是源自于国产设备，只有很少的一部分来自其他国家。目前我国在此方面的生产能力虽然未能达到世界领先水平，但和大部分国家的生产实力趋于相当，可以称得上是世界上辐照加工行业发展速度最快的国家之一。

二、辐照交联电缆内涵

在电能的传送、信息的传输和不同电器仪表的制作过程中，电线电缆的作用是不可或缺的，其作为电气和信息化生产的基础产品在各个行业的应用逐渐广泛。受高分子材料本身的特性影响，其超高的性价比决定了其在电缆绝缘层和护套层方面的应用逐渐增多。除了专业技术领域，在电子、汽车、通讯、航空、交通运输和建筑等各个领域当中，电线电缆的应用也越来越多，传统的电线电缆难以满足新的时代发展需求，交联电缆的出现能够在温度、耐久度和基本性能等方面展现出较大的优势，是目前这些领域的第一选择。现如今电线电缆所采用的交联方式主要包括化学、硅烷和辐照交联三种形式，在这三种形式当中，交联电缆的耐高温性能较好，抗载能力强，本身的机械性和寿命也高于其他形式，其应用的范围更加广泛。三种形式在市面上同时存在且被不同领域所应用，前两种主要应用于聚乙烯交联电缆上，而第三种辐射交联则在对温度和阻燃性要求更高的电缆中应用。

三、电子加速器辐照交联主要污染因子

电子加速器辐照装置主要包括电子和辐照加速器、辐照室、束下装置以及控制系统几部分构成。由电子加速器运行所形成电子束经由钛窗引出向下作用的辐照电线电缆，电子束轰击电线电缆和辐照室内其他材料会产生韧致辐射（X 射线）。受较大电离辐射的影响，空气中会形成臭氧和氮氧化物气体，两者的比例约为1:3，因为臭氧本身具有毒害作用，不仅会腐蚀设备，也会危害人体健康。以惰性六氟化硫为绝缘介质的电子加速器，在六氟化硫这一惰性气体的作用下会和电弧以及电晕产生反应，从而分解出低氟化合物释放出剧毒。六氟化硫所引发的高浓度气体会使人呼吸困难，严重情况下会导致人体窒息。因此，电子加速器辐照交联主要污染因子有电子，电子与其他物质作用产生的韧致辐射X射线，与空气作用产生的臭氧，以及绝缘气体SF6。

四、辐射屏蔽防护注意的问题

（一）辐照工作场所主要辐射源

3.0MeV 电子在密度为2.35g/cm3 混凝土中的穿透距离为0.64cm，当电子加速器混凝土屏蔽墙体（密度为2.35g/cm3）厚度>0.64cm，可忽略电子束对外环境的影响，控制辐照装置辐射防护设计中的主要辐射源。

（二）辐照工作场所屏蔽防护的射线类型

电子加速器辐照场所为二层建筑，地下无构筑物，一层布局辐照室、控制室和束下传输装置，二层布局电子加速器室及水冷却系统、SF6 气体系统等辅助设施。电子束向下照射产生韧致辐射X 射线向侧向90°散射，辐照室四周墙体主要考虑侧向X 射线的屏蔽。由于电子加速器在加速过程会有束流损失，束流损失会产生次级辐射场，因此电子加速器室四周墙体主要屏蔽防护电子加速器束流损失产生的X 射线。一层辐照室屋顶屏蔽防护辐照室直射到二层加速器室的X 射线以及加速器室周围辅助设施用房的X 射线，若加速器室内无人到达，一层辐照室屋顶主要屏蔽防护辐照室直射到二层电子加速器室周围辅助设施用房的X 射线。二层电子加速器室屋顶主要考虑来自辐照室和加速器室的天空反散射的屏蔽。辐照室和电子加速器室的迷道、防护门、管线孔道主要屏蔽防护多次散射的X 射线。倘若辐照工作场所临近高层建筑物，还需屏蔽防护X 射线透过加速器室屋顶的侧向散射。

（三）辐照工作场所屏蔽防护的源强

辐照工作场所屏蔽防护须以电子加速器的最高能量和最大束流强度为源强，根据美国辐射防护委员会NC R P51 号报告，电子束轰击靶材质不同，X 射线的发射率不同。为增加辐照工作场所的屏蔽防护安全系数，保守取电子束打高Z 靶（原子系数>73）X 射线发射率的修正系数核算辐射源1m处的吸收剂量率，不考虑靶材料为铜、铁、混凝土的X 射线发生率的修正系数。入射电子能量为3.0MeV，侧向90°方向电子等效能量约为2MeV，根据电子等效能量确定屏蔽材料十分之一值层。电子加速器束流损失由电子加速器辐照装置设备设计制造单位提供。

（四）辐照工作场所关注点及剂量当量率

关注点剂量当量率控制水平是辐照工作场所屏蔽防护计算的重要依据，同时也是校验辐照工作场所屏蔽防护效能的标准。在辐照工作场所屏蔽体外一定距离（30cm）处，公众成员居留因子较大并可能受照剂量大的位置设置关注点，如辐照室、电子加速器室四周墙体外，控制室、迷道、防护门入口处，排风管道、辐照电线电缆进出孔道处。

五、污染防治措施

（一）辐照工作场所辐射安全防护措施

电子加速器辐照交联电线电缆项目实体屏蔽防护应满足关注点剂量当量率控制水平要求，除此之外，应设置多重、独立的辐射安全防护措施。控制室控制台设置钥匙控制系统，并与辐射监测报警仪相连，控制钥匙由操作班组负责人负责管理和使用；辐照装置设置门机联锁、束下装置联锁、门灯联锁、烟雾报警系统、通风联锁、视频监控系统、巡检按钮以及加速器异常停机后的人工复位系统；辐照室和主机室内安装语音报警装置；在人员通道处安装光电、红外人员误入装置，并与加速器联锁；在迷道内安装固定式辐射监测报警仪，并与迷道入口防护门联锁，超过预设阈值时发出警报并联动防护门使其无法打开；在辐照室、加速器室、控制室设置串联式急停开关和拉线开关；在辐照工作场所醒目位置处设置电离警示标志。辐照工作场所应单独建设，避开人员活动密集、居留时间长的功能场所，如居民区、医疗卫生、文化教育、行政办公等场所，平面布局应结合辐照工艺流程合理布局。

（二）辐射安全管理措施

对照《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》《放射性同位素与射线装置安全许可管理办法》使用射线装置的单位应具备的条件，使用单位应设有专门的辐射安全与环境保护管理机构，制定辐射安全管理规定、操作规程、运行及检修维护制度、辐射环境监测方案、人员培训、个人剂量健康管理、辐射事故应急预案等制度。项目辐射工作人员应正确佩戴个人剂量计，进入辐射工作场所携带个人剂量报警仪。使用单位应组织项目工作人员加强辐射工作场所周围辐射环境的监测工作，如对辐照室、加速器室等控制区，控制室和其他辅助设施等监督区进行X－γ 空气吸收剂量率的监测。建设单位应选购正规厂家生产的符合国家质量标准的辐照设备，按照国家相关技术规范，从严落实辐照工作场所屏蔽防护、辐射安全防护措施、辐射安全管理，以及其他各项污染防治措施。

（三）臭氧防治措施

辐照工作场所辐照室和加速器室应设置通排风系统，由于臭氧的密度大于空气密度，辐照室排气口应设置在钛窗扫描窗下方，易于臭氧排放。根据辐照装置的束流强度、辐照工作场所空间体积、通排风量，核算加速器停机后需连续通排风的时间，辐照装置通风联锁设定时间应大于等于该时间，以保证相应数值符合环保要求。

（四）六氟化硫（SF6）防治措施

SF6 气体泄漏，操作人员应立刻切断电子加速器电源，启动气体传输装置，向配套的钢质储气罐转移，减少SF6 泄漏量；工作人员及时上报泄漏情况，并发出警告，迅速撤离、疏散周围人员；对泄漏场所采用鼓风机，采取强通风措施，增强空气对流；使用单位应加强泄漏事故现场管理，严禁无关人员进入泄漏事故场所，检查工作人员佩戴正压式空气呼吸器、护目镜等防护用品方可进入。

结论

通过对目前加速器辐照交联电缆工程项目的建设和环保情况展开分析可知，在加速器辐照交联电缆的选择工作上要重视环保性的引入，要结合工程的具体形式确定所对应的电缆应用方式，从建设的实际情况和环保综合考量项目中的安全防护措施，进而确保其对环境所产生的不良影响控制在最小范围内。要从环境保护和辐射安全而言，此类项目应用中重点防护韧致辐射X 射线，通过采取有效的屏蔽防护和安全措施，其产生的环境影响是可以接受的。