铅钢结构工业X射线探伤室应用的分析

李明亮　常 青

铅钢结构工业X射线探伤室应用的分析

李明亮1常 青2

（1.广西博环环境咨询服务有限公司，广西 南宁 530000；2.广西壮族自治区辐射环境监督管理站，广西 南宁 530222）

文章通过对某铅钢结构工业X射线探伤室辐射防护设计方案和其投入使用后实际防护能力监测结果的分析，评估该方案的合理性，并结合辐射防护能力、建设成本及企业个性化需求等方面，讨论探伤室辐射防护最优化设计和施工的注意事项，为该类型探伤室的应用提供参考。

铅钢结构；工业X射线探伤室；防护能力；监测结果；建设成本；辐射防护最优化

引言

近几年来，在无损探伤领域，工业X射线探伤技术由于其可靠性与准确性比其他技术手段优秀，致使其使用范围及领域不断扩大。然而，其使用过程中产生的X射线会对职业人员及公众成员的健康造成一定程度的影响，因此，探伤室的屏蔽作用就显得尤为重要，探伤室对工业X射线的有效屏蔽成为室内探伤项目人员辐射安全的基本保障。

现在市场上探伤室类型有多种，主要以混凝土结构为主，然而有些企业也会根据自身条件限制和个性化需要建设不同的探伤室。本文以广西某一铅钢结构的工业X射线探伤室为例，根据企业使用的探伤机参数及探伤室辐射屏蔽设计方案，分析探伤室辐射屏蔽能力及其投入运行后对职业工作人员及公众的辐射影响，并与探伤室投入使用后竣工验收的监测结果进行比较。最后，辐射防护能力、建设成本及企业个性化需求等方面，分析铅钢结构探伤室的实用性和建造时的注意事项。

1　相关标准要求

工业X射线探伤室辐射屏蔽评价依据标准《工业X射线探伤室辐射屏蔽规范》（GBZ/T 250－2014）[1]，工业X射线探伤放射防护评价依据标准《工业X射线探伤放射防护要求》（GBZ 117－2015）[2]，结合以上两个标准，工业X射线探伤室墙体、入口防护门、探伤室顶的辐射屏蔽应同时满足以下条件：（1）人员在关注点的周剂量参考控制水平，对职业工作人员不大于100 μSv/周，对公众不大于5 μSv/周；（2）关注点最高周围剂量当量率参考控制水平不大于2.5 μSv/h；（3）对不需要人员到达的探伤室顶，探伤室顶外表面30 cm处的辐射剂量率参考控制水平通常可取为100 μSv/h。

2　探伤机参数及探伤室设计概况

2.1　探伤机参数

工业X射线探伤机型号XXGHZ-3005（周向），最高管电压Umax=300 kV、最大输出管电流Imax=5 mA，过滤条件：3 mm铝过滤，距辐射源点（靶点）1 m处输出量为：20.9 mSv·m2/（mA·min）[1]。

2.2　探伤室设计参数

探伤室整体为钢架结构，四周墙体均为22 mm铅＋55 mm钢板，屋顶为15 mm铅＋40 mm钢板；探伤室开设供工件进出和工作人员进出平移防护门，2扇防护门防护能力相同，均为22 mm铅＋55 mm钢板，探伤室工件进出平移铅防护门尺寸为宽×高（5.8 m×6 m），人员进出平移铅防护门尺寸为宽×高（1.6 m×2.5 m）。探伤室整体外观尺寸为长×宽×高（17 m×6 m×6 m），净空间尺寸为长×宽×高（16.4 m×5.4 m×5.7 m）。探伤室为单层结构，房顶无人员活动；探伤室所在车间也为单层结构，房顶无人员活动，无地下室。以下估算均不考虑探伤工件的屏蔽能力。

3　探伤室屏蔽能力分析

3.1　关注点位布置

一般情况下，探伤机在探伤室中心使用。辐射防护屏蔽机房的设计必须满足：合理的分区布局和能有效的屏蔽主、漏、散射线的要求。为评估该探伤室设计是否合适，在探伤室周围设置合适的关注点，关注点设置图详见图1。

图1 关注点分布图

探伤室外主要关注点布置情况见表1。

表1 探伤室外主要关注点布置

3.2　探伤室屏蔽能力评估

有用线束屏蔽估算公式。根据GBZ/T 250－2014相关公式及参数，对探伤室辐射屏蔽能力进行推算。

关注点的剂量率H按下式计算：

式中：I——X射线装置在最高管电压下的常用最大管电流，mA；

H0——距辐射源点（靶点）1 m处输出量，μSv·m2/（mA·h），此处取20.9 mSv·m2/（mA·min）；

B——屏蔽透射因子，铅的B值查询附录B.1，钢根据式（2）计算；

R——辐射源点（靶点）至关注点的距离，m；

在给定屏蔽物质厚度X时，相应的屏蔽透射因子B按下式计算：

B=10-X⁄TVL（2）

式中：X ——屏蔽物质厚度，与TVL取相同单位；

TVL——屏蔽物质的什值层；300 kV电压等级，钢的TVL为20.0 mm[3]。

3.3　估算结果

3.3.1一般情况

按已有设计方案，探伤室外各关注点辐射剂量率估算结果如表2所示。

表2 探伤室外各关注点外辐射剂量率估算结果

由表2估算结果可知，正常工况下，探伤室外各关注点的辐射剂量率估算结果范围为6.05×10-4μSv/h～4.30×10-3μSv/h，远低于2.5 μSv/h；探伤室顶部外表面30 cm处的剂量率估算结果为0.19 μSv/h，远低于100 μSv/h。

3.3.2特殊情况

室内探伤作业时，探伤机所在位置需根据探伤工具体积大小、工件形状确定，不一定全部会固定在室内中心点上。公司探伤工件为芬顿塔等罐体（钢材质），直径为3.6 m～3.8 m，厚度范围为5 mm～12 mm。按最不利情况，将探伤工件放置在探伤室一侧，探伤机距离最近探伤室一侧外表面30 cm处按1 m考虑（计算时不考虑工件厚度）。该点的辐射剂量率估算结果为0.046 μSv/h，远低于2.5 μSv/h。由于四周墙体与防护门防护能力相同，即可认为其它侧均满足要求。

综上所述，该探伤室的设计方案满足X射线辐射屏蔽的要求。

3.4　对周边环境辐射影响分析

探伤机仅在探伤室内使用，探伤室设置有完善的电离辐射防护设施与辐射安全管理措施，电离辐射水平随着距离的增加而衰减，因此选取离辐射工作场所较近、有代表性的环境保护目标进行分析。

3.4.1一般情况分析

居留因子按《工业X射线探伤室辐射屏蔽规范》（GBZ/T 250－2014）附录A表A.1[3]取值，则工业X射线探伤室外各关注点处的年有效剂量估算结果见表3。

表3 探伤室外关注点年有效剂量估算结果

由表3可知，正常工况下，经工业X射线探伤机探伤室屏蔽后，职业人员和公众受到的年有效剂量均远小于《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB 18871－2002）规定的人员年平均有效剂量限值要求（职业工作人员20 mSv/a、公众人员1 mSv/a），对人员的影响很小，可忽略不计。

3.4.2特殊情况分析

在最不利情况分析下，居留因子取1，年有效剂量估算结果为4.68×10-3mSv/a，对人员的影响依然很小，满足GB 18871－2002的要求。

综上所述，该探伤室的设计方案符合辐射防护个人剂量限制的要求。

4　探伤室验收时周围环境监测结果分析

4.1　监测时工况及监测结果

监测时工况：探伤机位于探伤室中间，工作参数：285 kV，5 mA，无工件。

监测结果：探伤室各侧屏蔽体（含防护门）外关注点（距屏蔽体约30 cm）周围环境辐射剂量率监测结果均与环境本地水平相当，但两扇防护门所在墙体相交的拐角处、防护门与墙体搭接处30 cm位置辐射剂量率监测结果范围为1 μSv/h～10 μSv/h，远高于估算结果。

4.2　异常结果分析

经反复测量，推测剂量率异常的原因为：防护门与墙体搭接不够，存在缝隙。

4.3　对周围环境辐射影响分析

从偏安全角度考虑，以测量最大值10 μSv/h来计算，公众成员居留因子取1/4，则经过此处的公众成员年有效剂量约0.25 mSv，职业人员年有效剂量约1 mSv，远高于估算结果。

虽然人员年有效剂量满足相关管理要求，但探伤室周围外30 cm处剂量率超过2.5 μSv/h。从辐射安全和辐射防护最优化考虑，企业在探伤室周围1 m处设置实体围栏与警戒线（此处剂量率均为环境本底水平），工作期间，无关人员不得靠近探伤室。

5　辐射防护最优化分析讨论

《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB 18871－2002）[4]中第4.3.3款“防护与安全的最优化”规定： 4.3.3.1 对于来自一项实践中的任一特定源的照射，应使防护与安全最优化，使得在考虑了经济和社会因素之后，个人受照剂量的大小、受照射的人数以及受照射的可能性均保持在可合理达到的尽量低水平；这种最优化应以该源所致个人剂量和潜在照射危险分别低于剂量约束和潜在照射危险约束为前提条件（治疗性医疗照射除外）。4.3.3.2 防护与安全最优化的过程，可以从直观的定性分析一直到使用辅助决策技术的定量分析，但均应以某种适当的方法将一切有关因素加以考虑，以实现下列目标：一是相对于主导情况确定出最优化的防护与安全措施，确定这些措施时应考虑可供利用的防护与安全选择以及照射的性质、大小和可能性；二是根据最优化的结果制定相应的准则，据以采取预防事故和减轻事故后果的措施，从而限制照射的大小及受照的可能性。

5.1　探伤室设计方案分析总结

从辐射防护能力分析，按现有设计方案，正常工况下，各关注点的辐射剂量率均满足《工业X射线探伤室辐射屏蔽规范》（GBZ/T 250－2014）和《工业X射线探伤放射防护要求》（GBZ 117－2015）的相关要求；探伤项目对探伤室周围敏感点的辐射影响满足以上标准和《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB 18871－2002）的相关要求。

从造价成本方面分析，现有设计方案屏蔽体为铅＋钢结构，探伤室造价约220万；若屏蔽体全部按混凝土设计，探伤室造价将大幅下降，约80万。

综上所述，从辐射屏蔽效果考虑，该设计方案使剂量达到了可达到的尽量低的水平；但从经济和社会利益方面考虑，该探伤室的投入资金过大，该设计方案尚有优化空间。

5.2　探伤室设计方案限制因素

（1）探伤室建成后是否有拆迁需求。若有拆迁需求，优先选用铅钢结构探伤室。

（2）拟建场地建筑面积限制。同样屏蔽能力，混凝土墙体厚度大于铅房墙体厚度，若受场地面积限制，优先选用铅房探伤室。

（3）探伤室造价限制。铅房探伤室造价要远高于混凝土探伤室造价，若造价成本较低，优先选用混凝土探伤室。

（4）个性化需求。在以上3点条件已定的情况下，若业主有对探伤室辐射防护能力有比标准严格的要求，需结合其要求选择屏蔽材料的厚度。

综上所述，若无拆迁重复使用需求，可选用混凝土加铅板设计方案，既可节省场地，也可降低造价成本。

6　结论

通过估算结果可知，该探伤室的屏蔽设计方案的辐射屏蔽能力满足相关规范要求，施工过程中，只要严格按照屏蔽体材料及厚度要求，就能保证对X射线的辐射防护效果，使X射线对人员的影响保持在合理可行尽量低的水平，保护环境、保障公众健康。但造价成本较高。因此，在屏蔽体材料的选择及厚度设计方面，该方案尚有优化空间。

同时，从该探伤室投入使用后的监测结果分析，除设计方案合理外，施工质量也是辐射屏蔽能力的一项重要保障，墙体与墙体、防护门与墙体的搭接处若处理不慎，会成为射线泄露的隐患。由于铅钢材料的特殊性，其拐角处搭接没有混凝土方便操作，容易造成射线泄露。

一座探伤室的应用，除需根据相关标准要求、业主的需求、探伤机参数和限制条件等因素综合考虑，给出辐射防护最优化的设计方案外，还需对施工质量严格把控，同时也需要建设单位的科学管理。

[1]GBZ/T 250－2014. 工业X射线探伤室辐射屏蔽规范[S]. 北京: 中国标准出版社，2014.

[2]GBZ 117－2015. 工业X射线探伤放射防护要求[S]. 北京: 中国标准出版社，2015.

[3]李星洪. 辐射防护基础[M]. 北京: 原子能出版社，1982.

[4]GB 18871-2002. 电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S]. 北京: 中国标准出版社，2002.

Analysis on the Application of Lead Steel Structure Industrial X-Ray Inspection Room

This paper evaluates the rationality of the radiation protection design scheme of a lead steel structure industrial X-ray flaw detection room and the monitoring results of its actual protection ability after it is put into use; combined with the radiation protection capacity, construction cost and personalized needs of enterprises, the precautions for the optimal design and construction of radiation protection in flaw detection room are discussed, so as to provide reference for the application of this type of inspection room.

lead steel structure; industrial X-ray inspection room; protection capability; monitoring results; construction cost; optimization of radiation protection

TL7

A

1008-1151(2022)02-0026-03

2021-09-28

李明亮（1990－），男，广西博环环境咨询服务有限公司工程师，从事环境咨询工作。

常青（1990－），女，广西壮族自治区辐射环境监督管理站工程师，从事辐射环境监测工作。