工业X 射线探伤室辐射影响分析

刘 焦，吴 辉

（江西辐射剂量检测院有限公司，南昌 330029）

工业X 射线探伤室内的核心设备为探伤机，其射线管由真空玻璃壳中的阴极和阳极组成，阴极为钨制灯丝，置于聚焦杯中[1]。在高压作用下，阴极发出的电子通过聚焦杯聚集成束而射向阳极。过程中产生的X 射线包含有用线束和泄漏辐射，这都将增加从业人员的辐射安全风险，是重要的辐射环境监测对象[2-3]。

据此，以南昌市某低温设备公司的探伤室为例，开展了工业X 射线探伤室辐射影响研究。该探伤室为独立建筑，配有操作室、评片室、暗室与危废暂存间，且操作室设有铅防护门，紧邻所需探伤的工件堆放位置，方便探伤工件进出和探伤作业的开展。探伤室50 m 范围内公众人员活动较少，屋顶无人员活动，因此对环境和人员影响较小，平面布局合理典型。

1 探伤室辐射屏蔽分析

1.1 探伤室结构

探伤室长10 m，宽5 m，高5.2 m，面积55.12 m2（含迷道），屏蔽体主要包括四周墙体（厚度700 mm 的钢筋混凝土）、屋顶（厚度400 mm 的钢筋混凝土）、探伤室北侧工件进出屏蔽门（20 mm 铅当量）和探伤室西侧操作室屏蔽门（8 mm 铅当量）。探伤室西北侧设置了“Z”型迷道，迷道墙体为600 mm 钢筋混凝土，探伤室平面布置图如图1 所示，物理参数见表1。

表1 探伤机物理参数

1.2 关注点剂量控制水平

探伤探伤室内安装2 台探伤机，但每次作业只使用其中1 台，选用主射束为周向的XXGH-3005 探伤机更具有代表性，按最不利情况，将各个方向均当作是主射方向来计算探伤室屏蔽体厚度，按探伤机的最大工况进行讨论，曝光时间按照最大曝光时间700 h 计算。该探伤室下方没有楼层，所以地面防护不予考虑。各侧墙体外关注点导出控制剂量按下式进行计算

表2 关注点控制剂量水平参数选取及计算结果表

1.3 探伤室屏蔽厚度

在分析探伤室四周及工件进出门屏蔽厚度时，屏蔽透射因子B 和屏蔽体厚度X 由式（2）和式（3）计算[5]

根据表2 和探伤室四周墙面屏蔽参数，可计算出屏蔽体厚度，结果见表3。由表3 可知，探伤室设计屏蔽厚度均满足屏蔽设计要求。

表3 各屏蔽体屏蔽厚度表

1.4 通道屏蔽厚度

式中：Rs为散射体至关注点的距离，m；R0为靶点至探伤工件的距离，取0.5 m；F 为R0处的辐射野面积；α为散射因子，R02/F·α 因子的值为60（150 kV）和50（200~400 kV）。

探伤室迷道主要是受散射线影响，散射路径为O→A→B→C（如图1 所示）。O 点到A 点的路径长度为5m，A 点到B 点的路径长度为3 m，B 点到C 点的路径长度为3.5 m。经计算得出迷道铅门人员入口处辐射剂量率为0.01 μSv/h，入口处满足2.5 μSv/h 剂量约束值要求；按照迷道人员入口处辐射剂量约束值2.5 μSv/h 的要求，计算得出迷道入口防护铅门所需屏蔽厚度为7.84 mm 铅当量，其防护铅门设计屏蔽厚度为8 mm 铅当量，满足屏蔽设计要求。

2 探伤室辐射环境分析

2.1 剂量理论预测

采用理论计算方法预测探伤机运行产生的贯穿辐射影响，选取探伤室外操作室、迷道内、探伤室东侧墙外、探伤室西侧墙外、探伤室南侧和工件进出门（北侧）共6 个预测点位，理论公式见式（6）和式（7）

表4 探伤机辐射剂量计算参数及预测结果

2.2 辐射事故类别

探伤机只有在开机状态下才会产生X 射线，一旦切断电源，探伤机便不会再有X 射线产生，因此只存在2 种可能发生的辐射事故：在防护门未关闭的情况下即进行探伤操作，可能给工作人员和周围活动的人员造成不必要的照射；设备检修时，人员在探伤室内，射线装置误开机，造成事故照射。辐射事故情况下，人员受到的有效剂量与探伤机产生的初级射线束造成的空气吸收剂量有关[8]，在空气中探伤机产生的初级射线束造成的空气吸收剂量可用式（8）计算

式中：D为空气吸收剂量率，mGy/min2；I 为管电流，取5 mA；δX为距离靶点1m 处输出量，取值20.9mGy·m2/（mA·min）；r 为参考点距X 射线管焦斑的距离，m。

人员受到的有效剂量可用式（9）计算

式中：E 为人员受到的有效剂量率，mSv/min；WT为组织权重因数，全身为1；WR为辐射权因数，X 射线为1。

根据式（8）和式（9）可知，探伤机管电流越大，受照人员所受的辐射有效剂量越大。因探伤室长宽尺寸为10 m×5 m，且探伤室和操作室内均安装有紧急止动开关按钮，当发生辐射事故时，相关人员可以立即通过探伤室或操作室内紧急止动开关中断电源，整个处理时间约10 s，辐射事故受照射剂量计算结果为104.5 mSv/次，在辐射事故状态下，可造成职业人员最大受照射剂量超过连续5 年的年平均有效剂量20 mSv 的5 倍，因此可判断事故等级为一般辐射事故。

3 结束语

以南昌市某低温设备公司的探伤室为例，开展了工业X 射线探伤室辐射影响研究，包括辐射屏蔽分析和辐射环境分析。研究表明，该探伤室及通道的屏蔽厚度均满足屏蔽设计要求，典型点位的剂量理论预测值均低于相应的约束值，最严重的辐射事故类别为一般辐射事故，因此该探伤室建设合理，可为今后同类的探伤室建设及其辐射环境监测提供参考。