鄧艷麗 明申金 朱國平 侯利娜 王 兵 李君利 苗齊田 張 輝

(同方威視技術股份有限公司, 北京, 100084);(清華大學工程物理系, 北京, 100084)

快速安全檢查系統是一種為了滿足快速通關需求而設計的X射線安全檢查設備，具有通過率高、檢查便捷等特點，廣泛應用于海港碼頭、物流園、交通樞紐、公路卡口、保稅區(qū)等地的海關、緝私、公安等部門對集裝箱貨物進行不開箱檢查，實現對集裝箱貨物的100%查驗要求。

1 快速安全檢查系統的輻射安全系統

對于快速安全檢查系統，為了保證集裝箱卡車司機(簡稱“司機”)的輻射安全，避免主射束照射，快速安全檢查系統的輻射安全系統設計遵循參考了相關標準[1-7]要求，采用縱深防御的原則及冗余性、多樣性、獨立性的多種安全聯鎖措施。

1.1 快速安全檢查系統的輻射安全聯鎖設施

快速安全檢查系統在輻射防護與安全設計必須滿足相關標準要求，除了在系統周邊建立輻射屏蔽物以確保周邊操作人員的安全以外，還采用了大量的電氣安全聯鎖設施來保障司機和公眾的輻射安全?？焖侔踩珯z查系統的安全聯鎖設施包括鑰匙開關聯鎖、急停按鈕和急停拉線、門聯鎖、車輛駛入和位置判斷，以及警示報警裝置、監(jiān)視和通訊設備等。

(1) 鑰匙開關聯鎖。在系統控制室操作臺上裝有加速器加高壓控制鑰匙開關。只有當這把加速器高壓控制鑰匙插入控制臺上的鑰匙孔且旋轉到“on”狀態(tài)時，加速器才有可能出束；加速器高壓控制鑰匙打到“off”或拔出時，加速器不能出束，在加速器出束時能立即停止出束。

(2) 急停按鈕和急停拉線。在系統控制室操作臺上、加速器室內、檢查通道墻內側等地分別設置了急停按鈕或拉線開關。

當任一急停按鈕被按下或急停拉線開關被拉下時，加速器不出束或立即停止出束。

(3) 門聯鎖。在加速器室門、調制器門、加速器X射線機頭部件面板上分別設有微動開關聯鎖。

當任一聯鎖面板或門被打開時，加速器不出束或立即停止出束。

(4) 車輛駛入判斷、車輛位置探測和流程控制。圖1給出了車輛駛入判斷、車輛位置探測和流程控制相對應的探測裝置和位置示意。

圖1中A～I表示各探測裝置所處的位點，其中IL1和IL2為地感設備，IS1、IS2、IS3和IS4為光幕探測裝置，P1、P2和P3為光電裝置。

圖1 快速安全檢查系統流程控制探測設備布置圖

掃描控制流程設備及其功能：

快速安全檢查系統的出束邏輯控制示于圖2。進入通道的車輛只有在滿足位置、速度等檢查流程的條件下，加速器才會啟動出束；如果不滿足流程要求，加速器不出束或在設定時間內停止出束；通道內非車輛的其它物體均不能啟動加速器出束，以確保司機與進入通道內人員的輻射安全。

1.2 輻射安全聯鎖設施的失效安全設計

快速安全檢查系統中所有與加速器出束有關的安全聯鎖設備都采用了失效安全設計，如光幕探測裝置、地感設備、光電裝置、急停按鈕和警示燈等。所謂失效安全設計，即任一設備失效或有故障，加速器將不能出束或者立即停止出束，進一步降低司機和其他人員受到X射線潛在照射的風險。

1.3 快速安全檢查系統的正常掃描控制流程

圖3給出了正常狀態(tài)下快速安全檢查系統中掃描控制流程。

由圖3可知，在正常掃描檢查狀態(tài)下：

(1) 只有當集裝箱卡車沿行進方向從IL1行進到IS4依次觸發(fā)沿途的各傳感器、并且IS2、IS3和IS4同時被遮擋、IL2發(fā)出有效信號時，IS4發(fā)出的信號下降沿才能觸發(fā)加速器出束。這樣保證駕駛室不被掃描，確定司機已離開主束一定的安全距離后系統才出束。

(2) 在加速器出束期間，IS3、IS4和IL2給出的信號必須始終保持，否則加速器立即停止出束。當集裝箱卡車正常離開IS3或IL2時，加速器立即停止出束。

圖2 快速安全檢查系統的安全聯鎖邏輯控制圖

圖3 快速安全檢查系統中掃描控制流程

(3) IS4和P3之間設定了時間間隔，如果被檢車經過IS4但未在設定時間內觸發(fā)P3，這時系統自動停止出束，以避免司機在通道內發(fā)生意外停車而造成不必要的照射。

1.4 正常掃描情況下司機的受照劑量

目前在國內投入使用的典型標準型快速檢查安全系統[8]給出了正常掃描情況下，蒙卡程序(GEANT 4.0)計算[9]和實際測量[10]結果：司機一次通過檢查的吸收劑量分別不超過0.02 μSv；加強型快速檢查安全系統[11](為提高圖像質量，加速器輸出劑量比標準型提高至3～5倍)不超過0.1 μSv[12,13]。

相關標準中有關集裝箱卡車司機安全的劑量限制如下：

(1) “Radiation protection instrumentation - X-ray systems for the screening of persons for security and the carrying of illicit items”[5]規(guī)定：被檢查者每次接受透射型安檢設備的吸收劑量H*(10)應小于5 μSv，每次接受背散射型安檢設備的吸收劑量H*(10)應小于0.4 μSv。

(2) “Cargo/vehicle radiographic inspection system”[4]規(guī)定：司機一次通過吸收劑量不超過5 μSv。

(3) “Radiation Safety for Personnel Screening Systems Using X-ray”[3]規(guī)定：被檢查者單次掃描參考有效劑量不超過0.25 μSv，在任何12個月內從該設備接受的參考有效劑量不超過250 μSv。

(4) 《貨物車輛輻射檢查系統的放射防護要求》[6]規(guī)定：對于有司機駕駛的貨運車輛或列車的檢查系統，駕駛員位置一次通過的周圍劑量當量應不大于0.1 μSv。

表1中列出了司機單次通過快速檢查安全系統的吸收劑量與標準限值，司機每次通過快速檢查安全系統的吸收劑量不超過0.02 μSv，為相關標準規(guī)定的安全限值的1/500～1/50。

據目前使用快速安全檢查系統安檢用戶反饋，同一司機每天駕車經過快速安全檢查設備不超過3趟，一年按照300個工作日計算，該司機經過安檢次數不超過900次，司機的年有效吸收劑量為900×0.02=18 μSv，與標準[1]中給出的公眾豁免年劑量值(10 μSv)相當。說明快速安全檢查系統對于駕車通過的司機來說是安全的。

表1 司機單次通過快速檢查安全系統的吸收劑量與標準限值

2 設計基準事故分析

2.1 設計基準事故(一)：司機受到主束掃描照射風險估計

對快速安全檢查系統，這里司機作為公眾中的關鍵人群來重點分析。在一次正常掃描檢查過程中司機要受到主束掃描照射所須滿足的條件如圖4(故障樹分析圖)所示。

圖4中事件A——按照行進方向依次已到達IS3和IL2的位置而未到達IS4之前的時間段內和事件B——IS4被意外地觸發(fā)同時發(fā)生，司機正好處在主束位置而被照射。

事件A作為基本事件，可能性取1，而事件B的發(fā)生概率分析如圖5所示。

由圖5可見，導致事件B發(fā)生的可能原因包括：卡車處于光幕IS3～IS4之間的時間內，光幕IS4的發(fā)射器和接收器之間有大于150 mm高度的連續(xù)部件(至少8對發(fā)射與接收器)被遮擋導致事件發(fā)生，或者這8對以上元器件同時突發(fā)故障事件，導致IS4被意外觸發(fā)。因為快速安全檢查系統的掃描通道總長為20 m，而光幕IS3～IS4之間距離約2 m，因此被檢查的卡車處于IS3～IS4區(qū)間的時間概率為2/20=0.1。

(圖中小圓圈表示基本事件)
圖4司機被主束照射故障樹分析圖

圖5 事件B(車輛到達IS3和IS4之間時IS4發(fā)生意外觸發(fā))的發(fā)生概率分析

這里，光幕IS4中8對以上發(fā)射器與接收器同時被遮擋事件的發(fā)生概率與設備現場周邊環(huán)境狀況有關。例如安裝在海邊的設備，大型海鳥比較多，可能發(fā)生海鳥飛到光幕IS4上引起遮擋；再假定安裝地衛(wèi)生環(huán)境很差的設備，可能發(fā)生比較大的物體如塑料袋、紙張等被風揚起來而遮擋IS4等小概率事件，可以近似認為在一次掃描過程中這類事件的發(fā)生概率與一年某人時間(MTBF)為30 萬h。當卡車接受一次掃描全過程(Δt)內，IS4發(fā)生失效的概率可以估計為Δt/MTBF。由于集裝箱卡車的速度最低5 km/h，則檢查時間Δt最長0.004 h，則IS4在此期間失效的概率不超過0.004/300000=1.3×10-8。

根據圖5故障樹分析結果，得到事件B發(fā)生的概率為1×10-7。

由圖4、圖5可見，司機每次通過快速安全檢查系統可能受到主束掃描照射的概率低于1×10-7，是一個低概率事件。

被快速安全檢查系統主束掃描一次所接受的吸收劑量[10,13]實測不超過4 μSv，那司機意外受照劑量也會與之相當，該劑量依然小于標準[4,5]中一次通過的安全限值(5 μSv)要求，同時也遠低于我國對一般輻射事故的標準判定(年劑量限值50 mSv[2])。因此，設備在此設計基準事故中，司機實際受到主束照射，但不構成輻射事故，且受照劑量小于國際標準的安全要求。

針對特別頻繁過往檢查設備的司機的風險估算：在上述情況下，司機經過快檢設備最多3 次/d，一年300個工作日共計900 次，由ICRP 76報告提供的風險計算方法[14]和ICRP103報告提供的數據[15，則每年司機受到主束掃描的風險為：

式中，P為司機受到主束掃描的概率；f(E)為司機受到一次主束掃描所受劑量導致的危險度，其中公眾的標稱風險概率因數為5.7×10-2Sv-1，劑量率大于0.1 Gy/h條件下的劑量和劑量率有效因子(DDREF值)取2；N為司機每年掃描總次數。

計算結果表明：與ICRP 103號出版物要求的公眾危險約束值10-5a-1、和IAEA 115號報告提出的豁免危險水平10-7a-1相比，來自于此設計基準事故的危險可以忽略。

2.2 設計基準事故(二)：某人藏匿或尾隨卡車進入掃描通道，被主束照射風險估計

這種事件發(fā)生須滿足的條件示于圖6，前提是事件C和D同時發(fā)生，即當事件C(系統工作時某人意外地隨卡車一起進入檢查通道)以及基本事件D(卡車被正常掃描中)同時發(fā)生。事件C的發(fā)生可能是由于某人藏匿于卡車內(人因差錯概率取10-3)或某人意外尾隨卡車進入檢查通道，某人進入檢查通道的概率取決于檢查系統所在區(qū)域的人員居留概率(取1/40)、意外尾隨卡車的概率(取10-3)以及操作人員沒有及時發(fā)現并阻止的概率(取10-3)；基本事件D的概率可取1。

圖6 藏匿或尾隨卡車被主束照射故障樹分析圖

由圖6可得到某人藏匿或尾隨卡車而被主束掃描的概率大約在1×10-3。

依據前述計算公式，某人意外被主束掃描一次所接受的吸收劑量不超過4 μSv，則某人意外進入通道被主束掃描一次所致風險為：

結果表明，該設計基準事故的危險仍然是非常低的。

2.3 小結

基準事故(一)和(二)的風險評估結果可以看出，快速安全檢查系統的帶給司機和周邊公眾的風險均遠低于IAEA 115報告提出的豁免風險水平10-7a-1。因此，快速安全檢查系統目前提供的輻射安全措施是相當充分的。

3 運行經驗數據

快速安全檢查系統投入市場應用已達10年有余，據不完全統計，國內某廠商為全球用戶已經提供了80多套快檢系統，主要服務于碼頭、公路口岸、物流中心等查驗中心，收集到部分項目運行情況列于表2。

表2 快速安全檢查系統運行情況統計表

由表2可見，快速安全檢查系統運行多年，發(fā)生1起意外事件，原因是現場周邊環(huán)境惡劣，周邊垃圾袋被吹進掃描通道，恰巧提前蓋住了光幕。為此設備廠商后來進行了改進與完善，在上下方向上又增加了一組光幕，進一步降低風險。

從現有的產品運行經驗數據看，設計基準事故(二)目前為止并沒有發(fā)生過。實踐證明，快速安全檢查系統完善的安全聯鎖設施是必要的，對關鍵人員的保護是有效的。

4 結語

綜合快速安全檢查系統的輻射安全分析，可形成以下結論：

(1) 快速安全檢查系統提供的輻射防護措施比較全面，確保了冗余、多樣的安全要求，盡可能地降低了人員意外受照風險，能夠確保正常工況下集裝箱卡車司機以及周邊公眾的安全，設計上符合輻射安全縱深防御設計原則。

(2) 在正常工況下，司機單次和年累積劑量均遠好于相關標準的要求，其健康安全有保障；司機可作為普通公眾對待。

(3) 在設計基礎事故下，司機、意外闖入檢查通道的人員受到快檢系統主束照射的風險極低(10-10～10-11)，受照劑量也很低(4 μSv)，對健康無影響；但考慮到最優(yōu)化和正當性原則，建議仍要采取充分而必要的安全措施，以保障司機盡量不受主束照射。

最后需要說明的是，再完備的技術手段和設備，也離不開合格的操作人員和規(guī)范的輻射安全操作規(guī)程。只有人、設備和制度三方面共守原則，才能構建出一個牢靠的安全體系，杜絕任何輻射事故/意外事件的發(fā)生。