楊斌，張玥，靳健喬，劉釗，唐衛(wèi)東

人口密集區(qū)域大型工業(yè)輻照放射源安全處置及屏蔽裝置后期再利用的探索分析

楊斌，張玥，靳健喬，劉釗，唐衛(wèi)東

（天津市技術(shù)物理研究所，天津 300192）

許多鈷源輻照裝置存在于人口密集區(qū)域，其存在的卡源、強(qiáng)烈地震導(dǎo)致輻射泄露等安全隱患對(duì)周邊群眾造成潛在威脅。隨著對(duì)放射源的安全管控日趨嚴(yán)格，鈷源輻照裝置的數(shù)量會(huì)逐漸減少。在完成裝置退役后，對(duì)屏蔽結(jié)構(gòu)完好的輻照裝置進(jìn)行改造，成為電子加速器輻照中心。電子加速器在安全性上優(yōu)于鈷源，改造方法可行，具備一定的操作性和經(jīng)濟(jì)性，可在短時(shí)間內(nèi)完成改造，轉(zhuǎn)變成為電子加速器輻照裝置，繼續(xù)從事輻照加工行業(yè)。

輻照裝置退役；輻照?qǐng)龈脑?；電子加速器；屏蔽裝置

1 前言

輻照加工是采用低能量射線(xiàn)對(duì)物品進(jìn)行處理，達(dá)到消毒滅菌、材料改性等目的。輻照加工技術(shù)在材料科學(xué)、生命科學(xué)、生物工程、環(huán)境保護(hù)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)、醫(yī)療科學(xué)、電子工程、航空航天、地質(zhì)、石油化工等領(lǐng)域均取得重要成果。輻照加工通常采用射線(xiàn)源有鈷-60γ放射源、電子加速器產(chǎn)生的能量不大于10 MeV的電子束或能量不大于5 MeV的X射線(xiàn)。鈷-60輻照是輻射加工常用手段，通常用于處理食品、藥品。

根據(jù)《放射性同位素與射線(xiàn)裝置安全和防護(hù)條例》（國(guó)務(wù)院令第449號(hào)）及《放射源分類(lèi)辦法》規(guī)定，Ⅰ類(lèi)放射源為極高危險(xiǎn)源。沒(méi)有防護(hù)情況下，接觸這類(lèi)源幾分鐘到1 h就可致人死亡。放射活度大于3×1013Bq的鈷-60即為Ⅰ類(lèi)放射源。用于輻照加工的鈷-60放射源均為Ⅰ類(lèi)放射源。

放射源具有持續(xù)釋放射線(xiàn)的特點(diǎn)，雖然采取安全聯(lián)鎖、視頻監(jiān)控、劑量監(jiān)控等一系列安全措施，但仍存在因地震、火災(zāi)等重大災(zāi)害導(dǎo)致射線(xiàn)泄漏的安全隱患。而電子加速器斷電后即立即停止釋放射線(xiàn)，安全程度更高。本文簡(jiǎn)述了一次鈷-60輻照裝置的退役過(guò)程，并探索分析將屏蔽結(jié)構(gòu)完整的退役輻照裝置改造再利用為電子加速器輻照裝置的可行性。

某大城市原市郊有一座大型工業(yè)輻照用鈷-60放射源，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，該區(qū)域逐漸發(fā)展成為人口密集的城市繁華地帶。放射源周邊人口密集，半徑1 km范圍內(nèi)有學(xué)校、醫(yī)院、居民區(qū)、研究機(jī)構(gòu)及辦公寫(xiě)字樓，人口密度約為19 621人/平方千米。該放射源輻照裝置設(shè)計(jì)裝源量30萬(wàn)Ci（1 Ci=3.7×1010Bq，共計(jì)1.11×1016Bq）。

該放射源輻照裝置抗震設(shè)防烈度為8度，位于華北地震區(qū)。該地區(qū)有據(jù)可查的8級(jí)地震曾發(fā)生過(guò)5次；7～7.9級(jí)地震曾發(fā)生過(guò)18次。若發(fā)生強(qiáng)烈地震，該輻照裝置存在放射源卡源、屏蔽裝置開(kāi)裂導(dǎo)致射線(xiàn)暴露等小概率但嚴(yán)重危及周邊群眾人身安全的事件發(fā)生。即使未發(fā)生放射源泄漏，仍可能產(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)恐慌情緒。因此政府部門(mén)決定對(duì)該鈷-60放射源輻照裝置進(jìn)行關(guān)停退役處置。

2 放射源輻照裝置退役處置過(guò)程

2.1 資金籌措

經(jīng)多年努力，在政府統(tǒng)一協(xié)調(diào)幫助下，獲得了輻照裝置退役處置資金。

2.2 鈷源退役處置過(guò)程

鈷-60放射源分為國(guó)產(chǎn)放射源和進(jìn)口放射源。按照目前生態(tài)環(huán)境部管理慣例，鈷源使用不超過(guò)1/3壽期的可在國(guó)內(nèi)重新安置。根據(jù)《放射性同位素與射線(xiàn)裝置安全和防護(hù)條例》（國(guó)務(wù)院令第449號(hào)）規(guī)定，進(jìn)口單位具有進(jìn)口放射性同位素使用期滿(mǎn)后的處理方案，其中，進(jìn)口Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)放射源的，應(yīng)當(dāng)具有原出口方負(fù)責(zé)回收的承諾文件。因此進(jìn)口鈷源按規(guī)定退回至原生產(chǎn)國(guó)。

鈷源在裝入獲批準(zhǔn)的放射源運(yùn)輸容器（即源罐）過(guò)程需進(jìn)行至少3遍源號(hào)核對(duì)，確保萬(wàn)無(wú)一失：每個(gè)編號(hào)的鈷源在源架上的位置核對(duì)第一次；裝入源罐中進(jìn)行編號(hào)核對(duì)第二次；每個(gè)編號(hào)的鈷源裝入源罐“花籃”后的位置核對(duì)第三次。運(yùn)輸前需向公安部門(mén)申請(qǐng)運(yùn)輸許可證，運(yùn)輸中由警車(chē)押運(yùn)。

2.3 輻照裝置退役過(guò)程

鈷源運(yùn)離放射場(chǎng)所并完成鈷源井水排水后，即啟動(dòng)放射場(chǎng)所退役工作。退役工作遵照核安全導(dǎo)則《γ輻照裝置退役》（HAD 401/07—2013）執(zhí)行。建設(shè)單位自行委托具有相應(yīng)環(huán)評(píng)資質(zhì)的環(huán)評(píng)單位編制鈷源輻照裝置退役項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告表。生態(tài)環(huán)境部組織專(zhuān)家對(duì)報(bào)告表論證通過(guò)后，生態(tài)環(huán)境部委托有資質(zhì)的第三方監(jiān)測(cè)單位對(duì)輻照?qǐng)鏊M(jìn)行終態(tài)監(jiān)測(cè)。第三方單位向環(huán)保部提交退役項(xiàng)目竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收監(jiān)測(cè)報(bào)告表，建議通過(guò)竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收后，尚需進(jìn)行三次公示。包括核與輻射退役項(xiàng)目竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收申請(qǐng)受理公示10個(gè)工作日，擬同意竣工環(huán)保驗(yàn)收決定公示5個(gè)工作日，竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收申請(qǐng)作出審批決定公告7日。從受理公示至審批決定公告完成共歷時(shí)約2個(gè)月。完成公示后，生態(tài)環(huán)境部批準(zhǔn)場(chǎng)址實(shí)現(xiàn)無(wú)限制開(kāi)放使用。

3 退役后輻照屏蔽裝置再利用的探索

輻照裝置完成退役后，其輻射屏蔽結(jié)構(gòu)并沒(méi)有受到破壞，仍可以發(fā)揮屏蔽射線(xiàn)的作用，因此建設(shè)電子加速器輻照中心作為退役輻照裝置再利用的一種途徑就具有了可行性。

3.1 電子加速器與鈷源安全性比較

與鈷源持續(xù)衰變釋放射線(xiàn)不同，電子加速器只在通電后才會(huì)產(chǎn)生射線(xiàn)。如遇地震、火災(zāi)等突發(fā)事件，振動(dòng)、煙霧報(bào)警都會(huì)觸發(fā)安全聯(lián)鎖裝置，使加速器自動(dòng)斷電停止出束，因此電子加速器在安全性方面大大優(yōu)于鈷源。

3.2 電子加速器與鈷源工業(yè)應(yīng)用比較

以10 MeV 20 kW電子加速器為例，其處理貨物能力與鈷源相差無(wú)幾。且電子加速器處理貨物快，可在幾秒鐘時(shí)間內(nèi)完成30萬(wàn)Ci鈷源需要1 h甚至更長(zhǎng)時(shí)間處理的劑量。此外，電子加速器僅消耗電量，不存在使用鈷源時(shí)放射源購(gòu)買(mǎi)和退役的繁雜審批手續(xù)及裝置退役問(wèn)題，節(jié)省費(fèi)用、時(shí)間和人力。

3.3 鈷源屏蔽裝置改造為電子加速器輻照?qǐng)龅姆椒?/h3>

鈷源屏蔽裝置內(nèi)均有一水井，用以貯存放射源。改造時(shí)以水井為基礎(chǔ)，在井壁四周安裝鋼板隔濕防潮，墊高井底高度，用以放置電子加速器機(jī)頭。

運(yùn)輸貨物的束下板鏈下傾斜沉至加速器機(jī)頭下方接受輻照，板鏈上增加隔板防止貨物傾斜翻覆。此種改造方法節(jié)省土地、材料、時(shí)間，可以在較短時(shí)間內(nèi)用與新建加速器相比很少的費(fèi)用完成改造，投入使用。

3.4 輻照裝置屏蔽電子射線(xiàn)的效果

根據(jù)《電子加速器輻照裝置安全和防護(hù)》（HJ 979—2018）4.2.2 輻射屏蔽設(shè)計(jì)依據(jù)規(guī)定，電子加速器輻照裝置人員可達(dá)區(qū)域屏蔽體外表面30 cm處及以外區(qū)域周?chē)鷦┝慨?dāng)量率不超過(guò)2.5 μSv/h。如屏蔽體外為社會(huì)公眾區(qū)域，屏蔽設(shè)計(jì)必須符合公眾成員個(gè)人劑量約束值規(guī)定。本文所述改造方式是以大地作為屏蔽體，地面以上以反射和散射為主，因此原有鈷源屏蔽墻體能夠達(dá)到屏蔽要求，通過(guò)環(huán)境影響評(píng)價(jià)。

4 輻照屏蔽裝置再利用的實(shí)施預(yù)測(cè)

輻照加工是民用非動(dòng)力核技術(shù)的重要組成部分，截至2016-12月底，中國(guó)從事核技術(shù)應(yīng)用研發(fā)的科研機(jī)構(gòu)、高校和應(yīng)用單位達(dá)400多家。中國(guó)同輻協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2015年中國(guó)核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的年產(chǎn)值約為3 000億元，是2010年的三倍，年增長(zhǎng)率保持在20%左右，總體呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，有望成為當(dāng)前經(jīng)濟(jì)環(huán)境下新的增長(zhǎng)熱點(diǎn)[3]。未來(lái)對(duì)輻照加工技術(shù)服務(wù)有相關(guān)需求的重點(diǎn)行業(yè)和領(lǐng)域包括新能源產(chǎn)業(yè)、高鐵與軌道交通、造船業(yè)、航空航天、電子信息、先進(jìn)制造業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品與食品加工、醫(yī)療用品、環(huán)境治理、公共安全等[4]。可以看出，輻照加工與民生息息相關(guān)，是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展不可或缺的技術(shù)服務(wù)行業(yè)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)至2017年中國(guó)已有130座鈷-60 γ輻照裝置，設(shè)計(jì)裝源量1.7億居里，實(shí)際裝源活度約為7 000萬(wàn)居里。目前中國(guó)工業(yè)鈷源的年需求量約為1 000萬(wàn)～1 200萬(wàn)居里，其中，國(guó)產(chǎn)源供應(yīng)約為500萬(wàn)居里，從加拿大進(jìn)口約300萬(wàn)～500萬(wàn)居里，從俄羅斯進(jìn)口約100萬(wàn)～200萬(wàn)居里。截至2015年底，產(chǎn)值規(guī)模已達(dá)到144億美元，年增長(zhǎng)率保持在19%左右。輻照材料改性、醫(yī)療衛(wèi)生用品輻照滅菌燈輻射加工服務(wù)以及輻射技術(shù)裝備領(lǐng)域產(chǎn)值分別達(dá)到72億美元、58億美元、14億美元。由此可見(jiàn)輻照加工市場(chǎng)巨大，對(duì)實(shí)現(xiàn)無(wú)限制開(kāi)放使用的退役鈷源裝置進(jìn)行改造，成為電子加速器輻照?qǐng)?，繼續(xù)從事輻照加工行業(yè)是符合廣大鈷源輻照?qǐng)鼋?jīng)營(yíng)者利益和意愿的。

5 結(jié)論

鈷源是輻照加工行業(yè)較早使用的輻照技術(shù)手段。但隨著城市的發(fā)展，很多鈷源輻照裝置所處地點(diǎn)漸漸由人口稀少地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槿丝诿芗瘏^(qū)。鈷源輻照裝置存在持續(xù)釋放高強(qiáng)度放射性的特點(diǎn)，又存在卡源、裝置倒塌破損等安全隱患，因此輻照裝置建設(shè)、Ⅰ類(lèi)放射源的購(gòu)買(mǎi)和退役等一系列審批流程煩瑣、管控嚴(yán)格。

電子加速器斷電后即停止產(chǎn)生射線(xiàn)，在正常使用和異常狀況下都不會(huì)對(duì)環(huán)境及周邊公眾產(chǎn)生危害；在運(yùn)輸過(guò)程中，電子加速器沒(méi)有任何放射性，以一般貨物對(duì)待即可，不需特殊申請(qǐng)；電子加速器退役時(shí)僅履行申報(bào)手續(xù)即可，過(guò)程簡(jiǎn)便；電子加速器的運(yùn)行維護(hù)成本較鈷-60放射源低，更加經(jīng)濟(jì)適用，同時(shí)電子加速器也是輻照加工行業(yè)供給側(cè)改革的發(fā)展趨勢(shì)。因此，電子加速器替代鈷源是未來(lái)輻照行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。在鈷源輻照裝置退役后，對(duì)結(jié)構(gòu)完好仍可發(fā)揮屏蔽作用的輻照裝置進(jìn)行改造，變?yōu)殡娮蛹铀倨鬏椪罩行脑诩夹g(shù)上是可行的。可以在較短時(shí)間內(nèi)，花費(fèi)少量資金完成改造，通過(guò)環(huán)評(píng)取得輻射安全許可證后即可投入生產(chǎn)，為鈷源輻照企業(yè)提供了一條快速轉(zhuǎn)型的途徑。

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院.放射性同位素與射線(xiàn)裝置安全和防護(hù)條例［S］.2005-08-31.

［2］北京三強(qiáng)核力輻射工程技術(shù)有限公司，環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，北京市環(huán)境保護(hù)局，等.HJ 979—2018電子加速器輻照裝置安全和防護(hù)［S］.出版社不詳，2018.

［3］中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì).2016—2017核技術(shù)應(yīng)用學(xué)科發(fā)展報(bào)告［R］.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2018.

［4］中國(guó)同位素與輻射行業(yè)協(xié)會(huì)輻射加工專(zhuān)業(yè)委員會(huì).輻射加工產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃及建議［J］.中國(guó)核工業(yè)，2011（1）：34-39.

TL941

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.058

2095－6835（2019）14－0128－02

楊斌（1977—），男，核技術(shù)高級(jí)工程師，國(guó)家注冊(cè)核安全工程師，主要從事核技術(shù)利用、核儀器儀表開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕