馬 曉，張保增，王 瑋

多源輻射校準裝置輻射環(huán)境影響評價

馬 曉，張保增，王 瑋

（核工業(yè)北京地質研究院，北京 100029）

討論多源γ輻射校準裝置輻射環(huán)境影響評價時關注的重點，為同類項目場所屏蔽設計及評價提供參考。結合放射源衰減特性，計算不同工作狀態(tài)下裝備表面、機房外劑量率。結果顯示，關機時裝置表面劑量率低于廠家設計要求，對機房外的影響極?。婚_機時機房外最大劑量率低于劑量率控制水平，可不考慮天空反散射所致周圍公眾附加劑量。多源γ輻射校準裝置含有多枚可用的放射源，應考慮不同狀態(tài)下其對周圍環(huán)境的最大輻射影響，確保其對周圍環(huán)境及公眾所受附加劑量滿足要求。

多源；校準；輻射環(huán)境影響

近年來，隨著核技術利用在能源、醫(yī)療等多個領域的廣泛應用，電離輻射測量技術隨之不斷發(fā)展，對X-輻射劑量當量（率）儀的準確性也提出了更高的要求[1]。在X-輻射劑量當量（率）儀研制、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)均需借助電離輻射標準場進行測試、刻度，使其達到產(chǎn)品性能指標，保障工作正常和量值準確。通過輻射校準裝置建立的電離輻射標準場，不僅可以完善電離輻射計量體系，實現(xiàn)量值溯源，也是X-輻射劑量當量（率）儀產(chǎn)品研發(fā)、質量控制等環(huán)節(jié)所不可或缺的。輻射校準裝置在運行過程中可能對周圍環(huán)境及公眾產(chǎn)生輻射影響，以多源輻射校準裝置為例，就其運行過程中輻射環(huán)境影響評價的關注點展開討論，分析其對周圍環(huán)境及公眾的輻射影響。

1 多源γ輻射校準裝置概況

輻射校準裝置分為準直照射裝置和全景照射裝置，準直照射裝置根據(jù)裝源數(shù)量不同通常分為多源和單源準直照射裝置[2]。述及的多源輻射校準裝置由多源準直照射裝置、探測器刻度系統(tǒng)、安全聯(lián)鎖裝置及自動化控制操作平臺組成，其中多源準直照射裝置由放射源、準直光闌、快門、載源盤（可轉動轉盤）、屏蔽體（鉛容器）、散射腔、傳動定位系統(tǒng)以及底座等組成（圖1）。

多源準直照射裝置的放射源采用干法貯存在放射源貯存裝置內(nèi)載源盤上，載源盤共設計6個源槽，工作狀態(tài)下，傳動定位系統(tǒng)通過電機驅動轉盤（子）轉動，經(jīng)光耦定位將擬使用的放射源轉動到照射位置，此時放射源對準準直光闌，空壓機內(nèi)壓縮空氣驅動并開啟輻照器快門，射線以準直束方式照射輻射場內(nèi)待刻度儀表。通過傳動定位系統(tǒng)和控制平臺的選擇程序，保證多源準直照射裝置每次只有一枚放射源處于照射位置，使用不同放射源對周圍環(huán)境的影響不同。

圖1 多源γ準直照射器示意圖

2 輻射環(huán)境影響分析關注重點

多源輻射校準裝置開展輻射環(huán)境影響評價時應重點關注參考放射源的選擇、關機狀態(tài)下裝置表面的輻射劑量率、工作狀態(tài)下機房墻體外的輻射劑量率以及機房頂層外天空反散射對周圍公眾的輻射影響等。

2.1 放射源選擇

X-輻射劑量當量（率）儀相關檢定規(guī)程[3～7]列出的參考輻射源，包括241Am、137Cs、60Co、133Ba、152Eu和57Co，以及12～250 keV區(qū)間不同能量的X射線，其中放射源對應的能量范圍為59.5keV～1.33 MeV，計量性能要求提出的空氣比釋動能率范圍為30nGy·h-1～10μGy·h-1。對于防護水平級別的參考輻射而言，其準直照射裝置配備的放射源至少應包括241Am、137Cs和60Co，這些放射源產(chǎn)生的劑量場強度應能滿足被校準儀表在量程的多個十進位范圍內(nèi)的校準要求[5]。

表1 放射源參數(shù)

本裝置校準對象以防護水平X-輻射劑量當量（率）儀、X-輻射個人劑量當量率報警儀為主，選擇使用放射源包括241Am、137Cs和60Co 3種，其相關參數(shù)見表1。

選用不同種類放射源可覆蓋輻射監(jiān)測儀表校準要求的射線能量范圍，同一種類、不同活度放射源組合可實現(xiàn)同一校準點位、不同劑量情形下的校準，上述放射源組合可滿足本裝置校準對象的校準要求。由于放射源種類、活度不同，其對周圍環(huán)境的輻射影響不同，開展輻射環(huán)境影響分析時應關注放射源的選擇。

2.2 關機狀態(tài)下裝置表面劑量率

不同于射線裝置關閉電源即停止出束，多源γ輻射校準裝置屬于含源裝置，關機狀態(tài)時放射源貯存在裝置配套的鉛容器內(nèi)不取出，工作人員在機房內(nèi)擺放待校準儀器等工作時可能受到輻射影響，因而需要關注關機時裝置表面的劑量率水平。

本裝置配套的放射源鉛容器屏蔽厚度不小于30 mm鉛，鉛容器直徑不小于60 cm。根據(jù)同類設備以及廠家設計要求，關機狀態(tài)下裝置快門關閉時距裝置表面5 cm處表面劑量率應小于10μSv·h-1。參照IAEA Report No.47[8]推薦公式，可通過以下公式估算關機狀態(tài)下設備表面5 cm處的劑量率：

表2 關機狀態(tài)距裝置表面5 cm處的輻射劑量當量率

可見關機狀態(tài)下，距裝置表面5cm處多枚放射源的疊加輻射劑量率遠低于廠家的設計要求10μSv·h-1，其屏蔽效果可達到預期設計要求。對比5枚放射源的劑量率貢獻，60Co放射源的輻射影響貢獻最大，進行機房外輻射屏蔽效果評價時應予以重點關注。結合裝置表面5 cm處輻射劑量率，考慮到機房墻體屏蔽衰減以及劑量率與距離平方成反比，關機狀態(tài)下機房墻體外的劑量率可忽略不計，對周圍環(huán)境的影響極小。

2.3 工作狀態(tài)下機房墻體外輻射劑量當量率

本裝置所選放射源衰變產(chǎn)生的射線包括射線和射線，由于射線在空氣中射程較短，容易被屏蔽，通常只要對射線能有效屏蔽，也能將射線屏蔽掉，因而主要關注正常工作狀態(tài)下，放射源準直方向以及泄漏、散射射線對機房外工作人員和公眾產(chǎn)生的外照射。

本裝置同時裝配多枚不同種類、不同活度的放射源，但根據(jù)其工作原理可知工作狀態(tài)下單次僅可使用一枚放射源，因此應關注使用不同放射源時機房墻體外的輻射劑量率。

2.3.1 機房屏蔽參數(shù)

本裝置所在機房長11 m、寬6 m、高4.5 m，采用混凝土澆筑，東墻為主屏蔽墻，墻厚1 000 mm，其他墻體厚度為750 mm，迷路內(nèi)墻和頂棚厚度為500 mm，防護門為10 mm鉛板加不銹鋼板結構（圖2）。機房主照射方向應避開公眾居留因子較大的場所，以盡量降低對周圍環(huán)境及公眾的輻射影響。

參照射線源相關標準[9]，本裝置輻射工作場所劑量率控制水平按機房屏蔽體（墻）外、屋頂及入口防護門外30 cm處劑量率不超過控制值2.5 μSv·h-1進行管理。

圖2 機房平面、剖面示意圖

2.3.2 準直方向墻外輻射劑量率

準直方向墻體外劑量率可參照公式（1）計算得到，其中TVL取放射源對應的在混凝土中的什值層。由于工作狀態(tài)下每次僅能使用一枚放射源，結合關機狀態(tài)下不同放射源的輻射劑量率貢獻，以活度較大的137Cs和輻射劑量率貢獻較大的60Co進行對比分析。工作狀態(tài)下，準直方向墻體外輻射劑量當量率見表3。

表3 準直方向（主屏蔽）墻體外輻射劑量當量率

根據(jù)工作狀態(tài)下兩種放射源的計算結果不難看出，單獨使用放射源60Co開展工作時對機房墻體外的輻射影響較大，可見滿足放射源60Co的輻射屏蔽需要即可滿足其他放射源的輻射屏蔽需要，滿足本裝置屏蔽體外劑量率不超過2.5μSv·h-1的劑量率控制水平。

2.3.3 其他墻體外泄漏劑量率

主屏蔽墻以外的其他墻體雖未受到射線束直接照射，但應關注泄露輻射和散射輻射的影響。其他墻體外的泄露劑量率可參照IAEA Report No.47推薦計算公式計算得到：

表4 其他墻體外關注點處泄漏劑量率

Table 4 The leakage radiation dose equivalent rate of the secondary barrier

2.3.4 其他墻外散射劑量率

產(chǎn)生散射輻射的原因較多，其中以散射體散射和準直方向墻體散射輻射貢獻較大。

經(jīng)散射體散射至其他墻體外的散射劑量當量率可由式（3）計算得到。

表5 其他墻體外關注點處散射體散射劑量率

Table 5 The scattered radiation dose equivalent rate by scatter of the secondary barrier

經(jīng)準直方向墻體散射的輻射劑量率可由式（4）計算得到。

表6 其他墻體外關注點處準直方向墻體散射劑量率

對比泄漏輻射和散射輻射的劑量率貢獻，雖然散射輻射影響較小，但仍需要關注，且散射貢獻是無法避免的，通過優(yōu)化設計盡量將其控制在合理的范圍內(nèi)[10]。

2.3.5 其他墻外散射劑量率

根據(jù)其他墻體外各關注點處泄露輻射和散射輻射的劑量率，可得出其總劑量當量率，具體結果見表7。

表7 其他墻體外關注點處輻射劑量當量率

使用不同放射源開展工作時，本裝置所在機房其他墻體外的輻射劑量率均低于劑量率控制水平2.5 μSv·h-1。

2.3.6 工作狀態(tài)下機房屏蔽效果

關機狀態(tài)下，本裝置對機房外的疊加輻射影響基本可以忽略；開機狀態(tài)下，機房外的輻射劑量率遠低于機房外輻射劑量率控制水平，可見，本裝置機房采取的屏蔽防護設計是相對保守的。

本裝置使用的放射源活度較低，保守的屏蔽防護設計可為今后選用較大活度放射源預留空間，以滿足監(jiān)測儀器不同的校準需求；若發(fā)生放射源事故，相對保守的屏蔽防護可盡量降低其對周圍環(huán)境的輻射影響。

2.4 天空反散射

由于大氣對輻射的散射作用，貫穿輻射（X、、中子等）穿透屋頂時，放射源所在的建筑物周圍出現(xiàn)較強的輻射場[11]，即天空反散射。當放射源照射方向朝向屋頂，屋頂上方劑量率水平較高且周圍存在環(huán)境保護目標的情況下，應考慮天空反散射對周圍公眾的附加劑量。

本裝置工作狀態(tài)下，屋頂上方G點處劑量率最大不超過1.59×10-2μSv·h-1，可見屋頂上方的劑量率水平遠低于設定的劑量率控制水平2.5 μSv·h-1。一般情況下，當機房頂層外表面30 cm處周圍劑量當量率滿足劑量率控制水平要求時，可不考慮天空反散射對機房鄰近區(qū)域的周圍劑量當量率影響，且本裝置不直接朝向屋頂照射，此處可不展開討論天空反散射的輻射影響，但應對其予以關注，確保周圍公眾的附加劑量滿足公眾的劑量控制要求。

3 結語

多源輻射校準裝置的輻射環(huán)境影響應關注以下幾方面：

1）使用多源輻射校準裝置開展工作時，應關注不同工作狀態(tài)下對周圍環(huán)境的輻射影響，其中關機狀態(tài)下應考慮多枚放射源的疊加影響，關機狀態(tài)下工作人員在機房內(nèi)所受的輻射影響不可忽略；

2）多源輻射校準裝置在正常工作狀態(tài)下僅能使用一枚放射源，應對單獨使用不同放射源的情形進行對比，分析可能的最大輻射影響；

3）天空反散射可能對周圍公眾的產(chǎn)生附加劑量貢獻，應關注機房頂層外天空反散射的輻射影響。

[1] 鄭鈞正，卓維海.各相關領域實用的六類電離輻射量[J].輻射防護，2011（2）：115-128.

ZHENG Junzheng，ZHUO Weihai. Six Categories of Ionizing Radiation Quantities Practical in Various Fields[J]. Radiation Protection，2011（2）：115-128.

[2] 高飛，徐陽,倪寧,等.核電站輻射劑量率校準實驗室設備設計與研究[J].原子能科學技術，2020（9）：1715-1721.

GAO Fei，XU Yang，NI Ning，et al. Design and Research of Calibration Laboratory Equipment for Gamma Radiation Dosimeter in Nuclear Power Plant[J]. Atomic Energy Science and Technology，2020（9）：1715-1721.

[3] JJG 521-2006 環(huán)境監(jiān)測用X-輻射空氣比釋動能（吸收劑量）率儀檢定規(guī)程[S]. 北京：中國標準出版社，2006.

[4] JJG 393-2003 輻射防護用X、輻射劑量當量（率）儀和監(jiān)測儀[S]. 北京：中國標準出版社，2003.

[5] JJG 962-2010 X、輻射個人劑量當量率報警儀檢定規(guī)程[S]. 北京：中國標準出版社，2010.

[6] JJG 1009-2016 X、輻射個人劑量當量p（10）監(jiān)測儀檢定規(guī)程[S]. 北京：中國標準出版社，2016.

[7] JJG 417-2006譜儀檢定規(guī)程[S]. 北京：中國標準出版社，2006.

[8] IAEA. Radiation Protection in the Design of Radiotherapy Facilities[C]//Safety Reports Series No.47. Vienna：IAEA，2006 .

[9] GBZ/T 201.3-2014 放射治療機房的輻射屏蔽規(guī)范第3部分：射線源放射治療機房[S].北京：中國標準出版社，2014.

[10] 湯智超.核電廠電離輻射計量實驗室設計淺析[J].城市建設理論研究，2018（8）：95-96.

[11] 方杰，等.輻射防護導論[M].北京：原子能出版社，1988：180.

Radiation environmental impact assessment of multi gamma-ray sources calibration equipment

MA Xiao，ZHANG Baozeng，WANG Wei

（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

The key points of the radiation environmental impact assessment about multi gamma-ray sources calibration equipment is discussed, which can provide reference for shielding design and evaluation of similar projects. According to the attenuation characteristics of radiation source，the dose rates on the equipment surface and outside the room under different working conditions are calculated. The results show that the surface dose rate of the device is lower than the manufacturer’s design requirements when in off state；the maximum dose rate outside the room is lower than the dose rate control level when in working state，the additional dose caused by sky backscattering cannot be considered. There are multiple sources in the multi gamma-ray sources calibration equipment, analyzing the maximum radiation dose rate of the device under different working conditions，ensure that the radiation dose rate to the surrounding environment and the public under the control level.

multi-sources；calibration；radiation environmental impact

O652.63

A

1672-0636(2021)03-0388-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2021.03.013

2021-05-24；

2021-06-22

馬曉（1986— ），女，河南新鄉(xiāng)人，工程師，從事輻射環(huán)評及檢測工作。E-mail: maxiao@briug.cn

張保增（1985— ），男，山東濰坊人，工程師，主要從事環(huán)境影響評價和放射性環(huán)境地質調查。E-mail:sd0614223@sina.com