X光、γ源（192Ir）兩種射線源無屏蔽工況下的安全

1、X光、源（192Ir）兩種射線源無屏蔽工況下的安全    摘要：針對(duì)射線探傷拍片作業(yè)的工程實(shí)踐和作業(yè)時(shí)間的特點(diǎn)，根據(jù)國(guó)家有關(guān)輻射防護(hù)方面的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)規(guī)定，為從理論上消除公眾對(duì)射線源(X光、源)的恐慌心理，以免在施工中引起不必要的經(jīng)濟(jì)糾紛，特撰寫此文。關(guān)鍵詞：射線源、屏蔽、輻射防護(hù)、劑量當(dāng)量率、劑量當(dāng)量、吸收劑量、安全距離1. 輻射防護(hù)的目的輻射防護(hù)的目的在于控制輻射對(duì)人體的照射，使之保持在可以合理做到的最低水平，保障個(gè)人所受到的劑量當(dāng)量不超過國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)工業(yè)射線探傷的外照射的防護(hù)而言，主要應(yīng)考慮下面三個(gè)基本要素;即：時(shí)間、距離、屏蔽層。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)射

2、線探傷拍片作業(yè)過程中，當(dāng)人與輻射源之間的距離無法改變，而時(shí)間又受到射線探傷工藝操作的限制時(shí)，欲降低工作人員的受照劑量水平，只有采用屏蔽防護(hù);屏蔽防護(hù)就是根據(jù)輻射源通過物質(zhì)時(shí)強(qiáng)度被減弱的原理，在人與輻射源之間加一層足夠厚的屏蔽，盡量減少照射劑量!具體到在裝置區(qū)(如管廊上探固定口)等野外射線探傷作業(yè)的施工環(huán)境，如用源探傷時(shí)，在貼好膠片、對(duì)好源輸源管管頭后;探傷人員除用一塊厚幾毫米、長(zhǎng)乘寬大約為200×400mm左右的鉛板蓋住源輸源管管頭外，盡可能地利用現(xiàn)場(chǎng)一切可用來屏蔽射線的自然障礙物(如墻、塔、換熱器、鋼結(jié)構(gòu)等)來防護(hù)。2 X光機(jī)無屏蔽作業(yè)時(shí)的安全距離GB188712002 電離輻射防

3、護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定公眾人員(非無損檢測(cè)人員)的年劑量當(dāng)量限值為5mSv/a (5毫希沃特每年)。下面首先談?dòng)肵光機(jī)(開通高壓后發(fā)射出X射線)在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)的安全距離!射線探傷作業(yè)前須開具施工票，除由生產(chǎn)一線領(lǐng)導(dǎo)簽字、通知當(dāng)班操作工外;還需生產(chǎn)部、安環(huán)部分別簽字，并由生產(chǎn)部調(diào)度在全廠晚值班會(huì)上通知全廠非相關(guān)車間;另外探傷人員在正式探傷前還派專人到相關(guān)操作室通知當(dāng)班操作工，拉上警戒繩、放置警燈，并借用對(duì)講機(jī)與操作室保持隨時(shí)聯(lián)系;如遇生產(chǎn)裝置波動(dòng)，操作工可隨時(shí)通知探傷停止拍片作業(yè)，不會(huì)耽誤操作工進(jìn)裝置區(qū)巡檢、調(diào)整流程等作業(yè)。在這種情況下，因射線探傷作業(yè)時(shí)間大多數(shù)情況下安排在夜間，仍有可能發(fā)生非

4、探傷人員誤闖入探傷警戒區(qū)而引起恐慌的事情!假設(shè)一非探傷人員在全年中的某一天誤闖入探傷警戒區(qū)，從射線輻射防護(hù)理論上來講根本不會(huì)發(fā)生對(duì)其身體多大損害的事發(fā)生!具體到射線探傷拍片作業(yè)的工程實(shí)踐，對(duì)小徑管(DN100mm)環(huán)焊縫照像經(jīng)常采用“高電壓、短時(shí)間”的曝光參數(shù)(1min)，對(duì)于100DN350的管道環(huán)焊縫的曝光時(shí)間采用1min、1.5min、2min、2.5min、3min不等，需根據(jù)管道規(guī)格(外徑、壁厚)的不同來確定。2.1 根據(jù)輻射防護(hù)距離公式、重要參數(shù)計(jì)算X光機(jī)作業(yè)時(shí)需用220V電源，控制箱上有高壓“開、關(guān)”按鈕，可隨時(shí)控制X射線的發(fā)出與否;當(dāng)曝光時(shí)間一到，X光機(jī)就不發(fā)出X射線了。說到X

5、光無屏蔽工況下的安全距離就是指在X光機(jī)開機(jī)作業(yè)時(shí)(如1min、2min、3min)的前提下才有的論題!這樣X光無屏蔽工況下的安全距離就是這樣一個(gè)命題：距離一個(gè)250EG-S3(指控制箱額定最高管電壓為250kv)的X光機(jī)窗口1米處的劑量當(dāng)量率是3×10 5Sv/h(微希沃特每小時(shí))1，問在距X光機(jī)窗口多遠(yuǎn)處的劑量當(dāng)量率為5mSv/360天 (毫希沃特每天)由輻射防護(hù)距離公式： D1F1 2=D2F2 2 3式中： D1距輻射源F1處(1點(diǎn))的劑量或劑量率;D2距輻射源F2處(2點(diǎn))的劑量或劑量率;F1輻射源到1點(diǎn)的距離;F2輻射源到2點(diǎn)的距離;劑量當(dāng)量=劑量當(dāng)量率×時(shí)間距X

6、光機(jī)窗口1米處的劑量當(dāng)量率是3×10 5Sv/h (微希沃特每小時(shí))(指X光機(jī)開到最高管電壓時(shí)的劑量率，為保護(hù)X光機(jī)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)探傷時(shí)所用管電壓數(shù)值均低于此數(shù)值);下面以X光機(jī)開機(jī)1min時(shí)為例說明：F1=1mD1=3×10 5Sv/h=3×10 5×10 -3mSv/60min=5mSv/min(毫希沃特每分鐘)則X光機(jī)開機(jī)1min時(shí)的劑量當(dāng)量D1=D1×1min=5mSv公眾的年劑量當(dāng)量限值為 D2=5mSv/a(毫希沃特每年)=5mSv/360天0.014 mSv/天當(dāng)一公眾在全年中的某一天誤闖入探傷警戒區(qū)，則其在F2處的劑量當(dāng)量D2 D2

7、=D2×1天=0.014 mSv由公式 D1F1 2=D2 F2 2D1、D2 分別代入1點(diǎn)、2點(diǎn)處的劑量當(dāng)量數(shù)值推出 F2=D1F1 2/ D2 =5×1 2/0.01419米同理可計(jì)算出X光機(jī)開機(jī)2min時(shí)的F2=(5×2)×1 2/0.01426.7米X光機(jī)開機(jī)3min時(shí)的F2=(5×3)×1 2/0.01432.7米2.2 工業(yè)用X光機(jī)(型號(hào)：250EG-S3)無屏蔽情況下的安全距離通過上述計(jì)算可得出：當(dāng)X光機(jī)開機(jī)1min時(shí)，公眾(非探傷人員)在無屏蔽情況下的安全距離為19米;當(dāng)X光機(jī)分別開機(jī)2min、3min時(shí)，公眾(非探傷

8、人員)在無屏蔽情況下的安全距離分別為26.7米、32.7米。亦即公眾人員即使全年360天每天誤闖一次X光機(jī)的安全距離附近，其吸收的射線劑量當(dāng)量也不超過國(guó)標(biāo)GB188712002規(guī)定的限值，不會(huì)對(duì)其身體造成多大傷害;事實(shí)上，公眾人員也不可能天天誤闖入射線探傷警戒區(qū)。3 源(192Ir)無屏蔽工況下的安全距離按承壓設(shè)備無損檢測(cè)JB/T47302005標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，禁止用大源(源強(qiáng)、居里數(shù)>50Ci)來檢測(cè)石化企業(yè)常見的壁厚在20mm以下的工業(yè)管道，大多數(shù)情況下用50Ci(居里)以下的源來探傷;50100Ci之間的源常用來探厚壁的三類容器(如球罐)、高壓管道(其壁厚常大于30mm)等!對(duì)40mm

9、以下的鋼厚度(雙壁單影透照時(shí)即為雙倍壁厚)，用源探傷所得射線底片的質(zhì)量(對(duì)比度)不如X射線底片;當(dāng)鋼厚度超過40mm時(shí)，X射線、源兩者的照相靈敏度大致相同，此時(shí)常用的250Kv X光機(jī)已是到達(dá)可透照的鋼最大厚度的極限了，亦即當(dāng)鋼厚度>40mm時(shí)，常用的250Kv(額定最高管電壓)X光機(jī)已是無能為力，就得選用源了。常用源(192Ir)的半衰期為75天，不論其源強(qiáng)(源的強(qiáng)度、常用居里數(shù)Ci表示)衰減到多小，但其能量始終不變!33.1 根據(jù)有關(guān)源的輻射防護(hù)距離公式、重要參數(shù)計(jì)算說到源(192Ir)無屏蔽工況下的安全距離是指源從儲(chǔ)源罐里被輸送到指定位置時(shí)才有的論題!這樣源(192Ir)無屏蔽工況

10、下的安全距離就轉(zhuǎn)化為這樣一個(gè)命題：以源強(qiáng)為30Ci的源(192Ir)來說明!在距離一30Ci的源(192Ir)源頭1米處的照射量率為30×F(X)(單位;R*m2*Ci-1*h-1);問在距離源(192Ir)源頭多遠(yuǎn)處的劑量率為5mSv/360天?F(X)(單位;R*m2*Ci-1*h-1)=0.463 R*m2*Ci-1*h-1(倫琴×平方米每居里每小時(shí))：?jiǎn)挝痪永镌丛诰嘣?m處時(shí)所產(chǎn)生的照射量率大小。 2.在實(shí)際用源(192Ir)拍片作業(yè)時(shí)，源強(qiáng)5Ci以下(如2Ci)的源(192Ir)拍片效率還不如X光機(jī);故下面以30Ci的源(192Ir)無屏蔽工況下曝光時(shí)間為1min

11、時(shí)為例來說明輻射場(chǎng)中的安全距離!對(duì)于X射線和射線來說，劑量當(dāng)量和吸收劑量具有相同的數(shù)值和量綱3;劑量當(dāng)量的國(guó)際單位是焦耳*千克-1(J/Kg)，為了與吸收劑量相區(qū)別，賦予劑量當(dāng)量的國(guó)際單位以專名：希沃特，符號(hào)為：Sv1Sv=1J/Kg對(duì)于30Ci的源(192Ir)距源頭1米處的照射量率D1=0.463×30=13.89R*m2/h當(dāng)曝光時(shí)間為1min時(shí)的照射量D1=13.89×1 2×1分/60分=0.2315C/Kg式中：R倫琴m米h小時(shí)C庫侖由公式：Dm=f×X式中：Dm物體的吸收劑量，Gy(戈瑞)(數(shù)值等同與Sv) 3X物體所在處的照射量，C/Kg

12、f 換算因子或稱為轉(zhuǎn)換系數(shù)，Gy*Kg/Cf=9.5×10-3 Gy*Kg/C則距30Ci的源1米處，源離開儲(chǔ)源罐在指定位置曝光1min時(shí)的吸收劑量：Dm=9.5×10-3×0.2315=2.199×10-3 Sv=2.199mSv.由GB188712002 電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定公眾人員(非無損檢測(cè)人員)的年劑量當(dāng)量限值為5mSv/a (5毫希沃特每年)。則5mSv/a=5mSv/360天1.39×10-2 mSv/天再由輻射防護(hù)距離公式： D1F1 2=D2F2 2 3式中： D1距輻射源F1處(1點(diǎn))的劑量或劑量率;見前圖D

13、2距輻射源F2處(2點(diǎn))的劑量或劑量率;見前圖F1輻射源到1點(diǎn)的距離;F2輻射源到2點(diǎn)的距離;推出F2=D1*F1 2/D2對(duì)于X射線和射線來說，劑量當(dāng)量和吸收劑量具有相同的數(shù)值和量綱 3。代入D1=Dm=2.199 mSv (距30Ci的源1米處，源離開儲(chǔ)源罐在指定位置曝光1min時(shí)的吸收劑量數(shù)值)F1=1mD2=5mSv×1天/360天=1.39×10-2 mSv得出F2=D1*F1 2/D2=2.199×1 2/1.39×10-212.6m同理可計(jì)算出距30Ci的源1米處，源離開儲(chǔ)源罐在指定位置曝光2min時(shí)的數(shù)值F2=12.6217.8m則曝光3

14、min時(shí)的數(shù)值 F2 =12.6321.8m3.2 源強(qiáng)為30Ci的源的安全距離通過上述計(jì)算可得出：在距30Ci的源1米處，源離開儲(chǔ)源罐在指定位置曝光1min時(shí)的安全距離為12.6米;源離開儲(chǔ)源罐在指定位置分別曝光2min、3min時(shí)的安全距離分別為17.8米、21.8米。在實(shí)際射線探傷拍片作業(yè)中，用30Ci的源雙壁單影探273×10mm的1Cr5Mo、316L等材質(zhì)的焊口時(shí)所用曝光時(shí)間也就1分鐘多點(diǎn)。對(duì)于30Ci的源來說，無屏蔽工況下曝光1min時(shí)的安全距離為12.6米;也就是說當(dāng)公眾(非探傷人員)在全年中的某一天在此輻射場(chǎng)中離源源頭12.6米處呆1min是安全的!在此距離處也不超

15、國(guó)標(biāo)規(guī)定的劑量限值，根本不會(huì)對(duì)其身體造成多大傷害;再說公眾也不可能天天誤闖入源探傷警戒區(qū)!其實(shí)，探傷人員在拍片作業(yè)時(shí)常用一塊厚幾毫米，長(zhǎng)乘寬大約為200×400mm左右的鉛板蓋住指定位置的源源頭，特別有利于自身的輻射防護(hù)。3.3 小結(jié)通過比較可以得出：源強(qiáng)分別為10Ci、20Ci等特定源(192Ir)的安全距離比30Ci的安全距離要小，在此不作贅述!X光、源在實(shí)際野外探傷拍片作業(yè)中是有屏蔽的(如探管道時(shí)，管道就好象是一種不完全屏蔽的防護(hù)層);通過對(duì)X光、源無屏蔽工況下的輻射防護(hù)理論方面的闡釋，公眾(非探傷人員)完全不必“聞射線色變!”因?yàn)椴煌耆帘喂r下的安全距離比無屏蔽工況下的安全距離確實(shí)還要小。當(dāng)用源(源強(qiáng)居里數(shù)大的，如80Ci、100Ci等)中心內(nèi)