离子加速器和离子注入机建设项目环境影响评价

杜喜臣，贝新宇

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

离子加速器和离子注入机建设项目环境影响评价

杜喜臣，贝新宇

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

针对某离子加速器和离子注入机建设项目，基于工作原理及放射性污染因素分析，对建设期和运行期可能产生的放射性及非放射性环境影响进行系统分析和评估。从实体屏蔽、安全联锁设计、辐射环境管理等方面提出针对性环境保护措施，将项目实施过程中的不利环境影响最小化。

离子加速器；离子注入机；环境影响评价

离子加速器和离子注入机均为粒子加速器的一种，是用人工方法产生高速带电粒子的装置，是探索原子核和粒子性质、内部结构和相互作用的重要工具，在工农业生产、医疗卫生、科学研究等领域有重要而广泛的应用。

离子加速器和离子注入机在工作过程中，被加速的带电离子与结构材料相互作用产生贯穿能力极强的γ射线，对周围环境和相关人员可能产生不容忽视的放射性影响。根据国家相关法规要求，此类建设项目需开展环境影响评价工作。

1 项目概况

1.1 项目组成

项目建设单位拟购入2台离子加速器和1台离子注入机，并配套建设地下工作场所，用于材料损伤试验研究。拟购离子加速器和离子注入机均为Ⅱ类射线装置，基本性能参数见表1。

表1 离子加速器和离子注入机基本性能参数Table 1 Basic performance and parameters of ionaccelerator and ion im planter

1.2 工作原理及结构

进行核物理或高能物理实验时，一般需要用高速离子轰击靶的原子核，观察它们的相互作用规律。本项目离子加速器和离子注入机即根据此原理利用高速离子束开展反应堆材料损伤机理研究。

离子加速器和离子注入机基本结构相似，由离子源、真空加速结构、引导聚焦系统和束流输运分析系统4个基本部分组成［1］。离子源用来提供待加速的各种带电离子束；真空加速结构在真空中产生一定形态的加速场，使离子在不受空气分子散射的条件下得以加速；引导聚焦系统利用电磁场使离子束沿预定轨道加速；束流输运分析系统用来在离子源和真空加速结构之间输运并分析带电离子束。

离子加速器及离子注入机工作场所布置见图1，由离子源室、加速器大厅、靶室和控制室组成，其中离子源室、靶室均位于加速器大厅内。

2 评价标准及范围

2.1 评价标准

根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871—2002［2］、《粒子加速器辐射防护规定》（GB5172—1985）［3］，工作人员个人年有效剂量约束值为5 mSv·a-1，公众个人年有效剂量约束值为0.1mSv·a-1。

图1 离子加速器及离子注入机工作场所布置示意图Fig.1 W orkplace schematic diagram of ion accelerator and ion implanter

目前国内没有专门针对离子加速器和离子注入机的实体屏蔽效果要求，参照《工业X射线探伤放射卫生防护标准》（GBZ117—2006）［4］、《放射治疗机房的辐射屏蔽规范第1部分：一般原则》（GBZ/T201.1—2007）［5］等相关规范，确定加速器大厅屏蔽墙和防护门外表面30 cm处γ辐射剂量率≤2.5μSv·h-1。

2.2 评价范围

根据《辐射环境保护管理导则-核技术应用项目环境影响报告表的内容和格式》（HJ/ T10.1—1995）［6］规定和《辐射环境监测技术规范》（HJ/T61—2001）［7］要求，结合项目特征，确定评价范围为工作场所周围50m。

2.3 环境保护目标

环境保护目标主要为从事科研试验工作的工作人员，在工作场所周围活动的其他公众成员。

3 污染因素分析

3.1 正常工况

3.1.1 被加速离子

正常工况下，离子加速器和离子注入机产生的带电离子束在物质中射程很短，很容易被靶件或其他构件阻止，不会直接造成危害。

3.1.2 贯穿辐射

本项目离子加速器和离子注入机产生的离子束束流强度较小，属低能离子流，中子影响可以忽略，但被加速的带电离子与结构材料相互作用，产生γ射线。由于γ射线的贯穿能力极强，可能对周围环境产生放射性影响。因此，在开机运行时，γ射线为主要放射性污染因素。

3.1.3 感生放射性

感生放射性主要由中子引起［1］，感生放射性辐射水平取决于被加速离子的能量、流强等因素。本项目离子加速器和离子注入机产生的离子束能量较低，感生放射性主要产生在加速器大厅空气、冷却水中。

加速器运行时空气活化后，产生微量放射性气体，但衰变较快，停机后很快衰变至本底水平。循环冷却水活化后，产生的感生放射性核素主要是15O、16N，由于量很小且半衰期短，只需静置较短时间其活度就可衰减到可忽略水平。

3.1.4 放射性固体废物

离子加速器和离子注入机运行期间可能产生少量离子源废物，需集中收储，按规定送城市放射性废物库。

综上所述，离子加速器和离子注入机最大能量为6 MeV，正常工况下中子贯穿辐射和感生放射性影响较小，主要污染因子为γ射线，污染途径为外照射。

3.2 事故工况

1）事故工况下，被加速离子束引出后，成为能量较高的外离子束，其在空气中射程较长，如果发生人员误入，则易被离子束或散射离子照射造成事故。

2）安全联锁装置发生故障或设备控制系统出现故障时，人员误入造成误照射。

3）工作期间或维修期间，人员未及时撤离，因操作失误使装置误开机出束，造成辐射伤害。

4）事故工况下，可能发生SF6泄漏，如不及时处理，可能导致现场人员窒息。

4 环境影响分析

4.1 环境质量现状调查

根据项目特征，环境质量现状调查因子为γ辐射剂量率，使用仪器为BH3103B X-γ剂量率仪测量。根据《辐射环境监测技术规范》（HJ/T61—2001）和《环境地表γ辐射剂量率测定规范》（GB/T14583—1993）［8］要求，在拟建离子加速器和离子注入机工作场所周围布设监测点位。监测结果见表2。

表2 环境γ辐射剂量率监测结果Table 2 M onitoring results of environmental γ-radiation dose rate

从表2监测结果可知，拟建项目周围环境γ辐射剂量率范围为9.40×10-8～9.60×10-8Gy·h-1，在当地本底值范围内。

4.2 建设期环境影响

项目建设施工活动对环境的影响主要是设备安装过程中产生的噪声、粉尘等。只要严格遵守文明施工，合理安排施工时间，建设期对周围环境的影响很小。

4.3 运行期环境影响

正常工况下离子加速器和离子注入机主要污染因子为γ射线，运行期环境影响主要针对γ射线进行分析。

4.3.1 屏蔽能力分析

根据离子加速器和离子注入机技术参数，参考电子直线加速器屏蔽厚度计算公式（1）计算所需实体屏蔽厚度。

式中：Sp—屏蔽墙厚度/cm；TVT—屏蔽材料的十分之一值层厚度/cm；W—周工作负荷；a—散漏射修正因子，主束方向取值为1；U—定向因子，取值为1；T—居留因子；d—距防护点的距离/m；P—周剂量限值；n—安全参数，取值为2。

本项目加速器罐体表面1 m处的剂量率小于2μSv·h-1，周工作时间24 h，年工作50周。加速器大厅墙外工作人员的周剂量限值取5 mSv/50周＝0.1 mSv/周，公众取0.1 mSv/ 50周＝2×10-3mSv/周，计算时考虑2倍安全系数。最大能量下混凝土十值层厚度为33.8 cm，周工作负荷按10倍量计算，根据式（1）所需最大混凝土厚度（主屏蔽墙）为2.7 cm。

离子加速器和离子注入机加速器大厅墙体及屋顶材料为混凝土，墙体厚度27 cm，屋顶厚度30 cm；防护门厚度为0.4 cmFe＋4 cm混凝土，防护门和墙体搭接宽度为缝隙的10倍。屏蔽厚度能够满足辐射防护要求。

4.3.2 年附加剂量计算

根据联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）2000年报告附录A，X-γ射线产生的外照射人均年有效剂量当量按下列基本公式计算：

式中：HE·r—γ射线外照射人均年有效剂量当量，mSv；Dr—γ射线空气吸收剂量率，nGy·h-1；t—γ射线年照射时间，h；0.7—剂量换算系数，Sv·Gy-1。

根据墙体及距离对γ射线的衰减规律，计算离子加速器和离子注入机运行过程中对人员产生的附加剂量。墙外γ辐射剂量率最大值为2.6×10-3μGy·h-1，满足小于2.5μGy·h-1的标准要求；对人员产生的附加剂量最大值为7.8×10-4mSv·a-1，满足小于0.1mSv·a-1的剂量约束值要求。

5 辐射防护措施

5.1 实体屏蔽

根据运行期环境影响内容，离子加速器和离子注入机加速器大厅的屏蔽材料及厚度能够满足辐射防护要求。

5.2 安全设计

5.2.1 联锁装置

门机连锁：离子源室门安装门机连锁装置，离子加速器和离子注入机工作时，任何一个门开启即切断高压，设备不出束，相应的故障灯亮。

钥匙连锁：只有将钥匙插入控制台钥匙孔，才能开机出束。任何人进入离子源室，必须在控制台将钥匙拿走，此时设备不能出束。

真空连锁：若设备内真空度低于设定值，则设备停机，相应的故障灯亮。

双人双锁：钥匙箱安装在控制台，配备两把钥匙，每人持1把钥匙进入控制室，钥匙不齐设备不能出束。

5.2.2 分区管理

控制区：离子源室、加速器大厅、靶室区域为控制区。该区域不得有无关人员滞留，区域入口设有安全联锁装置、工作信号指示灯和醒目的“当心电离辐射”字样的警示标志，工作时任何人员不得进入。

监督区：控制室区域为监督区。该区域通常不需要采取专门防护手段和安全措施，但需要在门口设置电离辐射警告标志和中文警示说明，定期检查其职业照射条件。

5.2.3 警告标志和警示说明

在控制区、监督区等醒目位置张贴电离辐射警告标志和中文警示说明。

5.2.4 监视和通讯装置

在加速器大厅、靶室等处设置摄像监控器，显示器安装于控制室。在控制室可以全方位观察工作场所内有无人员停留或者其他异常的情况。

5.2.5 通风换气系统

通风换气次数不少于1次·h-1。加速器大厅设置火灾报警系统，并配备灭火用品。

5.3 监测方案

监测方案内容包括辐射工作人员个人剂量监测、工作场所辐射水平监测和环境辐射水平监测。监测报告需记录监测结果、测量条件、测量方法和仪器、测量时间和测量人员等信息，建立监测报告档案并妥善保存，接受环境保护行政主管部门的监督检查。监测报告随辐射安全和防护年度评估报告一并提交辐射安全许可证发证机关。

5.3.1 个人剂量监测

遵循《职业性外照射个人检测规范》（GBZ128—2002）。辐射工作人员上岗必须配备个人剂量计，还应当携带个人剂量报警仪；个人剂量计按照不低于1次/季度的频度送有资质单位监测，监测结果归档保存。

5.3.2 工作场所的监测

监测范围以工作场所为中心，半径50 m范围；监测点位至少包括工作场所四周、上方人员可达位置、防护门外、操作控制位。安全联锁系统定期检查。

监测项目为环境γ辐射空气吸收剂量率；监测频度不低于1次·a-1。

5.3.3 环境辐射水平的监测

监测点位包括工作场所所在建筑物四周，另外包含一个固定环境监测点位（周围相对空旷的空地或者绿地）。监测项目为环境γ辐射空气吸收剂量率，监测频度不低于1次·a-1。

如果监测结果异常，应立即停止辐射活动，及时查找原因，采取有效措施，及时消除辐射安全隐患，隐患未消除前不得继续开展辐射工作。

5.4 辐射环境管理

辐射环境管理包括管理机构、规章制度、操作规程、个人剂量和健康管理、辐射安全培训、放射性废物管理、辐射事故应急预案等内容。

5.4.1 辐射环境管理机构

设置专门辐射安全与环境保护管理机构——辐射安全防护小组，由法人代表任第一安全责任人。

5.4.2 规章制度和操作规程

根据《放射性同位素与射线装置安全许可管理办法》的要求，建立相关操作规程、岗位职责、辐射防护和安全保卫制度、设备检修维护制度、人员培训计划、监测方案等。

具体包括《离子加速器操作规程》、《实验室岗位职责》、《辐射防护与安全保卫制度》、《设备维修、定期维护管理办法》、《辐射工作培训计划》、《辐射工作人员健康管理制度》等。设备运行过程中严格执行以上规章制度，责任到人，将放射性事故和危害降到最低限度。

5.4.3 个人剂量和健康管理制度

对所有相关人员，按照每季度一次的周期开展个人剂量监测工作。个人剂量监测需委托有资质单位完成，并按照《职业性外照射个人监测规范》（GBZ128—2002）和《放射工作人员职业健康管理办法》（卫生部令第55号）要求建立个人剂量档案。若发现个人剂量监测结果超出剂量约束值，当立即核实和调查，并将有关情况及时报告辐射安全许可证发证机关。

辐射工作人员上岗前需进行职业健康检查，符合《放射工作人员健康标准》（GBZ98—2002）要求的方可参加相应工作。辐射工作单位组织上岗后的工作人员定期进行职业健康检查，两次检查的时间间隔不应超过2 a，必要时可增加临时性检查。辐射工作人员脱离辐射工作岗位时，辐射工作单位应当对其进行离岗前的职业健康检查，建立并终身保存职业健康监护档案。

5.4.4 辐射安全培训制度

辐射防护负责人和辐射工作人员上岗前需参加环保部门推荐或认可的培训机构组织的初级辐射防护培训，考核合格后方可上岗。并每四年接受一次再培训，不参加再培训的人员或者再培训考核不合格的人员，不得从事辐射工作。除此之外，需根据岗位性质参加相应的培训并通过知识技能测试后才能上岗。

5.4.5 放射性废物的管理

按照《放射性废物安全管理条例》、《城市放射性废物管理办法》等对放射性废物的处理、贮存和处置及监督管理要求，对本单位产生的放射性固体废物进行妥善管理和处置。

设备报废或更换靶材料时，废靶收集在指定的放射性废物暂存箱中，最终送交城市放射性废物管理中心统一收储。绝对禁止擅自转移、贮存、转运放射性废物。单位在年度报告中，如实报告放射性废物产生、排放、处理、贮存、清洁解控和送交处置等情况。

5.4.6 辐射事故应急预案

针对突发放射性事故，以“安全第一，预防为主”的方针制定辐射实际情况的辐射事故应急预案。应急预案主要内容包括放射性事故应急领导小组、职责分工、放射源污染及受照射事故处理程序、应急联系方式等内容。

辐射事故应急预案需定期演练，以提高应对突发事件的能力，能够及时有效处理放射性事故，迅速有序开展处置救援工作，确保事故发生后及时采取必要的行动。

5.4.7 年度评估报告

根据《放射性同位素与射线装置安全和防护管理办法》要求，对本单位的放射性同位素与射线装置的安全和防护状况进行年度评估，并于每年1月31日前向发证机关提交上一年度的评估报告。

6 结论

本项目为离子加速器和离子注入机环境影响评价项目。根据项目特点，在工作原理及放射性污染因素分析研究基础上，对建设期和运行期可能产生的放射性及非放射性环境影响进行了系统分析，预测和评价项目实施对环境的可能影响，并定量计算实体屏蔽能力及人员附加剂量。结合国家相关标准规范要求，从实体屏蔽、安全联锁设计、辐射环境管理等方面提出针对性辐射防护措施及环境管理监测计划，将不利环境影响最小化，对保障同类项目实施过程中环境和人员安全具有指导意义。

［1］《注册核安全工程师岗位培训丛书》编委会.核安全专业实务［M］.北京：中国环境科学出版社，2009.

［2］GB18871—2002.电离辐射防护与辐射源安全基本标准［S］.北京：中国标准出版社，2002.

［3］GB5172—1985.粒子加速器辐射防护规定［S］.北京：中国标准出版社，1985.

［4］GBZ117—2006.工业X射线探伤放射卫生防护标准［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［5］GBZ/T201.1—2007.放射治疗机房的辐射屏蔽规范第1部分:一般原则［S］.北京：中国标准出版社，2007.

［6］HJ/T10.1—1995.辐射环境保护管理导则:核技术应用项目环境影响报告表的内容和格式［S］.北京：中国标准出版社，1995.

［7］HJ/T61—2001.辐射环境监测技术规范［S］.北京：中国标准出版社，2001.

［8］GB14583—1993.环境地表γ辐射剂量率测定规范［S］.北京：中国标准出版社，1993.

［9］《中国环境天然放射性水平》编辑委员会.中国环境天然放射性水平［R］.北京：国家环境保护局，1991.

Environmental im pact assessment on construction project of ion accelerator and ion im p lanter

DU Xichen ，BEIXinyu
（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Aiming at construction project，based on the analysis of operating principle and radioactive contamination factors of ion accelerator and ion implanter，the radioactive and non-radioactive environmental impacts during construction and operation of a projectwere systematically analyzed and assessed.Some specific environmental protection measures were proposed so as to minimize the adverse environmental impacts，such as substantive shielding measures，safety interlock system and radioactive environmentmanagement.

ion accelerator；ion implanter；environmental impact assessment

X822.7；TL5

A

1672-0636（2015）02-0119-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.02.011

2014-05-19；

2014-11-27

杜喜臣（1980—），男，吉林梨树人，工程师，主要从事环境保护及评价相关工作。

E-mail：duxichen0721@163.com