集装箱安检加速器的辐射防护评价

福建省辐射环境监督站　黄世耀



集装箱安检加速器的辐射防护评价

福建省辐射环境监督站黄世耀

[摘要]随着我国“一带一路”战略的实施，进出口业务日益增长，集装箱运输量增长迅速。由于集装箱的隐蔽性，验箱工作给海事部门带来极大的困难。为了更快更好地检测进出口货物，提高工作效率和精确度，许多港口码头都建有集装箱安检系统。该系统采用加速器X射线辐射成像技术，得到物体内部不同密度的物质的分布图像，可以区分出货物中是否掺杂有错报、违禁、危险品等，达到货物安全检查的目的，但加速器产生的X射线不可避免导致电离辐射的产生，使得周围公众和工作人员受到一定的电离辐射。所以，工作场所的辐射防护不容忽视。该文通过具体案例分析与研究，理论与实际相结合，提出可供参考的具体量化预测，不仅可为建设单位针对已建项目自我整改提供参考，也可对拟建项目的辐射防护实施提供理论依据，最终为审管部门提供管理依据。

[关键词]加速器电离辐射X射线辐射防护

1　集装箱安检加速器的工作原理

集装箱安检系统从射线方面可分为两种，一种是利用放射源（如钴60）产生的γ射线成像，另一种是利用加速器产生的X射线成像。由于放射源无时无刻都在释放γ射线，方向是向四面八方扩散的，随着活度的衰减需要定期更换放射源，在安全防护方面也比较苛刻，大大增加了操作维护的难度，基于以上几点，大部分港口码头选择加速器安检系统。

福建省内集装箱安检加速器系统基本上都使用清华同方威视技术股份有限公司生产的产品，从H986系统到如今的FG系列、MB系列、MT系列、PB系列、RF系列和FS系列等众多产品，但其原理都是相同的，只是在能量大小、检测速度及检测环境有所差异。本文以福建省内常见的MT1213DE型号为具体案例进行研究探讨。

MT1213DE型车载移动式检查系统采用交替双能（6/3MeV）驻波电子直线加速器，加速器是产生高能电子束的装置，当高能电子束与靶物质相互作用时，其部分能量转换为穿透力较强的轫致辐射，发出脉冲X射线束，X射线能量有3MeV和6MeV两种，经准直器成形后，变成扇形束。被检查物通过系统扫描时，图像获取系统得到X射线穿透的图像，通过一系列算法重建，系统能够判断集装箱内货物的等效原子序数。根据等效原子序数的不同区分出有机物和无机物，并将不同材料用颜色在扫描图像上区分，如有机物将被标为橙色，无机物将被标为蓝色。物质识别功能将会为检查人员提供更为有效、准确和直观的图像信息，以协助他们查出藏匿的违禁品和危险品。

系统采用交替双能（6/3MeV）驻波电子直线加速器，它可以按照预先设定的频率交替射出高能（6MeV）和低能（3MeV）的X射线（见图1）。

图1　6/3MeV交替双能脉冲示意图

当高能和低能X射线穿透相同物质时，因为不同的等效质量衰减率，在扫描图像中得到的灰度值是不一样的。高、低能量X射线对应的被检物质图像灰度值之比取决于物质的等效原子序数，等效原子序数越高，该比值越高。通过这种相对应的关系和特殊的双能算法对衰减后的高能X射线信号和低能X射线信号进行处理，可以获得被扫描物质的等效原子序数（Zeff）所在的范围，从而进行物质识别。

由于采用了交替双能成像技术，系统仅需进行一次扫描，就能够同时生成高能、低能灰度图像和物质识别的彩色图像。而不需要来回扫描几次，从而节省了扫描时间、提高了系统的通过率。

2　集装箱安检加速器的辐射防护

由MT1213DE安检系统的工作原理可知，项目运行期主要污染因子为X射线，来自于系统中的加速器，所产生的X射线是随加速器的开关而产生和消失。有用线束(俗称主线束)穿透竖探测器臂的透射线，主线束受集装箱、竖探测器臂、横探测器臂的散射线，以及穿过加速器室屏蔽墙的漏射线，这些透射线、散射线和漏射线穿过扫描大厅的屏蔽墙后泄漏到周围环境，从而造成对操作人员和周围公众的X射线外照射。MT1213DE型车载移动式检查系统所输出X射线最大能量分别为3MeV和6MeV，均低于10MeV，不会产生感生放射性和中子污染问题，因此我们主要考虑X射线经透射和散射后所到达点的辐射剂量。

（1）透射计算公式：

表1　屏蔽计算TVT表

（2）散射计算公式：

系统的主要屏蔽措施：控制舱采用铅、钢多层屏蔽结构，后舱壁采用2mm钢夹3mm铅，左舱壁采用10mm钢；准直器铅屏蔽长度为150mm，厚度为15mm，外加14mm的钢结构。竖探测器臂背后采用180mm铅+10mm钢，侧面板采用5mm厚铅板；后墙采用350mm厚混凝土墙。横探测器臂背后采用80mm铅；加速器舱后墙采用200mm厚混凝土墙。

（3）屏蔽计算结果

各点剂量率的估算结果如表2所示，预测点位见图2。

表2　系统边界上点剂量率计算结果

图2　MT1213DE安检系统预测点位示意图

从以上计算结果可知，该MT1213DE安检系统边界外环境剂量率均满足国家标准《辐射型集装箱检查系统》（GB19211－2003）的规定（小于2.5µGy/h）。

3　结论

通过对集装箱安检加速器的辐射防护评价可以看出，为了使安检系统边界辐射率达标，建设单位可以从加速器能量大小、加速器自身屏蔽材料和厚度、扫描大厅屏蔽材料和厚度、系统边界与加速器之间的距离等方面进行控制，实施最优化防护措施。倘若在野外进行移动作业时，应用警戒线划定足够宽裕的监督区，疏散周围群众，以免受到不必要的照射。监管部门可以根据以上辐射防护原则，对建设单位安检作业条件进行监管。

参考文献:

[1] GBl8871—2002, 电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].

[2] 方杰.辐射防护导论[M].北京: 原子能出版社，1991.

[3] ICRP 60号出版物[M].北京:原子能出版社,1990.

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

[5] GB19211－2003, 辐射型集装箱检查系统[S].