某周向工业X射线探伤机辐射环境影响探讨

刘辰 张厚军

摘要：针对MG165/2.25型工业X射线探伤机，进行了辐射环境影响预测，依据计算结果进行了分析，为探伤室工作人员和公众防护提供参考与依据。

关键词：周向；X射线；探伤机；辐射环境影响

人类对电离辐射的应用，涵盖了从核电生产到医疗、工业、农业等各个方面，其中在工业方面最早建立起来的应用之一就是无损检测。工业照相提供了一种检测物质结构、性质是否完好的方法，主要用在容器，管道，焊点、铸件等的检测。这些设备的完整性不仅会影响产品的安全质量，也会对工人、公众、环境造成一定的影响[1]。

航天工业发动机结构件大量采用焊接工艺，发动机产品中所有Ⅰ、Ⅱ级焊缝，需要进行百分之百X射线检测，检测任务量很大，但目前数字化检测水平较低，缺少配套于焊接工艺研发的数字射线照相检测设备，难以满足新型发动机的金属结构焊缝质量检测的数字化水平。某周向工业探伤机可以用于航天发动机的无损检测，采用IP板代替传统胶片，提高检测质量，满足新型发动机关键检测工序快速响应试制的数字化、高灵敏度的检测需求。

工业探伤机开机时对周围环境的X射线辐射影响主要有3类：第1类是初级X射线透过工件造成环境辐射影响；第2类是X射线被工件散射产生次级X射线即散射线；第3类是X射线探伤机开机时产生漏射线对环境造成辐射影响[2]。而且工业X 射线探伤机运行过程中，X 射线照空气可使空气内产生臭氧和氮氧化物[3]。本文通过计算探讨某周向工业探伤机的辐射环境影响，为探伤室工作人员和公众防护提供参考依据。

1 探伤室及MG165/2.25型工业探伤机相关参数

探伤室及MG165/2.25型工业探伤机最大管电压160 kV，最大管电流6 mA，周向照射，位于探伤室内X射线厂房。

2 X射线辐射影响预测

2.1初级屏蔽墙外0.3m处剂量率

该探伤室使用MG165/2.25X射线探伤机，为周向照射，探伤室南墙、北墙和室顶应考虑有用线束的照射[4]。X射线探伤机的管电压160kV，根据《工业X射线探伤室辐射屏蔽规范》（GBZ/T 250-2014），采用内插法估计该机距辐射源点（靶点）1m处最大输出量为20.4mGy·m2·mA-1·min-1。南墙和北墙的屏蔽物质厚度分别为500 mm混凝土、600 mm混凝土，透射因子B均为10-6，辐射源点（靶点）至关注点的距离R分别为2.8m和8.9m。

根据《工业X射线探伤室辐射屏蔽规范》（GBZ/T250-2014）相关公式，南墙和北墙外30 cm处剂量率分别为0.93 μSv/h和0.09 μSv/h。

2.2 探伤时散射的剂量率

东墙、西墙、货物进出门和人员进出门外的屏蔽物质厚度分别为300 mm混凝土、350 mm混凝土、140 mm铅和30 mm铅，透射因子B分别为4×10-5、9×10-6、10-6和10-6，辐射源点（靶点）至关注点的距离R分别为3.6 m、5.65 m、5.44 m和3.33 m。根据GBZ/T 250-2014 B.4.2，R02/F·α保守取50。

根据《工业X射线探伤室辐射屏蔽规范》（GBZ/T250-2014）相关公式，东墙和西墙外30 cm处散射辐射剂量率分别为0.4μSv/h和0.04 μSv/h，货物进出门外30 cm和人员进出门外30 cm散射辐射剂量率分别为4.46×10-3 μSv/h和0.01 μSv/h。

2.3探伤时漏射的剂量率

根据GBZ/T250-2014中表1，X射线探伤机管电压在150～200kV之间时，距靶点1m处的泄露辐射剂量率取值为2500μSv/h）。

根据《工业X射线探伤室辐射屏蔽规范》（GBZ/T250-2014）相关公式可计算出屏蔽设施外周围漏射剂量率，东墙和西墙外30 cm处散射辐射剂量率分别为7.72×10-3 μSv/h和7.04×10-4 μSv/h，货物进出门外30 cm和人员进出门外30 cm散射辐射剂量率分别为8.44×10-5 μSv/h和2.25×10-4 μSv/h。

2.4 探伤机工作人员及公众在各关心点的剂量率

对初级辐射（透射）、散射辐射和漏射辐射在工作人员及公众的剂量率进行汇总。南墙、北墻、东墙、西墙、货物进出门和人员进出门外30 cm的总剂量率分别为0.4 μSv/h、0.93 μSv/h、0.04 μSv/h、0.09 μSv/h、4.54×10-3 μSv/h、0.01μSv/h和11.3μSv/h。

2.5剂量估算

（1）辐射工作人员受照剂量

X射线厂房探伤机工作时所致控制室内工作人员最大剂量率为0.4μSv/h，工作人员的最大附加剂量分别为0.056mSv/a远小于2mSv/a的剂量限值。

（2）公众受照剂量

X射线厂房南墙外0.3m公众受照剂量最大，为0.03mSv/a，小于在本项目的公众剂量限值0.1mSv/a。

3 辐射照射产生的有害气体预测

3.1臭氧

3.1.1有用线束的O3 产额

根据相关文献[5]，计算有用射线束所致O3 产额。

3.1.2泄漏辐射的O3 产额

将泄漏辐射看成为4π 方向均匀分布的点源（包括有用束区限定的空间区），并考虑探伤室墙壁的散射线使室内的O3 产额增加10%，=0.375Gy/min，R=10m（最大值），θ=+20?/-20?，G=10，容积V≈400m3。有用线束P=5.5mg/h，X射线厂房泄漏辐射的P=0.092mg/h。二项合计，P 总=5.6mg/h。

3.1.3 臭氧浓度

探伤室内的产生臭氧一部分由通风系统排到室外，另一部分自然分解。正常通风时探伤室的换气次数达到4.7 次/h，即tv≈0.2h/次。由式（9）计算得T 为0.16h。当t>>T 时，臭氧达饱和浓度，由式（8）得到X射线厂房在正常排风时探伤室内的臭氧浓度分别为2.2×10-3mg/m3，远远低于工作场所中O3 浓度限值【《工作场所有害因素职业接触限值-化学有害因素》（GBZ2.1-2007），浓度限值为0.3mg/m3】。

探伤室内臭氧通过排风系统由排气筒排放，经过大气的稀释和扩散作用其浓度进一步降低，远低于大气环境质量标准中O3 浓度限值【《环境空气质量标准》（GB3095-2012），1h 平均浓度为0.2mg/m3】，对周围大气环境的影响十分轻微。

3.2氮氧化物

在多种氮氧化物（NOx）中，以NO2 为主，其产额约为O3 的一半。工作场所中NO2 的浓度限值（GBZ2.1-2007，浓度限值为5mg/m3）超出O3 的10 多倍，环境空气中其浓度限值（《环境空气质量标准》（GB 3095-2012），1h 平均浓度为0.2mg/m3与O3的浓度限值相同。因而，NOx 的产生和排放对周围大气环境的影响很小。

4 结论与建议

经预测分析，X射线厂房辐射工作人员所受年剂量分别0.056mSv/a，公众受照剂量最大为0.03mSv/a，均低于职业工作人员2mSv/a，公众人员0.1mSv/a的剂量约束限值。辐射照射产生的臭氧和氮氧化物浓度很低，对周围大气环境的影响十分轻微。

建议健全放射防护管理组织和规章制度，制订详尽的放射事故或放射突发事件应急预案，加强应急人员的培训和应急演习训练，以应对各种意外事故的发生。操作人员必须经过放射防护知识和工业探伤专业知识培训，并经考核合格后方可上岗。从事放射的工作人员必须按规定开展个人剂量监测，监测周期为每三个月测读一次个人剂量计。

根据国家有关规定，该工业X 射线探伤机房正常运行后，必须进行放射工作场所及周围环境辐射水平检测，由建设单位自行组织竣工验收合格后，该项目方可正式投入使用。

参考文献：

[1]沈樂园，曹璐璐，刁端阳. 个人剂量监测在辐射安全管理中的应用[J].中国辐射卫生，2013，22（4）：431-434.

[2]李德平，潘自强.辐射防护手册：第一分册：辐射源与屏蔽[M]北京：原子能出版社，1987.

[3]王厉秦都，姜铖，李荣霞. 某X- 射线探伤室的屏蔽计算分析[J].环境科学与技术，2016，39（s2）：498-503.

[4]苏静，冯泽臣，孟斌，李海亮，X 射线探伤室辐射屏蔽探讨[J].2017，26（4）：394-398.

[5]王时进，娄云. 辐射所致臭氧的估算与分析[J]. 中华放射医学与防护杂志.1994，14（2）：101-103.