工业射线辐射防护

周凤革，孙远霞

随着我国科学技术和社会经济的高速发展，在国防、能源、工业、运输、医疗等领域使用放射源的单位与日俱增。工业应用射线检测可保证航空、航天、核能、石化容器等产品的质量，使科技产品更安全；安检部门根据X 射线的检测结果判断旅客是否携带危险品；医生可以根据阴影的浓淡对比判断人体某一部分是否正常。

1 X 射线和γ 射线的危害性

目前，工业射线主要应用的就是X 射线照相法和γ 射线照相法。X 射线和γ 射线是由强光子流组成的电磁辐射，其静止质量为零，不带电荷，与物质作用时，不像带电粒子那样，会经过多次作用逐渐消耗能量，而是在一次作用中把大部分甚至全部能量传给次级带电粒子和次级光子，再经电离、激发把能量传给介质。X 射线和γ 射线对人体的主要危害是外照射伤害。它们的穿透力很强，射程在理论上为无穷大，用“半值层”来表示其穿透能力。

人体细胞中的原子被电离后会有3 种后果：第一种引起人体分子结构改变导致细胞暂时受损，但可完全修复；第二种受损细胞可存活但修复不完善；第三种受损细胞无法修复。

现代社会的高速发展离不开射线检测，同时要保障工作人员的健康和安全。从辐射防护的角度出发，其目的就在于防止有害的确定性效应的发生，并将随机效应的发生几率降低到尽量低的水平。

确定性效应是有阈值的，通过控制工作人员所受剂量可以避免确定性效应的发生。而随机性效应的发生是线性无阈的，对此要考虑经济和社会因素，需坚守不得超过相应剂量当量限值的限制条件，从而最大限度降低随机效应发生的几率。

2 个人剂量限值

为提高我国放射卫生防护管理工作的水平，保障工作人员的健康，在保证实施放射实践正当化和辐射防护最优化的基础上，还要限制工作人员的照射剂量水平，即所受照射剂量不得超过规定值，即个人剂量限值。

个人剂量限值是指不允许接受剂量范围的下限，而不是允许接受剂量的上限。也就是说，接收剂量高于规定限值是不允许的，但不是只要低于限值就一定安全合理。

我国从2003 年开始执行的《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》 （GB 18871-2002） 中对射线照相人员的个人剂量限值规定为：

①由审管部门决定的连续5 年的平均有效剂量为20 msV；②任何一年中的有效剂量为50 msV；③眼晶体的年当量剂量为150 msV；④四肢（手和脚） 或皮肤年当量剂量为500 msV。

标准中还规定公众中有关关键人群组的成员所受到的平均剂量估计值不应超过的限值：

①年有效剂量1 msV；②特殊情况下，如果连续5 年的年平均剂量不超过1 msV，则某单一年份的有效剂量可提高至5 msV；③眼睛的年剂量当量15 msV；④皮肤的年剂量当量50 msV。

3 工业射线辐射防护方法

放射性的危害又分为内照射和外照射。外照射是指放射源在从外部对人体产生的照射，包括体表放射性污染引起的照射。防护方法基本分为以下四种：时间防护、距离防护、屏蔽防护、源强防护。实施以上防护措施后，利用个人剂量仪对工作人员进行监测。

笔者举例介绍外照射辐射防护措施的实施过程。某工件有数条焊缝，焊缝厚度60 mm，本文依照检测经验选用Ir192 射线源。Ir192 射线源出厂活度约100Ci，入厂活度约85Ci，半衰期为75 天，如使用周期为120 天，则停止使用时源的活度为33Ci，为方便测算，笔者将源活度统一按照60Ci来计算。

式中：H0—无屏蔽时的剂量当量率（C/（kg·s））；

A—源活度（Bq）；r—Ir192 照射率常数（kg-1m2Bq-1s-1）；q—居留因子；R—参考点与放射源的距离（m）。

按照上式计算，在无屏蔽时Ir192 放射源的当量剂量率约为70 mSv/h，其中A 取60Ci，1Ci=3.7×1010Bq；查取r=8.97×10-19Ckg-1m2Bq-1s-1；q 取0.25；R 取1 m。如仅采用时间防护方式，由剂量=剂量率×时间可知，射线检测人员暴露1 min 的辐射计量为1.17 mSv，暴露17 min 将达到20 mSv，即放射工作人员的年控制剂量。因此，不能仅采用时间防护方式。

增加距离防护后，如按照每年射线透照时间3 000 h 计算，单一年份的有效剂量值为5 msV，则无屏蔽时的剂量当量率为0.001 7 mSv/h，而检测人员与放射源的距离至少203 m。

受射线检测时长增加，源强增大，安全距缩短等因素的影响，检测人员的剂量值超出标准要求，就会对人体造成严重伤害。因此，必须采用屏蔽防护措施。一般采用原子序数大、密度大的材料，如铅、水泥等，以便有效屏蔽X 射线和γ 射线。

式中：T—屏蔽层厚度（cm）。

根据实际工作环境及产品尺寸，防护控制距离为8 m，安全系数取1 时，屏蔽防护工装铅厚度为37.4 mm（见表1）。

表1 工作时间3 000 h/a 屏蔽参数计算

如射线人员可轮换，按照人均工作500 h/a 计算，屏蔽后的剂量当量率控制水平0.01 mSv/h，防护控制距离为8 m，安全系数取1 时，屏蔽防护工装铅厚度为27 mm（见表2）。

表2 工作时间500 h/a 屏蔽参数计算

如人均工作3 000 h/a，屏蔽后的剂量当量率控制水平0.001 7 mSv/h，而防护控制距离缩短为2 m，安全系数取1 时，屏蔽防护工装铅厚度为53.4 mm（见表3）。

表3 工作时间3 000 h/a，防护距离2 m 屏蔽参数计算

4 实际应用

根据实际检测需求确定好透照时间、距离等参数后，计算出屏蔽层的下限厚度，再乘以一定的安全系数，即可确定最终的屏蔽层厚度。

而根据下式可对射线检测人员受照的年有效剂量进行评价：式中：He—γ 射线所致人均年有效剂量当量（mSv/a）；γin、γout、γra—分别为室内、室外及放射性工作场所的γ 外照剂量率（计算值采用现场监测值） （Gy/h）；tin、tout、tra—分别为受照人群在室内、室外及放射性工作场所年停留的时间（h）。

5 结 语

经过本文的计算，即可在实际测量的基础上设置监督区，确保边界空气比释动能率不大于2.5 μGy/h。通过设置边界警示标识，拒绝非相关人员进入监督区，确保监督区边界没有公众成员停留。通过采取限制相关人员的活动范围，隔离无关人群等辐射防护措施，保障周围环境的安全。