随着辐照加工技术的迅速发展, 我国已经和正在建设一批大型辐照中心。与此同时, 许多六十至七十年代建造的小型钴源室, 为发挥更大的作用, 正面临着改造和扩建的任务。

本文介绍我校农用小钴室扩建工程中防护屏蔽层的计算，以及施工后的剂量测量结果。

一 钴室防护屏蔽的计算

原有小型农用钴源为1974年设计建造，扩建前源活度为2.0×10¹⁴Bq。钴室系混凝土结构的圆形平顶建筑。墙厚1.40m，顶厚1.00m，源室直径4.50m，室内净高3.50m。贮源水井深4.00m，观察窗为单层铅玻璃。双迷道为“之”字型结构，迷道墙平均总厚l.30m。并设有进、排风口及手动升、降源装置。计划在此基础上扩建成源活度为1.13×10¹⁵Bq的中型辐照室。依照国家放射卫生防护基本标准^[1]，设计要求工作人员受照的剂量当量限值不超过2.5×10^-2mSv·h^-1，而钴室周围环境及附近居民受照的剂量当量限值小于2.5×10^-3mSv·h^-1。考虑占冇系数(居留因子)q=1，并取两倍的安全系数fe = 2，同时参考其它小型钴室的扩建经验对扩建后钴源辐照室的屏蔽层进行了计算。

1 钴室防护墙厚度

⁶⁰Co辐射源产生的Y射线穿透能力很强，屏蔽防护的目的，就在于通过在γ射线源周围设置足够厚度的防护层，以限制γ射线对工作人员及周围环境的辐射，使某一指定参考点上由辐射源造成的剂量当量率不超过国家标准GB4792—84所规定的限值

(1)

对⁶⁰Coγ辐射源，其剂量当量率由下式给出：

(2)

由(1)、(2)，可得

(3)

式中，A是⁶⁰Co辐射源的活度(3.7×10¹⁰ Bq); Γ是⁶⁰Coγ放射性核素的照射量率常数(R·m²·h^-1·Bq^-1); q为居留因子，fe为安全系数，Q为射线的品质因数，N是修正系数；是以小时计的剂量当量限值(Sv·h^-1)，r是辐射源到参考点的距离(m)，k是减弱倍数，f为吸收剂量与照射量的转换系数。

将A=3.05×10⁴Ci，Γ=1.32R·m²·h^-1Ci^-1, q=1, fe=2, Q=1, N=1, f = 9.57×10^-3Gy·R^-1，r=(2.25 + 1.40)= 3.65m, =2.5×10^-6Sv·h^-1等参数代入(3)式，计算得：

减弱倍数k=2.31×10⁷，

取：k= 5×10⁷

故需普通混凝土屏蔽层的厚度为1.72米^[3]。利用原有防护墙厚度，则需净增混凝土屏蔽层厚度为 0.32m。

为节省造价，并充分利用原有建筑，采用0.70米厚的砂、石灰、黄土混合夯实外砌0. 30米石头代替混凝土屏蔽材料。经密度折标，分别相当于0.44米和0.25米厚的混凝土。外加0.02米的水泥墙皮，得实际屏蔽层厚度为0.71米的混凝土。

2 钴室顶防护厚度

辐照室屋顶的屏蔽厚度要足以使穿透屏蔽层的γ射线，通过大气散射返回到地面的剂量率，低于最大限值的剂量当量率限值。

钴室顶的最小屏蔽厚度可用下式算出^[4]。

(4)

其中，是辐射源上方离源1米处的吸收剂量率，其值由公式m²·min^-1)决定。d_s是假定参考点到辐射源的距离，一般取为20米，d₁是辐射源到屋顶上方约2米处的距离。为以小时计的剂量当量限值(Sv·h^-1)，Ω为辐射源与屏蔽墙所张的仰角(立体角)，单位是球面度(Sr)。

Ω的计算由下式決定^[5]:

(5)

其中，a =b为照射室半径(圆顶钴室)，c是辐射源到屋顶外表面的距离，而

将 代入(4)式，得减弱倍数：

k=1.8×10³、取k=5×10³

故需混凝土预厚为0.92米。

原有屋顶结构为0.50米厚的混凝土空心顶板和0.50米的靠缝石，它们分别相当于0.30米和0.42米的混凝土顶厚。这样需净增混凝土屏蔽层厚度0.20米。

钻室屋预的加厚采用5.5cm的砖上铺0.40米的混合土。经密度折算，分别相当于0.04米和0.25米的混凝土屏蔽层，外加3cm的水泥顶面，实际增加屏蔽顶厚为0.32米的混凝土。

3 水井深度

根据剂量当量率在屏蔽物(水)中的减弱规律^[4]

(6)

其中，为未加屏蔽前r处的剂量当最率，其值由下式决定；

(7)

H是通过r (cm)水层深度后水表面上的剂鼻当量限值(mSv·h^-1)，μ是⁶⁰Coγ射线在水中的线性衰减系数(cm^-1)，fe为安全系数，B为累积因子，其大小由伯杰公式给出。

(8)

对⁶⁰Coγ射线和水而言，a=1.0342, b = 0.0767。

将 代入(6)式：

(9)

(9) 式为超越方程，用图解法求解。命：Q₁=3.25+10^-13γ²

按μr分别取12，15，18，20，22……计算Q₁、Q₂值，并在半对数纸上作Q₁-μr；Q₂-μr曲线。其交点可得出：r=349.2cm。而原有贮源水井深为400.0cm。因此，该水井仍可继续使用。

4 防护门、观察窗及控制室屏蔽墙

原钴室采用“之”字型迷道，射线经迷道口至防护门口已经过三次以上的散射。假定每次散射后为原射线的1 /100。那么，到达防护口的剂量当量率约为2.89×10^-5 Sv·h^-1。原防护门为铁皮木门，为安全起见，重新设计安装了防护铁门。其厚度为0.6cm。这样，穿过门口的散射线的剂量当量率为0.9×10^-6Sv·h^-1。对于观察窗，将原有的单层铅玻璃改为双层铅玻璃结构，使窗口的剂量当量率不高于2.3×10^-6Sv·h^-1。

控制室内墒表面距源为7.2m, 经计算知，达到国家钫护标准的减弱倍数为k=0.6×10⁷, 取k=1.0×10⁷, 则需混凝土防护层厚度为1.58米。而原有钴室到达控制室的防护墙平均总厚为1.4 + 1.3=2.71m。因此，扩装源后控制室肪护墙不必加厚。

二 安全性监测结果

钻室扩建的土建工程于1990完成，同年完成了活度为9.3×10¹⁴ Bq⁶⁰Co源的倒装源工作。1991年初，我们对扩建后的钴室进行了剂量测试。测试结果如下：

1 工作场所的γ辐射水平

工作场所包括控制室(辐照物品时)，照射室(取、放被照物品时)。其中，控制室剂量水平由⁶⁰Co源提升到工作位置时测得。而照射室剂量水平为⁶⁰Co源置于贮源井内的植况。测试结果见表 1 :

2 钴室建筑物表面的γ辐射水平

钴室建筑物表面主要包括：照射室外侧防护墙、照射室及风机房顶部。在分别选定的多个测试点上紧贴建筑物表面迸行测量。结果见表 2。

3 钴室周围环境的γ輻射水平

分别在钴室东侧人行道、控制室外墙窗口以及与钴室相邻的实验室设点测试。结果表明各点的γ辐射水平均接近或等于本底。

屏蔽防护计算及剂量测试结果表明，扩建后的⁶⁰Co辐照室，由于在充分利用原有建筑的基础上合理地进行了屏蔽防护设计，从而使其防护性能符合国家放射卫生防护基本标准，且使用安全、可靠，为教学、科研和进一步开展科技服务创造了良好的条件。