根据《中华人民共和国职业病防治法》 ^[1]和《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》^[2]中规定的要求, 必须对建设项目进行职业病危害(放射防护)预评价和控制效果评价, 以确保放射工作人员和公众的健康与安全。

在辐照装置的建设项目放射防护预评价中, 屏蔽室迷路口处的剂量估算非常复杂。我们以电子束辐照装置为例, 介绍一种较为简单可行的屏蔽室迷路口处的剂量计算方法。

1 电子束辐照装置基本情况

该电子束辐照装置采用的是电子加速器。射线种类:加速电子; 束流能量:(10.0 ± 0.3)M eV; 剂量率:距靶面1 m位置处的X射线最大参考剂量率值为8.4 × 10⁹ μSv/h; 扫描范围:距窗口25 cm处为40 ~ 80 cm(可连续调节)。电子加速器安装在屏蔽室内, 人员只能通过屏蔽室迷路才能进入其内部。屏蔽室由上下两层构成, 上层安装加速器和高压设备, 产生的高能电子束通过加速器的薄窗引入下层进行辐照灭菌, 并在物品传送带下设置了贮水池用于吸收穿透被照物品的高能电子束。由于高能电子束中的电子流有其限定的射程, 这个射程是电子初能量和吸收物质二者的函数。而当高速电子在轰击重金属靶面时会产生X射线并发射出来, 同时电子的最大射程与所产生X射线的射程相比非常有限, 因此在计算电子加速器的屏蔽要求时, 只需对产生的X射线进行考虑。屏蔽室的墙体及顶部均采用密度为2.35 g/cm³的普通混凝土浇注而成, 其内径为10 000 mm×8 600 mm(不含迷道面积), 面积为86 m², 从图 1中可以看出, 其主防护墙厚度设计为3 m, 次级防护墙根据屏蔽室的迷路长度、剂量分布等不同情况设计为从0.5~ 2.8 m不等的厚度混凝土墙体(详见图 1)。

由图 1可知, 屏蔽室迷路出口处距射源中心距离为11.97 m, 混凝土屏蔽厚度约为3.39 m。

2 屏蔽室迷路出口处辐射剂量分析 2.1 屏蔽室迷路出口处辐射剂量的贡献来源

在实际应用中屏蔽室迷路出口处为人员接触较为频繁的地点, 而从图 1中可以得出此处的剂量是由透射线与散射线共同作用所带来的。透射线剂量应考虑电子束辐照装置产生的X射线直接穿过屏蔽物对其产生的透射照射。同时由于高能电子束与被辐照物发生碰撞, 其产生的射线会在迷道内多次散射至屏蔽室迷路出口处, 因此迷道中散射线对辐照室入口处的剂量估算采用分步计算的方式, 并做出了相应的图解分析(见图 2)。

由图 2可知, 电子束辐照装置所产生的散射线对屏蔽室迷路出口处(E)的辐照路径共有三条(分别为1A-1B-C-D-E、2A- 2B-C-D-E、3A-3B-C-D-E), 因此估算散射线对E点的剂量贡献值为三者之和。

2.2 计算公式

① 透射线计算公式

(1)

(2)

式中:D :某参考点处剂量(μSv/h); D₀ :初始剂量(μSv/h); n :屏蔽体厚度与某一能量的X射线1/10屏蔽厚度的比值; R₀:初始剂量点与辐射源之间的距离(m); R :计算点与辐射源之间的距离(m)。

② 散射线计算公式^[3]

(3)

式中:D_J :某参考点处剂量(μSv/h); D₀ :初始剂量(μSv/h); α₁ :第一次反射系数; α₂ :第二次反射系数; A_i :反散射线的截面积; d_i :射线从射源到第一次反射面的距离; J:到J位置处的反射次数。

2.3 估算条件选取

根据NCRP51报告^[3] (附件E6)可知, 当高能电子束以10MeV的能量对被照物品呈90°进行辐照时, 经碰撞后会产生能量相当于6.1MeV的散射线, 此时混凝土层的1/10衰减厚度为35 cm。而当6.1MeV能量的散射线与混凝土墙体作用后产生的X射线能量仅相当于500keV。

3 计算结果 3.1 透射线所产生的剂量率贡献值计算

辐射屏蔽室入口处距射源中心距离为11.97 m; 混凝土厚度约为3.39 m(见图 1); 距靶面1 m位置处的最大参考剂量率值为8.4 ×10⁹ μSv/h。则根据公式(1)和(2)可计算得出透射线对辐射屏蔽室入口处的剂量贡献值为0.012 μSv/h。

3.2 散射线所产生的剂量率贡献值计算

按图 2中分解的三个路径根据公式(2)和(3)计算出对屏蔽室入口处E点的剂量贡献值, 详见表 1~3。

由表 1~3所得数据可知, 散射线对E点的剂量率贡献值为0.104 μSv/h。则电子束辐照装置对E点所产生的剂量率贡献值为0.12μSv/h。

6 结论

综上所述, 经该设计方案设计的10MeV电子束辐照装置的屏蔽室设计合理、安全有效。其对辐射屏蔽室迷路出口处的辐射剂量率的贡献值为0.12 μSv/h。即使在8 h满负荷工作的正常情况下, 迷路出口处的人员年受照剂量仅为0.24 mSv, 能够符合《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中规定的限值要求, 可以确保屏蔽室门口处的放射工作人员以及公众人群的健康与安全。