有顶式工业X射线探伤室的屏蔽厚度计算, 已有很多报道。但无顶式工业X射线探伤室的屏蔽厚度计算, 特别是无顶式工业X射线探伤室建在大车间内时, 无顶式探伤室的屏蔽厚度计算至今在国内未见报道。笔者将根据哈尔滨锅炉厂新建十厂的工业X射线探伤室的设计、评价、检测等实际工作及有关理论和国家标准, 给出一种无顶式工业X射线探伤室的屏蔽厚度计算方法。

1 探伤室结构和X射线探伤工艺流程

两个探伤室的平面布局见附图 1, 两个探伤室东、南、西、北墙均采用两层240 mm砖之间填充100 mmSFT防射线材料的结构; 探伤室门和操作室防护门都采用防护效果为6 mm铅当量的推拉式防护门, 并且设有迷宫, 迷宫墙均采用两层240 mm砖之间填充100 mmSFT防射线材料的结构; 操作室为有顶结构, 屋顶厚150 mm混凝土结构, 四周墙高3.5 m。X射线机机头采用5 mm厚铅集束筒, 集束筒喇叭形, 上部为直径Υ130 mm的圆形, 下部为150 mm×300 mm矩形。长度300 mm。

探伤室建在车间内一端, 车间屋顶高15 m, 探伤室面积为8 m×26.5 m, 四周墙高3.5 m。X射线探伤机悬挂在探伤室内的小天车上, 可将探伤机移到探伤室内任何处, 被探伤工件平放在距地0.7 m高的架子上, 工件为紧密排列的铁管和铁板。探伤机向下20。~45。角照射排片。探伤机每周工作7.5 h。

2 辐射屏蔽厚度的计算

由于探伤机可向下45°角照射, 探伤机又可在探伤室内各处移动, 探伤室各方向防护墙都可能被直接照射, 因此探伤室各方向的防护墙都为主防护墙, 屏蔽厚度的计算都以有用射线束作为防护计算依据。

2.1 操作室与探伤室隔离墙厚度计算

根据《辐射防护技术与管理》^[1], 操作室与探伤室隔离墙的透射系数为:

(1)

式中:P—操作室内的周剂量率的控制水平。根据国家《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》^[2], 职业人员为5 mSv/50 wk=0.1 mSv·wk^-1; d—操作室内参考点距探伤机, 最小值为2 m; W—工作负荷, W=7.5 hw/k^-1×60 min/h×15 mA=6750 mA· min/wk^-1; U—束定向因子, U=1/4;T—居留因子, 职业人员T= 1;代入上式得B为2.37×10^-4。

查《辐射防护技术与管理》^[1]附图14, 250 kV的宽束X射线穿过铅时所需防护墙的铅当量为10 mm。考虑2倍安全系数, 加上一个HVT, 查《辐射防护技术与管理》^[1]表5-21, 250 kVX射线HVT为0.86 mm铅当量。所以, 理论上操作室主防护墙采用11 mm铅当量防护就相当安全。根据建设单位提供的资料, 防护墙采用两层240 mm砖, 之间填充100 mmSFT防射线材料。100 mmSFT相当于10 mmPb, 依据《辐射防护技术与管理》^[1]表5-18可得, 240×2砖约为4 mmPb, 因此墙体的实际设计值为14 mmPb当量, 大于理论计算值, 符合设计要求。

2.2 探伤室其他三面主防护墙厚度计算

探伤室其他三面主防护墙外为公众区域, 根据《工业X射线探伤卫生防护标准》 ^[3](GBZ117-2002), 公众所受剂量限值为2.5 μGy/h。公众所受剂量为三个辐射剂量之和, 一是天空回散剂量H_回散, 二是车间屋顶散射剂量H_顶散, 三是防护墙的漏射剂量H_墙漏。

(2)

2.2.1 天空回散剂量的计算H_回散

天空回散剂量为工件散射线的天空回散H_工回与X射线机的漏射线的天空回散H_漏回之和。

(3)

根据《辐射防护基础》^[5]151页得

(4)

(5)

根据《γ射线屏蔽手册》^[6]117页得

(6)

(7)

(4)、(5)、(6)、(7)式中:Ω—探伤室对空中的立体角, 计算得2.7弧度。d—探伤室中心与墙外检测点的距离, 取20m。h_工5—X射线经工件散射距地面5.5m处的空气比释动能率(μGy/h)。D—距X射线机焦点1m处的空气比释动能率, 查X射线机说明书得4.5 Gy/h。α—反射系数, 查《γ射线屏蔽手册》^[5]图5-3得, 工件(铁)反射系数α=0.00017。F—工件(铁)散射体面积20×40=800(cm²)。d₁—距工件散散射点的距离d₁=4.5m。

h_漏5—X射线机漏射线到距地面5.5m处的空气比释动能率(μGy/h)。D_漏—250 kVX射线机最大漏射空气比释动能率, 由《工业X射线探伤卫生防护标准》^[3]知:距X射线机焦点1m处, 250 kVX射线机最大漏射空气比释动能率为5 mGy/h。d₂—距X射线机焦点的距离d₂=4.5m。

上述参数代入得

(8)

2.2.2 车间屋顶散射剂量的计算H_顶散

车间屋顶散射剂量为工件散射线的屋顶散射H_工顶与X射线机的漏射线的屋顶散射H_漏顶之和。

(9)

根据《NCRPReportNo.51》^[6],

(10)

(11)

根据《γ射线屏蔽手册》^[5]117页得

(12)

(13)

(10)、(11)、(12)、(13)式中:D、α、F、D_漏数值与(4)、(5)、(6)、(7)中的相同。d₃—屋顶有效反射面积中心距探伤室墙外参考点距离20 m。d₄—屋顶有效反射面积中心距探伤机距离25m。α₁—查《NCRPReportNo.51》^[6]散射系数为0.02。A—探伤室上方屋顶对墙外10m远参考点的有效散射面积986m²。h_工顶—X射线经工件散射到屋顶有效反射面积中心处的空气比释动能率(μGy/h)。h_漏顶—X射线机漏射线到屋顶有效反射面积中心处的空气比释动能率(μGy/h)。

上述参数代入得

(14)

2.2.3 探伤室其他三面主防护墙厚度计算

将(8)、(14)代入(2)得

(15)

所以墙外的每周漏射剂量率的控制水平:

P=7.5 hw/k×1.47 μGy/h=0.011 mSv/wk。d—墙外参考点距探伤机最近的距离2m。W—工作负荷, W=7.5 hw/k^-1×60 min/h×15 mA=6750 mA·min/wk^-1。U—束定向因子, U=14。T—居留因子, 公众人员T=116代入(1)式:

查《辐射防护技术与管理》^[1]附图14, 250 kV的宽束X射线穿过铅时所需防护墙的铅当量为9 mm。考虑2倍安全系数, 加上一个HVT, 查《辐射防护技术与管理》^[1]表5-21, 250 kVX射线HVT为0.86 mm铅当量。所以, 理论上操作室主防护墙采用10 mm铅当量防护就相当安全。根据建设单位提供的资料, 防护墙采用两层240 mm砖, 之间填充100 mmSFT防射线材料。100 mmSFT相当于10 mmPb, 依据《辐射防护技术与管理》^[1]表5-18, 240×2砖约为4 mmPb, 因此墙体的实际设计值为14 mmPb当量, 大于理论计算值, 符合设计要求。

2.3 探伤室防护门厚度计算

X射线散射路径为:X射线机→工件(散射)→主墙散射→迷宫散射→门。根据《NCRPReport No.51》^[7]门处的散射空气比释动能率为:

(16)

式中:d₅—工件到主墙的距离2m。d₆—主墙到迷宫墙的距离1m。d₇—迷宫墙到防护门的距离。α₁—为散射系数, 查《NCRPReportNo.51》^[6]散射系数为0.02。D—距X射线机焦点1m处的空气比释动能率, 查X射线机说明书得4.5 Gy/h。A₁—迷宫的横截面积1×3.5=3.5(m²)。F—工件(铁)散射体面积20×40=800 cm²=0.8 m²

代入(6)式, 得h=88.2 μGy/h。

由(15)得, 门外允许的漏射线空气比释动能率为1.47 μGy/h, 因此铅门所需的衰减倍数为:

由于250 kVX射线的TVT厚度为2.9 mm, 因此铅门厚为:

Pb_门=2.9×lg60=5.2 mm。考虑2倍的安全系数, 加一个250 kVX射线的HVT厚度0.8 mm,

探伤室门和操作室防护门可采用防护效果为6 mm铅当量的推拉式防护门, 与现场防护门厚度相同。

3 实际测量结果 3.1 仪器

FJ-428G型便携式多用辐射仪。

3.2 方法

按国家标准^[4]要求进行测量。

3.3 测量结果(表 1) 4 结论

从表 1数据可以得出, 探伤室墙外最大空气比释动能率为1.9 μGy/h, 小于国家标准^[3]中规定的公众处空气比释动能率为2.5 μGy/h。因此X射线探伤室的屏蔽设计符合国家标准, 同时也证明了所采用的计算方法的可行性。