辐射加工是原子能民用高新技术, 在现代化生产加工中占有重要地位。该技术属冷加工核物理技术, 具有高效、节能、无污染、加工操作简便快捷、自动化程度高、总投资少、加工成本低、应用领域广、社会效益和经济效益较高等特点。钴源装置具有γ放射性, 笔者针对其对环境的影响进行论述。

1 项目概况

该辐照中心厂区占地面积32322m², 总建筑面积20605m², 建、构筑占地面积15375m², 其中辐照厅面积为500m², 道路、广场面积5040m², 建筑系数47%, 绿化系数22%, 围墙长度546m。辐照厅设计装源容量为1.48×10¹⁷Bq(400万Ci), 初装源1.48×10¹⁶Bq(40万Ci), 辐照源采用⁶⁰Co源40根棒1.48×10⁶Bq(40万Ci), 钴棒元件为进口⁶⁰Co放射源, 型号C-188。生产能力:3.13m³h·mCi(以容重为0.2g/cm³, 吸收剂量为25kGy的产品计)。辐照厅的面积为500m², 高4.0m。辐照厅内采用迷宫式迷道, 辐照厅四周包括墙体和迷道采用比重为2.3g/cm³钢筋混凝土, 主屏蔽墙分别为2.2m, 2.3m, 2.3m, 辐照厅屋顶厚为1.9m钢筋混凝土。贮源井面积为8.8m², 井深7.5m。井四周及底部采用不渗不漏的混凝土和不锈钢的双层保护层。辐照厅设有安全联锁装置、通风设备及废水处理设施。

2 环境背景值调查^{[2, 4]} 2.1 环境辐射γ本底水平调查

以拟建项目中的⁶⁰Co辐照装置为中心, 东、西、南、北4个方位按距中心的各10、50、100、300、500m点测量。测量仪器与方法:采用JW-3104型微电脑γ剂量率仪, 能量响应范围为0.25keV-3.0MeV, 灵敏度nGy·h^-1, 稳定性±5%。测量方法为瞬时测量, 探头距地面1m高, 每个测点读10个数值, 取其平均值作为该点的测量值。测量结果列表 1。环境γ辐射空气吸收剂量率平均值为5.79×10^-8Gy·h^-1, 范围为4.27~7.14×10^-8Gy·h^-1, 该公司周围环境γ辐射水平在正常范围内^[2]。

2.2 环境O₃(臭氧)浓度调查

在拟建项目的周围环境开阔地区布测量点进行采样(东、南、西、北各800m处)。O₃采样方法, 按《环境监测技术规范》(大气部分)进行采样。O₃分析方法采用紫外光度法(GB/T15438-95)。测量结果见表 2。该工程1000m范围内的O₃小时平均浓度及最大浓度均低于《大气环境质量标准》中规定二级标准值每小时0.16mg/m³。

3 施工期环境影响评价

项目施工建设过程中对环境主要的影响是施工噪声以及施工扬尘、建筑垃圾等。辐照装置距公司最近北墙外1m的白天噪声是53.6dB(A), 夜间噪声是53.1dB(A), 而东、南、北围墙外1m的噪声都小于54dB(A)。厂界噪声预测结果满足三级标准(白天65dB(A), 夜间55dB(A)), 满足GB12348-90《工业企业厂界噪声标准》(Ⅲ类标准)。因此本项目不会对周围环境产生噪声危害。建议采用低噪声的振捣棒以降低噪声。施工期扬尘对大气产生的影响。施工所用混凝土来自混凝土搅拌站, 运输时采用密封式槽式车; 扬尘原材料的运输、露天堆放均采用帆布覆盖; 施工场地定期洒水、清洗等。采取上述措施可避免扬尘对大气环境的影响。施工期产生废水包括施工人员的生活污水和施工本身产生的废水, 施工废水主要包括土方阶段降水井排水、结构阶段混凝土养护排水、以及各种车辆冲洗用水。施工期固体废物主要为施工人员的生活垃圾、施工渣土及损坏或废弃的各种建筑装修材料。

4 辐射环境影响评价^[1~3] 4.1 环境辐射剂量估算模式

本项目设计为1.48×10¹⁷Bq(400万Ci)矩形平面源。矩形源产生的γ辐射剂量率与源的相对尺寸n′=H/L及到给定点的相对距离1m=b/L(H、L、b分别为源的长、宽及测量点距源中心的距离)及距离的方位有关。因此, 在距源的不同方位和距离。将源视为面源、线源、点源。当m≤0.1时将源视为点源。⁶⁰Coγ射线所产生的散射γ线基本被辐照厅钢筋混凝土屏蔽掉, 因此只作直接穿过墙体剂量的计算。

(1) 线源年剂量计算公式:

(1)

式中:H-测量点处的γ辐射年剂量当量, mSv; γ_r放射性同位素的γ常数, R·m²h·Ci; η-放射性线密度, Cicm; n-居留因子; T-辐照装置年开机时间; l-线源的长度, cm; Rx-γ射线透射率; K-照射量对剂量转换系数; di-测量点距线源的距离, m。

(2) 面源年剂量计算公式

(2)

式中第一项确定14平面的剂量, 其余两项表示14平面除去矩形剩余的总剂量。式中的σ·Φ(m, n′, μd)表示:σ-放射源面密度, mCi/cm²; Φ-矩形平面源的辐射函数; m-矩形平面源至测量点的距离倒数, m=L/b; n′-短形平面源尺寸比, n′=H/L; μ-屏蔽材料γ线衰减系数, cm^-1; d-屏蔽的材料的厚度, cm。其他符号同公式(1)。

(3) 点源年剂量计算

(3)

式中:Q-放射源活度, Ci; 其他符号同公式(2)。

(4) 屋顶散射年剂量计算

(4)

式中:H_s-di点的天空反散射年剂量当量, mSv; Q-放射源的活度, Ci; Ω-放射源对天空所张的仰角, 立体角; B-屋顶材料对γ辐射的积累因子; h-放射源到屋顶外表面的高度再加上2m;u-屋项材料的线性衰减系数, cm^-1; d-屋顶厚度, cm。其他符号同公式(3)。

4.2 辐射环境评价

根据计算点位置, 结合上述计算公式给出辐照装置运行期间对辐射环境影响程度和范围。给出评价区域内公众个人年有效剂量当量及公众剂量限值的百分比。

4.2.1 线源状况

辐照厅N墙外0.5m处的年剂量H_N0.5

采用公式(1), 公式中:取γ_r=1.32;η=21739.13;l=184cm; R_x=1×10^-10; n=1/4;T=8760h;K≈9.24;d_i=8.63m。

将上述各参数代入线源公式, 得:

4.2.2 点源状况

辐照厅N墙外30m处的年剂量H_N38.13。距源38.13m, 线源长1.84m, 则m=1.84/38.13=0.05 < 0.1, 可用点源代替, 采用点源公式。采用公式(3), 式中:

H_N38.13-距源38.13m处得年剂量当量, mSv; Q=4×10⁶Ci; R_x=1×10¹¹; d_i=38.13。其他符号参数同上, 将参数代入点源公式, 则:

4.2.3 面源状况

W墙外0.5m处的年剂量H_W0.5采用公式(2), 式中:H_W0.5-辐照厅W墙外0.5m处年剂量当量, mSv; σ=1245795.44;Φ=2.8×10^-15; m=1.84/5.3=0.35;n′=0.95;则μd=29.21。其他符号参数同上, 将参数代入面源公式, 则:

4.2.4 天空反散射状况

在辐照厅屋顶为1.90m厚混凝土情况下, N墙外30m, 即距源38.13m处得天空反散射年剂量H′_N38.13

采用公式(4), 式中:H′_N38.13-d_i点的天空反散射年剂量当量, mSv; ; B=60.8;μ=0.127cm^-1; d=190cm; h=8.6m;d_i=38.13m。其他符号参数同上, 将参数代入天空反散射公式, 则:

4.2.5 辐射环境影响结果与评价^[4]

辐照装置全年运行对辐照厅内外各参数点理论计算年剂量结果列于表 3。

4.3 环境O₃浓度的估算模式

(1) O₃产生率的计算:

(5)

式中:Q₀-⁶⁰Co辐照厅的O₃的产生率, (mg·h^-1); A-放射源的活度, Ci; G-空气吸收100eV的电离辐射能量产生的臭氧分子数; V-辐照厅体积, m³。

(2) O₃对环境影响的计算

(6)

式中:C-距排气筒i(m)处的空气中O₃浓度, mg·h^-1; Q-排气筒排放O₃的速率, mg·h^-1; V-排气筒排风速度, m; σ_y-水平方向的扩散参数, m; H-排气筒的有效高度, m。

利用当地气象资料, 预测在D类稳定状态下, 下风轴线一次(小时平均)O₃落地浓度活量和年平均浓度。将O₃浓度活量, 与现状值迭加, 评价O₃对大气环境的影响程度和范围。

该⁶⁰Co辐照装置对环境产生O₃浓度为2.46×10^-4mg/m³, 环境背景值为0.006~0.021mg/m³, 运行期间最大叠加浓度0.021mg/m³, 远低于《大气环境质量标准》0.16mg/m³, 对大气不会产生负面影响。

经计算, 本项目辐照加工对各参考点产生的γ辐射年剂量为1.3×10^-6~0.118mSv, 为公众允许剂量限值1mSv的0~12%^[1]; 参考点最大剂量值较天津市东丽区环境天然γ辐照产生的年平均有效剂量0.100mSv高出18%, 也就是说比环境天然γ本底的剂量高出18%, 对环境影响很小, 可以忽略, 项目是可行的。