据估计, 世界每年钢产量的三分之一来自回收的废钢铁。由于放射源的金属外包壳, 放射源金属容器极易被当作废金属回收, 国际原子能机构(IAEA)的研究报告指出, 世界冶金工业是最易受到失控放射源危害的行业。仅美国核管会(NRC)记录有2 300例在废旧金属中发现放射源的事件。另有多起进口放射性污染产品的事件^{[1, 2]}。在冶炼厂和废金属处理设施场所建立辐射监测系统也可有效地防止放射源熔炼事故的发生。据美国的统计数据^{[3, 4]}, 自1983年以来, 安装在废金属回收场及处理设施场所的监测系统发现了400多个放射源和含有放射源的装置, 阻止了许多放射性事故的发生。1992年至1999年, 共发现了13枚裸露的没有任何屏蔽的放射源, 其中大多数都是在废金属回收场中发现的。由于没有任何屏蔽容器, 它们不仅更容易对人员造成辐射危害, 这些放射源也特别容易受到破坏, 造成放射性物质的扩散、污染。门式车辆辐射检测仪是这类辐射监测系统的关键设备, 其检测灵敏度受多种因素的影响, 这些影响因素包括被测对象的屏蔽效应、降雨与降雪过程引发的本底辐射水平的波动、牵引车与拖车之间的缝隙所引起的辐射水平的变化等。掌握这些影响的数据, 对于门式车辆辐射检测仪的设计和应用具有重要的意义。

1 实验 1.1 实验设备及布置

本实验所采用的门式车辆辐射检测仪由两个探测单元、一个电源箱和一个控制单元构成。每个探测单元内含有一块大面积塑料闪烁体; 电源箱为整个系统提供高品质的工作电源, 解决实验现场电源品质较差的问题; 控制单元具有连续监测天然本底辐射、检测数据处理、报警、储存等功能。其主要技术指标:能量范围:60keV~2 000keV, 误报警率: < 1 1 000, γ辐射灵敏度:在距检测仪灵敏中心1 m处, 测量时间1 s, 最小可探测活度MDA (2σ, 95%)约为:241Am (2.11 MBq)、137Cs (39.5kBq)、60 Co (21.4kBq)。BH3103便携式X、γ剂量率仪:能量响应:在25 keV~3 000keV内变化的限值小于± 15%;量程范围:1~10 000 ×10^-8Gy h。示值固有误差不大于10%。

实验现场布置示意见图 1。两个探测单元分列于检测通道的两侧, 间隔约4.8 m, 电源箱和控制单元放置在操作方便的位置上。

1.2 实验方法

由于实验现场运输车的流量较少, 在不影响厂方工作进度的情况下, 可选择停车测量的方式, 提高检测灵敏度。门式辐射检测仪工作时, 始终处于本底测量状态, 选取最近80个本底测量数据, 动态更新检测仪的报警阈值。当车辆传感器检测到有车辆进入检测区域内, 自动触发(也可采用人工触发方式)使门式辐射检测仪进入目标测量状态。当检测仪的测量结果高于报警阈值时, 给出声光报警信号, 工作人员应采用多种手段确认报警事件的真实性。

由于本次实验过程始终有人员参与, 当被检测车辆进入检测区域内, 采用人工触发方式使检测仪进入目标测量状态, 每个被检测车辆每次测量均取20个测量数据作统计处理。同时采用便携式X、γ剂量率仪对被检测车辆及卸料后的废钢铁物料进行近距离的验证测量。对于带有拖挂的车辆, 对牵引车、中缝和拖挂车分别作一次测量。本次现场实验期间经历了一次中小降雨过程, 检测仪记录了此次降雨过程对本底辐射水平的影响。

2 结果 2.1 废钢铁运输车辆测量

实验期间, 门式车辆辐射检测仪完成了对47台废钢铁运输车辆的检测, 辐射检测实验数据见图 2。检测过程及测量数据表明, 没有发生超过报警阈值的显著的放射性污染钢铁及"无主源"运输事件。该测量结果也被便携式辐射监测仪的测量结果验证。可初步证实门式车辆辐射检测仪检测结果的有效性。

2.2 车体的屏蔽效果

车辆大小不同, 所载废钢材的形状、多少、体积和宽松程度不同, 对本底的屏蔽作用就不一样。通过测试, 得出对于小车(较低)、所载废钢材的体积较大、量较少、废钢材之间空隙较大者, 对本底的屏蔽作用较小。反之, 对本底的屏蔽作用较大。图 3给出了对于20辆汽车的检测数据, 对于本底的屏蔽作用, 即对于本底计数率降低的百分比。

2.3 牵引车与拖挂车之间车缝对测量结果的影响

牵引车和拖挂车的前后车体对本底的屏蔽作用与单车基本相同, 但是中缝部位, 由于车体自身屏蔽作用的减少, 测量结果会有一定程度的升高, 这种升高可能超过报警阈值而引发检测仪产生误报警。所以, 我们对牵引车和拖挂车的中缝部位也做了简单测试, 图 4是对牵引车和拖挂车及中缝部位的测试曲线。

2.4 降雨对本底辐射水平的影响

土壤中的²²⁶Ra衰变产生气态子体²²⁶Rn, ²²²Rn逃逸到空气中后, 其衰变的子体可附着在空气的尘埃上。下雨天这些尘埃通常是雨滴的凝聚中心, 雨滴把空气中的²²⁶Rn子体带到地面, 产生所谓的"洗净"作用, 同时引起辐射本底的升高, 需要1~2个h, 才能恢复到正常水平。本次实验记录到一次中小降雨过程, 引起本底水平的升高约20%。本底辐射水平随时间的变化曲线见图 5。对于短时间强降雨过程, 预计其致使本底辐射水平升高的速度更快。

3 结论

门式车辆辐射检测仪是冶金工业有效防止发生放射源熔炼事故的重要辐射检测设备。其检测灵敏度受多种客观因素的影响, 除检测仪的固有检测灵敏度外, 还与被检测对象的许多条件密切相关。如放射源种类、储存容器的特性、车内的位置、货物屏蔽、车体屏蔽、车辆速度等。另外检测仪安装现场的环境本底辐射水平及其涨落的大小, 也是决定其检测灵敏度的关键因素。本实验过程没有发现超过报警阈值的显著的放射性污染钢铁及"无主源"运输事件, 通过现场实验证明自制的门式车辆辐射检测仪拥有了可以满足实际需要的检测灵敏度和操作使用功能。本实验对被测车辆的屏蔽效应进行了实际测量, 观测到不同车体及载荷的屏蔽效果有15%的变化。由于车体屏蔽效应会导致门式车辆辐射检测仪的检测灵敏度有相应幅度的下降, 这一问题应在检测仪的设计和使用过程中给予充分的考虑。本实验观测到降雨过程引发的本底辐射水平的升高可达到20%, 特别是短时间强降雨过程会导致门式车辆辐射检测仪的动态本底检测数据的平均值及涨落有大幅提高, 此时对进入检测区域内的车辆, 发生错误检测结果(漏报警误报警)的可能性将大大提高。这一问题在检测仪的使用过程中给予充分的考虑。

本实验对牵引车与拖车之间的缝隙所引起的辐射水平的变化进行了一些测量, 取得了一些实验数据。采取一些辅助手段判别车缝可能引发的报警性质对于门式车辆辐射检测仪的设计也具有一定的意义。