当失事的核动力舰船发生核泄漏时, 从事救援工作的潜水员需要在有核辐射的环境下对核动力舰船进行各种救援工作。笔者对潜水员在救援过程中可能受到辐射途径进行分析, 并提出了可用于潜水员受到辐射剂量的估算方法。

1 潜水员受照途径

潜水员所接受的照射分为内照射和外照射。

内照射主要来自以下几方面:由于作业水域大气中放射性污染导致潜水员在下水前和出水后因吸入放射性气体而产生的内照射; 潜水员在作业时因受伤导致放射性物质从伤口浸入体内产生的内照射; 潜水员作业时因受污染的海水或饮用水进入体内产生的内照射; 潜水员作业时因放射性物质从裸露的皮肤表面渗入体内而产生的内照射。

外照射途径有:下水前和出水后作业水域气载放射性核素产生的外照射; 下水前和出水后由于海面放射性物质产生的外照射; 水中作业时海水中放射性核素产生的外照射; 作业时因裸露的皮肤表面受放射性物质污染产生的外照射。

潜水员的受照剂量(H)是指潜水员在整个救援活动中所受的外照射剂量(H_e)和摄入放射性核素所产生的待积剂量(H_i)之和:

(1)

2 吸入放射性气体内照射剂量

考虑到潜水员工作时的特殊性, 吸入放射性气体是产生内照射的主要因素, 其他几种情况的发生概率和产生的受照剂量相对较小。

吸入放射性核素所产生的器官剂量可由下式给出:

(2)

式中:D_b-吸入内照射剂量, Sv; Χ-核素的时间积分浓度, Bq· s· m^-3; B-人的呼吸速率, m³· s^-1;

DCF_b-吸入待积剂量转换因子, Sv·Bq^-1。

待积剂量转换因子和呼吸速率与年龄有很大关系, 后者还与人的活动剧烈程度有关。表 1列出了根据ICRP第30号出版物^[3]中的代谢模式确定的几种典型核素对成人的待积剂量转换因子。

3 气载放射性核素外照射剂量

当救援水域空气受到放射性物质污染时, 所有在该水域的人员由气载放射性核素产生的外照射剂量可由下式^[1]求出:

(3)

式中:D_EC-气载放射性核素产生的外照射剂量, Sv;

X_空气-海面(地面)空气中的时间积分放射性浓度, Bq· s· m^-3; g_EC-气载放射性核素的剂量转换因子, Sv· m³· Bq^-1· s^-1; k-大气弥散修正因子, 考虑了气载放射性核素的最终扩展和非均匀性。

表 2列出了几种典型核素对成人的(烟云)气载放射性核素照射剂量转换因子。

4 海面放射性物质外照射剂量

参考地面照射剂量的计算方法, 假设作业点周围污染的放射性浓度是水平均匀分布, 来自海面的放射性物质产生的γ外照射器官剂量按照下式^[1]计算:

(4)

式中:D_EG(T)-海面核素的γ照射积分到时间T的积分剂量(Sv), X_GR-海面的初始放射性浓度Bq· m^-2, g_EG^T-海面照射的剂量转换因子, 在时段T进行积分, 考虑每种核素的放射性衰变和在海水中的扩散迁移, Sv· m²· Bq^-1。

在表 3中列出一些核素的地面照射剂量转换因子(积分时间为1d, 积分时间为7d时数值增大约一个量级), 可作为海面照射的剂量转换因子的参考。

5 海水中放射性核素外照射剂量

潜水员所受辐射剂量有其在水中的时间和水内的放射性核素的浓度有关。美国原子能委员会推荐一个计算公式可以用来计算潜水员潜水时皮肤和全身的外照射剂量, 该公式如下^[2]:

(5)

式中, R_pr-途径p中全部核素i对器官r的总剂量率, Sv/a; Q_i-核素i的释放率, Bq/a; F-流速, 即潜水员与水的相对速度, m³/s; t_p-核素到达照射点所需的传送时间, h; U_p-利用率, 与途径p有关的照射率, h/a; M_P-照射点的混合比(稀释因数的倒数); λ_i-核素i的放射性半衰期, h^-1; D_ipr-剂量因数。

可以看出这个公式比较复杂, 计算对皮肤的剂量率, 可以用一个比较简单的计算公式^[2],

(6)

式中, C'=0.512(g· Gy/MeV)(衰变数/Bq· d); C_wi-水中第i种放射性核素的浓度, Bq/g; E_γi-第i种核素每次衰变所放射的平均有效能量, MeV· Gy/衰变数· Gy。

6 皮肤表面污染照射剂量

皮肤表面受放射性物质污染产生的外照射剂量与污染核素种类及受照时间等因素有关, 受污染后积累到某个时段T秒内的皮肤剂量可以按下式^[1]计算:

(7)

式中, D_SK到时间T时的皮肤剂量, Sv; X_SK-皮肤表面的初始放射性污染浓度, Bq· m^-2; g_SK-皮肤污染的剂量率转换因子, Sv· m² Bq^-1· s^-1; λ-有效衰变常数, s^-1; λ可用下式由物理衰变常数(λ_r)和皮肤污染的生物衰变常数(λ_b)求出:

(8)

放射性核素在皮肤上的生物半衰期主要由皮肤表面的消除过程决定, 典型值约为30d, 清洗会显著地缩短生物半衰期。

表 4列出一些了一些典型核素的皮肤污染照射剂量率转换因子。

笔者对潜水员可能受到的辐射剂量估算进行了初步分析研究, 提出了潜水员受到的辐射剂量估算方法, 为及时准确地掌握潜水员在救援行动中所受的辐射剂量, 判断辐射可能对潜水员产生的健康影响, 科学合理地实施救援行动提供了技术依据。