人类对电离辐射的应用，涵盖了从核电生产到医疗、工业、农业等各个方面，其中在工业方面最早建立起来的应用之一就是无损检测。工业照相提供了一种检测物质结构、性质是否完好的方法，主要用在容器，管道，焊点、铸件等的检测。这些设备的完整性不仅会影响产品的安全质量，也会对工人、公众、环境造成一定的影响^[1]。

工业射线照相主要包括X射线照相和γ射线照相，根据作业场所分为固定式和移动式探伤作业。前者是被检物体在专用探伤室内进行透照检查，探伤室的防护墙具有一定屏蔽射线的作用。后者是在室外、生产车间或安装现场对物体进行透照检查，防护条件较复杂。使用单位视被检物体的类别、规格等工作条件选择采用固定式或移动式探伤作业。

工业射线照相中的放射防护，我国制订了一系列的标准^[2-5]。做好探伤室的辐射屏蔽，是固定式探伤放射防护的重要工作，对保障放射工作人员、公众的健康具有重要意义。2014年5月发布了《工业X射线探伤室辐射屏蔽规范》(GBZ/T 250-2014)^[3]已于2014年10月1日实施，本文将采用该标准的方法和技术数据，对某X射线探伤室的辐射屏蔽设计进行探讨。

1 材料与方法 1.1 X射线探伤室

某公司拟建的工业X射线专用探伤室，位于厂区生产车间内，在生产车间西部。最初按照3.7×10¹² Bq ⁶⁰Co γ探伤进行屏蔽设计，后改为X射线专用探伤室。

探伤室包括曝光室、办公室、更衣室、冲淋间、储片室、评片室、干片室、暗室、控制室、仪器室等，西侧为安全通道，南侧为另外的探伤室(2座探伤室之间有3 m宽的通道)，东侧及北侧为生产车间。

探伤室为单层建筑，室顶上方为生产车间顶棚，室顶上方无人停留。

探伤室内径设计尺寸为29 m×10.5 m，层高11 m，四面墙体为1250 mm混凝土，室顶为550 mm混凝土。设工件防护门1个用于工件进出，为1300mm混凝土；设迷路内防护门、外防护门各1个，用于人员进出，均为12 mm铅板。曝光室设“L”型外迷路，迷路外墙为1000~1100 mm混凝土。探伤室平面示意图见图 1。

1.2 X射线探伤机

该探伤室内使用的设备主要是XXGHA-3505型X射线周向探伤机，额定管电压为350 kV，管电流为5 mA，探伤室探伤作业时，工件放置在专用车上，通过滑轨由工件防护门进入曝光室，工件通常为长度4~20 m、直径2~5 m，壁厚10~30 mm钢的压力容器。

1.3 计算方法

主要采用GBZ/T 250^[3]推荐的“探伤室辐射屏蔽估算方法”进行计算，并根据该标准“典型屏蔽数据表法”进行核实。

1.3.1 有用线束

a.关注点达到剂量率参考控制水平${{\dot{H}}_{c}}$时，所需的屏蔽透射因子B按式(1)计算，然后由曲线(GBZ/T 250^[3]附录B.1)查出相应的屏蔽物质厚度X。

$ B=\frac{{{{\dot{H}}}_{c}}\cdot {{R}^{2}}}{I\cdot {{H}_{0}}} $

1)

式中：${{{\dot{H}}}_{c}}$剂量率参考控制水平，μSv/h；R-辐射源点(靶点)至关注点的距离，m；I-X射线探伤装置在最高管电压下的常用最大管电流，mA；H₀-距辐射源点(靶点)1 m处输出量，μSv·m²/(mA·h)。

b.在给定屏蔽物质厚度X时，由曲线查出相应的屏蔽透射因子B。关注点的剂量率${{{\dot{H}}}}$(μSv/h)按式(2)计算：

$ \dot{H}=\frac{I\cdot {{H}_{0}}\cdot B}{{{R}^{2}}} $

2)

1.3.2 泄漏辐射和散射辐射屏蔽

1) 屏蔽物质厚度X与屏蔽透射因子B的相应关系

a.对于给定的屏蔽物质厚度X，相应的辐射屏蔽透射因子B按式(3)计算：

$ B={{10}^{-X/TVL}} $

3)

式中：X-屏蔽物质厚度，mm；TVL-什值层厚度，mm。

b.对于估算出的屏蔽透射因子B，所需的屏蔽物质厚度X按式(4)计算：

$ X = - TVL\cdot{\rm{lg}}{\kern 1pt} {\kern 1pt} B $

4)

2) 泄漏辐射屏蔽

a.关注点达到剂量率参考控制水平${{\dot H}_c}$时所需的屏蔽透射因子B按式(5)计算，然后按式(4)计算出所需的屏蔽物质厚度X。

$ B = \frac{{{{\dot H}_c}\cdot{R^2}}}{{{{\dot H}_L}}} $

5)

式中：${{{\dot H}_c}}$-剂量率参考控制水平，μSv/h；R-辐射源点(靶点)至关注点的距离，m；${{{\dot H}_L}}$-距靶点1 m处X射线管组装体的泄漏辐射剂量率，μSv/h。

b.在给定屏蔽物质厚度X时，相应的屏蔽透射因子B按式(3)计算，然后按式(6)计算泄漏辐射在关注点的剂量率${\dot H}$(μSv/h)：

$ \dot H = \frac{{{{\dot H}_L}\cdot B}}{{{R^2}}} $

6)

3) 散射辐射屏蔽

a.90°散射辐射的TVL:

X射线90°散射辐射的最高能量低于入射X射线的最高能量，使用该散射X射线最高能量相应的X射线的什值层计算其在屏蔽物质中的辐射衰减。

b.关注点达到剂量率参考控制水平${{\dot H}_c}$时，屏蔽设计所需的屏蔽透射因子B按式(7)计算。然后按式(4)计算出所需的屏蔽物质厚度X。

$ B = \frac{{{{\dot H}_c}\cdot R_s^2}}{{I\cdot{H_0}}}\cdot\frac{{R_0^2}}{{F\cdot\alpha }} $

7)

式中：${{{\dot H}_c}}$-剂量率参考控制水平，μSv/h；R_s -散射体至关注点的距离，m；R₀ -辐射源点(靶点)至探伤工件的距离，m；I -X射线探伤装置在最高管电压下的常用最大管电流，mA；H₀-距辐射源点(靶点)1m处输出量，μSv·m²/(mA·h)；F -R₀处的辐射野面积，单位为平方米(m²)；α -散射因子，入射辐射被单位面积(1 m²)散射体散射到距其1m处的散射辐射剂量率与该面积上的入射辐射剂量率的比。

c.在给定屏蔽物质厚度X时，相应的屏蔽透射因子B，按式(5)计算。关注点的散射辐射剂量率(μSv/h)按式(8)计算：

$ \dot H = \frac{{I\cdot{H_0}\cdot B}}{{R_s^2}}\cdot\frac{{F\cdot\alpha }}{{R_s^2}} $

8)

2 结果 2.1 有用线束

该探伤室使用XXGHA-3505型X射线探伤机，为周向照射，探伤室南墙、北墙和室顶应考虑有用线束的照射。GBZ/T 250^[3]中缺少350 kV探伤机的相关数据，为保守起见，采用400 kV探伤机数据进行计算。其中剂量率参考控制水平，南墙和北墙取2.5 μSv/h，室顶取100 μSv/h；探伤机距辐射源点1 m处输出量，查GBZ/T 250表B.1得到，对于400 kV探伤机，为23.5×6×10⁴μSv·m²/(mA·h)。计算结果见表 1。

2.2 泄漏辐射和散射辐射屏蔽

如图中所示，探伤室东墙、西墙应考虑泄漏辐射和散射辐射的照射。如前所述，同样采用400 kV探伤机数据进行计算：其中剂量率参考控制水平${{{\dot H}_c}}$，取2.5 μSv/h；探伤机距辐射源点1 m处输出量，为23.5×6×10⁴μSv·m²/(mA·h)；距靶点1 m处X射线管组装体的泄漏辐射剂量率${{{\dot H}_L}}$，为5×10³μSv/h。计算结果见表 2。

3 讨论 3.1 迷路防护门的设计

探伤室布局的合理设计对机房放射防护的关键。GBZ/T 250^[3]要求：

(1) 相应有用线束的整个墙面均考虑有用线束屏蔽，不需考虑进入有用线束区的散射辐射。

(2) 探伤室一般应设有人员门和单独的工件门。探伤室人员门宜采用迷路形式。

(3) 探伤装置的控制室应置于探伤室外，控制室和人员门应避开有用线束照射的方向。

该探伤室的设计满足上述要求，迷路内、外防护门普通门即可，不需要特殊防护，为放射防护最优化和纵深防御的目的，采用400 kV电压下的1个半值层铅(3 mm)作为防护门材料。

3.2 泄漏辐射和散射辐射的复合作用

GBZ/T 250^[3]要求：当可能存在泄漏辐射和散射辐射的复合作用时，通常分别估算泄漏辐射和各项散射辐射，当它们的屏蔽厚度相差一个什值层(TVL)或更大时，采用其中较厚的屏蔽，当相差不足一个TVL时，则在较厚的屏蔽上增加一个半值层(HVL)厚度。

从表 2中可见，东墙和西墙，泄露辐射与散射辐射所需屏蔽厚度差均为110 mm，400 kV混凝土TVL为100 mm，故最终辐射屏蔽厚度可采用较大者(东墙280 mm混凝土，西墙270 mm混凝土)，实际建议取整数值300 mm。

探伤机房最初按照3.7×10¹² Bq⁶⁰Co γ探伤进行屏蔽设计，工件防护门为1300 mm混凝土；后改为X射线专用探伤室，建议工件防护门采用铅屏蔽。经计算泄露辐射需要13 mm铅，散射辐射需要9 mm铅，400 kV铅TVL为8.2 mm，增加一个半值层2.5 mm，13+2.5=15.5 mm近似为16 mm铅；如仍采用混凝土，应与同侧墙壁(东墙)有相同的防护能力。

3.3 其他

除了本文上述屏蔽估算方法，GBZ/T 250还提供了“典型屏蔽厚度表法”。该方法首先给出了探伤室探伤在典型工作条件下，距靶点不同距离处所需要的屏蔽厚度，然后根据具体的探伤条件(探伤机管电流、屏蔽体外剂量率控制水平、距离等)，与典型探伤条件相比较，采用查表法获得所需要的屏蔽厚度。该方法与屏蔽计算法相比使用时更简便，但当机房采用非同一种屏蔽材料时，其使用受到限制。

目前市场上存在大量管电压350 kV的探伤机，标准GBZ/T 250及其资料性附录中，缺少探伤机管电压350 kV的输出量、透射因子、什值层厚度等数据；屏蔽材料给出了铅和混凝土的数据，缺少可能用到的砖和钢等其他材料的数据。