本文介绍我校钴源辐照装置的概况, 着重说明剂量场分布的物理设计及安全联锁装置, 结合运行实践介绍了防护效果。
1 辐照装置概况辐照装置系统由辐照室、控制室、货物仓库和办公、实验室(剂量室、微生物室)组成。
辐照室:长10m×宽7m×高4.5m
屏蔽墙:总厚度2m, 内外两层, 其中内层1.2m, 外层0.8m。顶厚1.5m。钢筋混凝土结构, 一次浇筑完成。混凝土密度ρ= 2.3g/cm3。
屏蔽防护设计要求:辐照室周围环境H < 2.5 ×10-3mSv/h(二倍安全系数)
迷道:人行迷道和货运迷道两部分, 总长40米, 采用直角弯道以减少散射的逸出, 迷道设计宽1.2m, 高度4.5m。
贮源井:位于辐照室中央, 井口尺寸2.5m ×1.5m, 井深6米, 井水为自来水。井壁用混凝土结构并进行防渗处理, 采用6毫米的不锈钢制作井的内衬, 并经X射线探伤检测无缝隙。贮源井除源架升降口外均用不锈钢覆面。
辐照方式:单栅板源静态堆放式辐照(一期工程)。
双板25工位5通道积放式动态辐照(二期工程)。
2 静态剂量场的物理设计 2.1 单栅板源最佳源排列方式源架结构: 14根不锈钢源管排列而成, 源板宽度为1100mm。
源管: Ф12 ×1260 mm, 每一源管可装载两根Ф11 ×456 mm的进口源棒。若采用国产源棒, 每一源管可装载12根。国产源棒尺寸为Ф11 ×90 mm。最大装载源棒的总高应与源管高度留有200~300mm的余量。
源棒: 60Co放射源
1989年10月, 我校从英国进口五根Ф11 ×456 mm双层不锈钢包壳源棒, 总活度: 2.035×1015Bq (5.5 ×104 Ci)。1997年6月, 再次由中国同位素总公司从英国进口两根Ф11 ×456 mm源棒, 总活度: 7.9×1014Bq。
利用自行设计的计算机软件系统, 给出最佳静态辐射场的源排列方式。
最佳源排列方式的理论依据:
(1) 源架中源管个数和源棒个数在最优化条件下应组成最少的组合源棒组(N), 从而在现有源架的情况下, 实现或接近源一靶几何中的超覆盖。
(2) 在一定范围内使每一源棒组中上下的活度基本对称, 实现剂量场纵向分布的基本一致。
(3) 将(N)组等效组合源棒按活度大小沿横向进行排列, 并使源架两侧的组合源棒活度最大。
(4) 根据计算机优化排列的源架形式, 计算出空间任一点的剂量的大小。
(5) 程序设计, 由计算机绘制z =0平面的等剂量曲线图, 见图 1。其中, z为纵向分布的坐标函数。z =0平面为当源位于辐照源位时, 过组合源棒中心并与纵向垂直的XOY平面。
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图 1 Z=0平面的等剂量曲线图 |
分析参考平面的等剂量线走向, 结合辐照室的空间大小, 从而获得优化排源方式和最佳辐射空间的剂量场分布。
2.2 静态辐照的剂量场分布 2.2.1垂直于轴的不同平面上的剂量分布规律, 结果见表 1.图 2。
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表 1 Z=0. 5m平面上, 过X=1. 0m的等剂量线测点数据 |
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图 2 Z=0.5m平面上, 过X=1.0m的等剂量曲线 |
照射量率随高度的变化, 结果见表 2
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表 2 X=1.5m, Y=0.0m时照射量率随高度Z变化的理论数据 |
在Y=0平面上, 不同X情况下, 剂量率随高度的变化规律如图 3所示。当Y一定, X愈小, 随着|Z|的增加, 照射量率减少的速度愈快。
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图 3 剂量率随高度的变化规律 |
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表 3 工作场所的剂量当量率(μSv·h-1) |
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表 4 辐照室外环境的剂量当量率(μSv/h) |
测量仪器为FJ—317型便携式γ测量仪。表中数据未扣除本底。
结论:除潜望镜下部因管道进入辐射室形成剂量率略高外(现已用铅块屏蔽), 工作场所和周围环境均接近本底水平(环境放射性本底为0.18μSv/h)。
3.2 多重联锁防护系统 3.2.1 源位指示① 辐射监控仪(清华大学核能研究院)。电离室探头设在辐射室上部, 仪器面板显示的数据可对照射室内的剂量和源位进行昼夜监测, 监测与升源、开门电路联锁同步。
② 控制电路、行程开关。控制电路使控制台上的光电管连续显示源的位置。行程开关控制防护门上的源位指示(光字牌), 给出安全, 危险和照射信号。
3.2.2 升降源控制① 升源控制采用与门控制电路。按操作规程, 一切就绪后(即多重联锁回路所要求的条件均满足时)方可升源。
② 相序指示电路。预备升源按钮按下后, 自动启动。相序正常, 按升源按钮后方可升源; 线路反相时, 报警并自动切断升、降源电路。
③ 降源控制采用或门控制电路。运行中, 只要联锁回路中出现任一异常情况(如防护门被强制性打开)则自动降源。
④ 卡源监控装置。按装在钢丝绳上, 若源被卡则钢丝绳松蜕, 监控装置在控制台上显示并报警。同时启动迫降装置, 使源架返回安全源位。
3.2.3 开门控制① 钥匙开关。防护门电磁锁与控制台升降源开关共用一把钥匙, 只有锁好门, 接近开关接触时钥匙才可取下, 源方能升起。
② 照明控制。源在辐照位置时, 门打不开, 辐照室及迷道内则无照明。
③ 红外光电控制。人行和货运迷道口设有红外光电控制开关, 若源在辐照位置时有人误入, 控制系统使源自动迫降。
3.2.4室内无人控制:
① 紧急降源按钮。按装在辐照室内和迷道口, 防止有人被关后紧急降源并将防护门从里面打开。
② 钥匙挂牌。迷道入口处设有与升源电路联锁的钥匙挂牌。人员进入时每人取其一, 同时切断升源电路。工作完毕待全部钥匙插入复位后, 升源电路才自行接通。
③ 人员撤离按钮。防护门关闭前按该按钮, 警铃响且辐照室内灯光熄灭。此时迷道灯光仍然亮, 督促人员撤离。
3.2.5 观察系统与入室控制① 利用潜望镜和强制照明系统监视辐照室内的运行情况。
② 利用控制台上的试灯、试铃按钮, 检查灯光信号和报警装置是否正常。
③ 进入辐照室前须携带γ辐射仪。该仪器与防护门上的电磁锁联锁, 取下后方可开门进入。否则, 防护门不能开启。
4 小结几年来的运行实践表明:该辐照装置的剂量场物理设计准确可靠, 优化排源技术在理论与实践上已达国内领先水平。自行研制的描述辐射场分布的计算机软件系统, 揭示了整个辐照空间的三维剂量场分布规律, 为辐照加工产品的质量控制提供了严格的剂量依据。另外, 该装置屏蔽防护符合设计要求, 自行设计的安全联锁装置确实行之有效, 设计思想有独到之处, 系统安全可靠。辅之以严格的安全运行操作规程, 可确保辐照装置的正常运行。