中铁集装箱昆明物流中心为实现货物整车不开箱、不卸货、不分解的安全检查, 提高检测速度和效率, 实现货物安全检查的快速、准确、便捷、安全、可靠和无干扰。昆明物流中心在昆明(火车)南站引进清华同方威视股份技术有限公司PB2028-TL型铁路货物安全检查系统。该系统是专门针对铁路系统大型货物检查的实际需要而开发的一种新型检查设备, 它突破传统货物安全检查方式, 采用X射线辐射成像技术, 得到箱体内不同密度的物质的分布图像, 以此区分货物中是否搀杂有错报、违禁或危险品等, 达到货物安全检查的目的。该系统在结构上由(加速器)设备室、操作室、扫描检测设备及辐射防护设施等四大部份组成。产生的X射线能量达6MeV, 属Ⅱ类射线装置, 其辐射防护设计与辐射安全措施是该系统正常运行重要保障。
2 污染源分析 2.1 设备系统组成 2.1.1 电子直线加速器主要由加速管总成、微波总成、真空装置、恒温水冷装置、供气装置、调制器等部分组成。
2.1.2 探测器分系统包括阵列探测器、前端电路、探测器电源装置等几部分。
2.1.3 图像获取分系统主要由模数变换与缓冲控制模块、扫描数据获取模块、可编程振荡触发模块等部分组成。
2.1.4 扫描控制分系统主要是互连接口、安全联锁装置、电源控制模块、扫描控制站、扫描控制机柜、辐射剂量监测仪、闭路监测装置、内部对讲装置、声光报警装置等组成。
2.1.5 扫描装置分系统包括拖动小车、锚定装置、探测器臂架、准直器、校正装置等设备。
2.1.6 运行检查分系统控制整个系统运行、检查货物图像, 管理与系统运行及图像检查有关的所有数据和信息。
2.2 加速器主要参数PB2028-TL集装箱安检装置中电子直线加速器由同方威视股份公司生产, 主要的性能参数为:X射线能量:6MeV。X射线剂量率:0.16Gy/min(中心轴线上1m处)。X射线焦点:直径小于或等于2mm。泄漏剂量:小于X射线输出量的1×10-5。扫描速度:100mm/s~300mm/s(正常200mm/s)。最大通过率:15辆/h。空间分辨力:直径2mm金属丝。最大穿透力:280mm钢板。连续工作:允许24h连续工作。
2.3 工作原理电子直线加速器是产生高能电子束的装置。当高能电子束与靶物质相互作用时, 产生韧致辐射, 即X射线, 其最大能量为电子束的最大能量。加速器产生的高能X射线经准直器成形后, 变成一扇形束, 穿过被检测的物体, 同时射线也被物体吸收, 这样在被检测物体后面就形成了一个反应物体质量厚度变化的具有一定强弱分布的新的射线束; 探测器将射线束的强弱变化转换成探测器输出电流脉冲的强弱变化; 图像获取分系统将所采集到的模拟信号转换为数字信号, 数字信号经过预处理后, 传送到运行检查分系统组合成扫描图像。该系统6Me V驻波直线加速器和阵列笔形探测器, X射线穿透能力大(可穿透280mm钢板), 可有效分辨出100mm钢板后面直径2mm钨丝以及观察清楚100mm钢板后1mm铁片的反差。检查通过量大, 可满足现用的长达15m的铁路载货货车的通过。
2.4 工作流程货物安全扫描方式为固定式, 即检查系统的直线加速器和探测器固定不动, 拖车拖动被检集装箱通过准直射束进行扫描检测。安检工作主要流程如下: ①系统自检。②集装箱由货主车辆送至集装箱检查系统场区内待检停车场。③待检集装箱车辆驶入上坡台, 由录入设备采集该集装箱数据信息, 并发送到系统控制室内的计算机内。④上坡台前的放行杆抬起, 待检车辆前轮开上在入口端的牵引装置, 驾驶员下车离开待检车辆, 步行至出口等待扫描检查完成。⑤牵引装置将待检车辆载入扫描通道内。⑥电子加速器开始运行并产生X射线, 开始扫描。⑦形成并获取受检车辆的清晰图像, 通过分析图像形状与外形轮廓, 有效辨别、发现错报、违禁、危险品, 查明待运品名与货物是否一致。⑧电子直线加速器停止运行, X射线不再产生, 扫描室防护门打开, 牵引装置将车辆载出扫描通道。⑨扫描结束, 车辆停止(驾驶室已经在扫描通道以外), 扫描室出口端放行栏抬起, 驾驶员将车辆开出。
2.5 工作负荷PB2028-TL电子直线加速器系统的扫描速度为0.1~0.3m/s, 预计每年工作300d, 一天工作16h, 按每小时加速器最大出束时间0.67h计, 系统一年内的加速器高压出束时间为3216h, 每班1608h。
2.6 污染因子该电子直线加速器输出X射线的最大能量为6MeV, 正常运行情况下X射线1m处输出剂量率为9.6Gy/h。由加速器的工作原理可知, 电子枪产生的电子经过加速后, 受到金属靶阻止, 产生高能X射线, 以此对查验箱体进行辐照透视成像, 实现快速扫描。该X射线随机器的开关而产生或消失。加速器产生的最大X射线能量为6MeV, 可不考虑感生放射性和中子污染的问题。该项目采用准直窄束, 且横臂后面设计有铅屏蔽, 天空散射可忽略不计。项目主要污染因子是在加速器开机期间产生的X射线, 其次为少量臭氧。
3 辐射环境影响分析 3.1 安检装置布局和屏蔽设计该PB2028-TL安检装置设在集装箱物流中心西南侧, 安检装置从西南往东北依次是直线加速器机房、过度室、准直器室、扫描通道(扫描通道上为横探测器臂)、竖探测器室。投照方向东北方为货场, 人员极少, 且无高大建筑物。屏蔽设计主要采用铅钢结构的屏蔽墙, 墙用铅做防护, 墙外用钢铁加固。各部位规格及尺寸如下[1]:
3.1.1 加速器小室四周采用65mm铅墙; 大门采用65mm铅, 高度1900mm, 两扇对开, 两扇门之间有搭接, 墙和门两侧用20mm的钢加固。
3.1.2 准直器所在的过渡室屏蔽左右侧墙采用55mm铅墙; 前墙(连接准直器与左右侧墙)采用60mm钢墙。
3.1.3 扫描通道两侧屏蔽靠近加速器室两侧墙采用30mm厚钢板、宽度各2m长; 靠近竖探测器两侧墙采用30mm厚钢板、宽度各2m长。
3.1.4 通道总长度为18m, 除去有防护墙的部分, 通道两侧其余部分应该采用装饰墙或者围栏等围起来当做防护区的边界。
3.1.5 探测器臂竖探测器臂背后, 采用厚130mm, 宽150mm的铅屏蔽; 横探测器臂背后, 采用厚120mm, 宽150mm的铅屏蔽。
3.1.6 竖探测器臂四周屏蔽两侧墙, 采用45mm铅墙; 后墙主射墙副墙, 采用50mm铅墙; 后墙主射范围内, 采用厚为120mm、宽为160mm的铅墙。
3.2 防护管理分区为便于辐射防护管理, 将PB2028-TL安全检查系统工作场所划分为控制区、监督区和非限制区。控制区以检查通道出入口门为界, 包括加速器室、检查通道和探测器室的区域, 加速器出束时该区域不得有人员滞留, 该区域入口设有安全联锁装置、工作信号指示灯和醒目的“当心电离辐射”字样的警示标志, 任何人员不得进入; 监督区主要包括检查系统建筑物内与辐射源室、检查通道和探测器室直接相邻的区域, 无关人员不得进入该区域; 非限制区为检查系统防护墙外的区域, 该区域不限制人员活动, 但对无关人员长时期滞留于装置附近加以约束。
3.3 防护理论估算及类比距靶r(m)处的空气比释动能率
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式中:
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式中:
a为散射系数。di为第i种屏蔽体的厚度, cm; TVLi为第i种屏蔽体的十分之一值层厚度, cm。
散射射线的能量按下式计算[1]:
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式中:ES为散射线能量, MeV; Eλ为入射线能量, MeV; θ为散射线与入射线方向之间的夹角。
设计理论计算布点(图略), 在对第1~6点的计算时, 屏蔽物厚度的值均取未有集装箱车辆通过时的值。在计算散射线时, 本环评仅考虑一次散射的影响, 对于多次散射后的射线, 能量已经很低, 可不作考虑。计算时的屏蔽主要针对散射或漏射的射线, 计算结果是经数个散射体散射后对同一点影响的叠加。据《“同方威视”航空集装货物/车辆安全检查系统放射防护评价报告》[1]和《南宁“同方威视”PB2028-TL大型铁路货物安全检查系统辐射防护性能检验报告》[2], 各兴趣点的理论计算结果与类比测量结果见表 1。
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表 1 检查系统周围空气比释动能率计算与类比结果 |
由表 1, 检查系统场所周围空气比释动能率计算与类比结果相当, 满足检查系统建筑物外(检查厅墙外侧表面30cm处)空气比释动能率不大于2.5μGy·h-1的要求。加速器辐射源箱的泄漏辐射水平, 本报告选用北京市疾病预防控制中心《检测报告》[3]进行类比, 其加速器有用束中心轴上距靶1m处的辐射输出量为3350μGy·h-1, 小于5000μGy·h-1的限值; 距辐射源箱体外1m处的泄漏辐射剂量率在(1.3~25.6)μGy·h-1之间, 小于100μGy·h-1的限值, 泄漏率在(0.01~0.90)×10-5之间, 小于2×10-5的限值。由此判定, 本项目选用的清华同方威视股份技术有限公司PB2028-TL大型铁路车辆检查系统, 满足GBZ143-2002《集装箱检查系统放射卫生防护标准》。
3.4 宽束射线屏蔽直线加速器在出束后, 经过准直器(准直器缝宽5mm)准直后, 出束后最大的的射线束宽度15mm, 在横探测器臂后和竖探测器臂后用宽150mm的铅进行防护, 完全能防护宽15mm的X射线束, 不会出现X射线直接射出的情况。
3.5 剂量估算按联合国原子辐射效应科学委员会(UN-SCEAR)2000年报告附录A, X-γ射线产生的外照射人均年有效剂量用下列公式计算[4]:
HE-r=Dr×t×k×10-6
式中:HE-r:γ射线外照射人均年有效剂量, mSv; Dr:γ射线空气吸收剂量率, nGy/h; t:γ射线照射时间, h; k:剂量转换系数, Sv/Gy。
3.5.1 工作人员据表 1理论计算, 控制室内的空气比释动能率为1.08μGy/h(计算点2#), 安设计工作负荷, 加速器出束总时间为1608h, 则工作人员在控制室内的年受照有效剂量为1.74mSv。据表 1类比测量, 通道口的空气比释动能率为0.45μGy/h(类比点9#), 年受照总时间为1608h, 则工作人员在通道口的受照年有效剂量为0.72mSv。综上, 该检查系统(监督区)工作人员年有效受照剂量最大为1.74mSv, 低于职业照射个人受照剂量约束值5mSv/a, 满足GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》的要求。
3.5.2 公众成员在公众成员可能停留的外围区域(非限制区), 检查系统所致的空气比释动能率最大为0.93μGy/h(计算点3#), 假设某公众成员在该地点年停留时间为工作时间的1/8, 即201h, 则该公众成员在该点可能受到照射的年有效剂量为0.19mSv。由此, 公众成员所受照剂量低于个人受照剂量约束值0.25mSv/a, 满足GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》要求。
4 防护安全系统安检系统的辐射安全设计遵循故障安全原则, 设置冗余、多重的安全装置, 并注意采用多样性的部件, 以保证当某一部件或系统发生故障时, 检查系统均能建立起一种安全状态。PB2028-TL集装货物、车辆检查系统是一个由加速器产生X射线的复杂系统, 为了保护操作和维护人员的人身安全, 防止人员误入辐射区, 特别是一旦人员误入时能够立即关闭加速器系统的工作, 使人员免受照射。在该系统中采用了一系列安全联锁保障措施, 以有效地保证人员的安全。安全联锁的优先级最高, 为了防止系统中其他部分的故障会导致安全联锁系统不能正常工作, 与控制加速器有关的安全联锁完全采用硬件逻辑电路制成, 只有当相关数字逻辑的组合电路全部都正常时, 才允许加速器出束。安全联锁系统包括急停按钮、钥匙联锁、门开关联锁、警示报警装置, 以及监视、通讯设备等。
4.1 联锁装置检查系统设置以下的安全联锁。
4.1.1 主控制台钥匙开关联锁在其他设备具备允许出束条件时, 只有钥匙插入并处于“工作”位置时, 加速器才允许出束。
4.1.2 门微动开关联锁加速器的门上装有微动开关联锁装置。只有当加速器门关闭时, 加速器才能就绪; 门打开时, 加速器断束并不能启动出束。
4.1.3 钥匙联锁系统控制操作台上的加速器安全钥匙、所有急停按钮恢复钥匙和一台剂量报警仪联锁在一起, 任何时候都不得解开。任何一道安全联锁打开, 检查系统立即中断工作, 并只有通过就地复位才能重新启动。
4.1.4 联锁失灵在联锁失灵时, 禁止检查系统运行或中断检查系统的运行, 并在控制台上显示。
4.2 警示装置 4.2.1 标志牌在检查通道的南北出入口及装置东西两侧分别设有电离辐射标志牌。
4.2.2 警示灯在检查通道出入口上方及加速器室内分别设两组“红、黄、绿”三色灯光报警器, 并附文字提示。当加速器未出束时, 绿灯亮指示安全; 当加速器准备就绪时, 黄灯亮提示准备出束; 当加高压出束时, 红灯亮提示正在出束。
4.2.3 红外报警在检查通道出入口分别设红外报警装置。有人员进入时, 红外报警装置会发出声音警告, 提醒误入人员退出, 同时启动控制舱内声音报警装置, 提醒系统操作人员有人进入。
4.2.4 扬声提示在检查通道出入口布置两组扬声器, 系统操作员准备出束前, 进行广播, 指挥人员撤离辐射控制区。
4.2.5 内置警示音在检查通道中间设置蜂鸣器, 加速器出束时, 发出声音示警。
4.3 监视和通讯装置① 在检查通道的出、入口分别设摄像装置, 操作人员通过摄像机可以巡视检查通道整个区域。②主控制室的计算机屏幕能显示安全联锁的工作状态, 表示出鲜明的紧急警告信号并能及时显示故障内容。③检查通道、辐射源室、控制室和现场工作人员之间均配备合适的通讯装置。
4.4 紧急求助装置① 检查系统设有标记清楚并易触摸的应急求助装置, 可在紧急状态下立即中断辐射照射。②整个系统共装有9个急停按钮开关, 其中操作台、电气控制柜、操作盒、调制器、X射线机头上各安装一个, 扫描通道两端各安装两个。当出现紧急情况后, 按下急停开关时, 切断加速器的供电总电源, 使加速器停止出束。
4.5 其他安全措施① 加速器室配备良好的通风设备。②检查系统现场配备适当的应急防护设备。③检查系统配备完善的防火设施。
5 事故预防和应急措施 5.1 事故分析该加速器在意外情况下, 可能出现的辐射事故有。
⑴被检查车辆的驾驶员、工作人员或其他人员在加速器防护门关闭前尚未撤离扫描通道, 加速器的运行可能造成误照射。
⑵安全联锁装置或报警系统发生故障的情况下, 有人误入正在运行的加速器扫描通道。
⑶在加速器运行过程中, 可能出现有人员进入扫描通道或被检测箱内有人, 虽有红外线报警, 但因故工作人员未注意, 造成超剂量的照射。
⑷在维修加速器的时候, 加速器误出束, 造成维修人员的误照射。
5.2 事故预防措施⑴操作人员必须经过专业知识培训考核合格取得上岗证方可上岗。
⑵操作人员应严格按货物安全检查系统操作规程进行操作, 不得擅自改变操作程序。
⑶工作时必须要有剂量仪监控, 不允许在没有剂量仪监控的情况下进行操作, 以免超剂量事故的发生。
⑷工作时有明显警示标志, 防止人员误入造成事故。
⑸定期对工作场所周围进行剂量检测, 对工作人员进行定期的体检, 建立健康档案。
⑹如发生违反操作或其他原因造成事故, 应立刻启动辐射事故应急救援预案。
⑺操作人员每次运行机器前, 要检查安全联锁系统运行是否正常。如发现异常, 应查明原因, 予以排除, 确定安全联锁系统运行状况正常后, 才能开机运行。
⑻开机前应仔细检查控制区内有无人员, 若有人在控制区内, 应及时清场, 确定控制区内无人的情况下才能开机。
⑼操作人员应随时通过摄像装置监视扫描通道的进出口, 以防有人员误入。
⑽在进行机器维修时, 应有两名有维修资格的人员操作, 拨下控制台、手控盒钥匙, 并在控制台设立维修标牌。
⑾维修人员应持有个人剂量报警仪。
5.3 事故应急措施出现的事故大都为责任事故, 单位领导必须对防护管理工作加以重视, 加强对放射工作人员放射防护安全知识教育, 建立健全防护管理制度, 严格执行操作规程, 避免事故的发生。一旦发生事故, 必须立即按下紧急停机按钮, 并立即对误照射人员进行血液等有关检查, 密切观察其临床体征, 将事故经过报告主管部门和环保部门。同时估算误照剂量, 若出现超剂量照射, 还应报告卫生部门, 对受照人员进行医学救治。随后, 查找事故原因, 分清事故责任。如属于技术事故, 需立即落实设施或装置的维护计划, 请生产厂家派专业技术人员来维修, 并做好维修记录长期保存, 在未消除事故隐患之前不得开机。
6 环境管理 6.1 管理机构成立以中心领导牵头的辐射环境安全管理机构, 负责解决实践中出现的各种辐射安全与辐射防护问题, 确保安检系统的正常运行。在加速器机房的工作人员中应设立专职辐射防护监督员, 负责对安检系统的常规检查和控制机房的辐射防护与安全工作, 开展业务培训, 组织应急演练, 接受上级主管部门和环保部门的检查。从事放射工作的人员须按国家有关规定, 参加行政主管部门举办的培训与考核, 所有的工作人员都应持证上岗。中心需在取得由环保部门颁发的《辐射安全许可证》之后, 方可开展集装箱安全检查工作。
6.2 管理规章集装箱安全检查是一项特殊工作, 需要各岗位工作严谨务实, 相互协调, 中心应不断完善各项辐射环境安全管理规章制度, 明确各岗位职责, 主要规章如下:①对PB2028-TL大型铁路货物安全检查系统的检查制度。②检查系统放射防护安全操作规程, 包括开机前的准备, 设备运行程序的设定, 停机和故障排除及设备的定期维护保养、调试、维修及建档。③安全检查操作人员的健康管理办法, 主要包括放射人员证的管理, 个人剂量管理, 健康管理。④安检仪放射性事故管理和应急处置办法。⑤安检仪辐射防护管理组织与职责, 防护管理组织的组成及加速器操作人员、维修师、检录员(引导员)等岗位职责。⑥安检仪意外事故应急处理预案, 包括事故的报告, 事故区域的封闭, 事故的调查和处理, 及当事人员的受照剂量估算和医学处理等。
6.3 安全检查为了避免意外事故的发生, 要求辐射防护监督员在每次对集装箱进行检查扫描前, 严格按操作规程检查安全联锁、监视与报警装置, 确认其处于正常状态。工作人员必须按校验单逐项进行检查, 确认加速器正常工作。检查主要包括: ①在固定几何条件下用电离室或射束检测器按预定时间照射后, 检查其剂量率, 读数是否在规定值的范围之内。②检查加速器的剂量监测器达到预置值后是否停机。③检查防护门打开时, 其联锁是否能切断机器, 在扫描期间防护门打开能否停止照射。④检查应急“关闭开关”。⑤检查工作指示声、光装置等。⑥检查传送装置、加速器读数装置及其他辅助装置。
6.4 监测计划根据国家环保总局令第31号《放射性同位素与射线装置安全许可管理办法》及相关管理要求, 加速器机房应配备X-γ辐射监测仪和个人剂量测量报警仪及相关防护用品等。对辐射检测仪器辐射剂量测量的射线方向性、辐射能量响应、剂量测试范围和抗干扰能力等性能应适用于探测和测量原始射线、散射线和泄漏辐射, 辐射检测仪器应经检定或校准, 并在其有效时间内使用。中心应定期或不定期对加速器机房内及机房周围环境进行检测; 同时接受环境保护部门的监督(监测)检查。检测数据编入《放射性同位素与射线装置安全和防护状况年度评估报告》, 上报当地环境保护行政主管部门。
6.4.1 工作场所监测每月对工作场所及周围X射线照射剂量率进行检测, 重点检测加速器周围、计算机控制室内等场所, 并做好记录。检测设备按国家有关规定检定。
6.4.2 个人剂量监测工作人员佩带TLD个人剂量计。每季度对接触射线装置的工作人员进行剂量检测, 按GB5294-1985《放射工作人员个人剂量监测方法》要求建立个人剂量档案。
7 结论(1) 新建昆明铁路集装箱结点站, 符合国家的产业政策, 项目的拟建场地在昆明市呈贡县南昆铁路新建车站-昆明南站, 符合城市总体规划布局的要求。
(2) 昆明南集装箱货场引进清华同方威视股份技术有限公司PB2028-TL大型铁路货物安全检查系统, 目的是为提高集装箱运输安全检查手段的科技水平, 实现安全监控技术和管理水平的快速提升, 确保集装箱货场运输安全。项目建设与周边环境具较好的相容性, 且具有良好的社会效益和经济效益, 项目的建设符合实践正当性的原则。
(3) 昆铁物流中心拟建加速器场址周围的环境空气比释动能率在(4.8~11.1)×10-8Gy/h之间, 辐射环境质量现状良好。
(4) 项目选择的清华同方威视股份技术有限公司PB2028-TL大型铁路货物安全检查系统, 在安检系统布局和屏蔽设计上, 达到产品预期目标, 满足GBZ143-2002《集装箱检查系统放射卫生防护标准》。
(5) 在检查系统的运行过程中, 加速器检查场所区域边缘的辐射剂量率小于100μGy·h-1, 所致工作人员的附加年有效剂量最大值为1.74mSv, 公众成员所受的年有效剂量最大值为0.19mSv, 均低于对该项目的管理剂量限值(工作人员5mSv/a, 公众成员0.25mSv/a), 符合GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》要求。
(6) 中心成立了辐射环境安全管理机构, 制定与项目相关的管理制度、操作规程、应急处理措施, 重视技术人员培养和安全文化培育, 确保装置安全运行。
(7) PB2028-TL安检系统的建设正当, 对从辐射环境与安全的角度是可行的。
| [1] |
清华同方威视技术股份有限公司."同方威视"航空集装货物/车辆安全检查系统放射防护评价报告[Z].2003, 3.
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| [2] |
清华同方威视技术股份有限公司.南宁"同方威视"PB2028-TL大型铁路货物安全检查系统辐射防护性能检验报告(编号: NTRPD/RE-06047J)[Z].2007, 3.
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| [3] |
北京市疾病预防控制中心.检测报告(编号: 2006FSJ0103)[Z].2006, 12.
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