随着核技术的发展, 大型辐照装置在工业、农业、科研、环境、医学等领域的应用不断扩大。根据国家核技术利用辐射安全监管系统统计数据, 截止2011年底, 我国共有辐照装置应用单位110多家, 分布在全国28个省、直辖市和自治区, 在用辐照装置125座, 其中静态装置65座, 动态装置60座, 共使用辐照用Ⅰ类放射源9 000余枚。随着辐照装置数量的增多, 大型辐照装置的外照射屏蔽防护评价的重要性日益增加。

评价的主要目的之一, 通过对建设项目屏蔽厚度涉及的审查与核实, 论证项目主体工程屏蔽厚度是否达到最优化, 放射工作人员受照剂量及公众受照剂量是否保持在可合理达到的尽量低的水平^[1]。笔者以某一辐照装置的屏蔽计算为例, 通过不同计算方法对其进行评价, 并对计算方法进行探讨研究。

1 辐照装置的基本情况

该⁶⁰Co静态辐照装置的设计装源活度为7. 4 × 10¹⁵ Bq(20万Ci), 辐照室为一圆形结构, 内径7. 0 m, 见辐照室平面图 1。主防护墙厚度为2.0 m, 密度为3. 4 g /cm³的重混凝土, 辐照室屋顶厚度为2.7m, 辐照室内净高度为4. 0 m。辐照中心的⁶⁰Co放射源采用国产源, 单根源棒尺寸为直径29 mm, 长120 mm。源架为花篮式结构, 设有12根圆形套管, 每个套管可装4根源棒。

2 主防护墙的防护计算与评价 2.1 辐照装置的评价依据

按照《γ辐照装置的辐射防护与安全规范》^[2](GB10252 - 2009)的要求, 通常对于2.85 × 10¹⁶ Bq(50万Ci)级以下的放射源, 考虑到源架的尺寸相对于辐照室的尺寸较小, 屏蔽计算时可以采用点源的计算模式。鉴于该静态辐照装置的设计装源活度为7. 4 × 10¹⁵ Bq(20万Ci), 因此采取点源计算的方法。其次, 按照《γ辐照装置设计建造和使用规范》^[3](GB 17568 - 2008)的相关要求, 规定辐射工作人员与该源相关的年剂量限值为5 mSv; 辐照室屏蔽体外0. 3 m处的剂量率不超过2.5 μSv /h。

2.2 辐照装置的几种计算方法 2.2.1 直接计算法与减弱倍数法

根据《辐射防护基础》^[4]中推荐的"直接计算法"与通过计算点源γ射线减弱倍数k值的"减弱倍数法计算", 分别对运行时辐照室防护墙外0. 3 m处的剂量率进行估算。其中, 累积因子计算的利用泰勒(Taylor)公式, 累积因子B为:

(1)

其中, A + A₂ = 1; R 为屏蔽层厚度(cm); 对于 γ 辐照装置而言, Co - 60发出的 γ 射线的平均能量为2.25 MeV, 通过内插法可以求得计算2.25 MeV的 γ 射线的累积因子B。

2.2.1.1 直接计算方法

辐照室屏蔽墙的穿透辐射

(2)

2.2.1.2 利用减弱倍数法

屏蔽体外探测点所在区域剂量约束值对应的剂量率为:

(3)

具体的计算过程、结果及参数详见表 2:

2.2.3 利用半减弱厚度计算

半减弱厚度, 就是将γ射线的照射率、剂量率或注量率等减弱一般所需要屏蔽层的厚度, 常用符号表示。令减弱倍数k = 2ⁿ, 得n = log K /log 2, 则屏蔽层厚度:

(4)

n为半减弱厚度的数目。通过查表得: 2.25 MeV的E_γ在重混凝土中的半减弱厚度为4. 5 cm, 则通过n个半减弱厚度后, 屏蔽体外的敏感点的剂量率详见表 3:

3 计算结果分析

三种估算方法的剂量率估算结果如表 4, 估算结果表明, 计算方法验证了采取2 m和3. 2 m的屏蔽墙(密度为3. 4 g /cm³的重混凝土), 均可以满足《γ辐照装置设计建造和使用规范》^[3] (GB 17568 - 2008)辐照室屏蔽体外0. 3 m处的剂量率不超过2.5 μSv /h的要求。直接计算法与减弱倍数法的计算结果很接近, 半减弱厚度计算方法结果偏大, 比较保守, 具体原因有待进一步讨论。

4 结果与讨论

有关三种方法:直接计算法、减弱倍数法以及半减弱厚度法都检验了主墙的屏蔽设计时满足辐射防护要求的。从计算的结果来看, 半减弱厚度的方法更保守, 对选择的防护墙厚度可以作为一个参考。那么, 对于辐照室选择防护墙厚度, 从利益-代价分析来看, 并不能认为越安全越好, 应遵循辐射辐射防护最优化设计的原则, 避免造成"防护过度"的现象。