近年来, 随着经济的快速发展。工业探伤技术已成为无损检测的重要方法之一, 高温高压管线、压力容器焊缝接头的无损检测工作大幅增加, 移动探伤作业也随之越来越多。

移动探伤一般无固定的作业场所、无固定的探伤工件和屏蔽防护设施, 这就给探伤作业人员自身的放射防护问题造成较大的安全隐患。做好移动探伤的电离辐射的放射防护就显得尤为重要。《工业X射线探伤放射卫生防护标准》 (GBZ 117-2006)^[1]要求在移动探伤作业时划分控制区和监督区, 并在控制区边界悬挂清晰可见的"禁止进入X射线区"警告牌, 在监督区边界悬挂"无关人员禁止入内"警告牌, 必要时专人警戒。有文献也提出控制区及监督区边界的参考值^[2], 但实际上控制区及监督区边界大小与X射线机的曝光参数(管电压、管电流)、探伤工件厚度、射线穿透方式(透射或漏射)、现场探伤条件等多种因素有关, 以上任一条件发生变化都可能影响控制区及监督区的边界划分, 因此只给出一个控制区及监督区的边界大小, 适用所有的移动探伤工况是不现实的。本文通过计算给出X射线机在不同条件下的参考防护距离, 便于工作人员快速确定控制区及监督区。

1 控制区及监督区划分

依据《工业X射线探伤放射卫生防护标准》, 在移动探伤作业中, 把空气比释动能率高于15 μGy/h的区域划定为控制区; 除控制区外, 把空气比释动能率高于1.5 μGy/h的区域划定为监督区。

图 1给出了在不同探伤工况下, 形成的三种不同辐射分区类型, 各种放射工作场所分区的说明如下:①K1, J1:有用线束方向, 没有任何屏蔽衰减形成的控制区及监督区边界; ②K2, J2:有用线束方向, 经探伤工件屏蔽后形成的控制区及监督区边界; ③K3, J3:漏射线方向, 漏射线所形成的控制区及监督区边界。

图 1中给出了控制区、监督区的边界示意, 一般而言:对控制区K1 > K2, 对监督区J1 > J2。

下面分别给出不同辐射情形下, 计算满足空气比释动能率15 μGy/h、1.5 μGy/h。

2 主出束方向无屏蔽时的辐射分区

选取常用的最大管电压分别为300 kV、250 kV、200 kV的X射线探伤机, 分别计算其控制区、监督区的边界距X射线机焦点的距离。

计算辐射分区边界距离或空气比释动能率的计算公式如下:

(1[3])

式中:

-空气比释动能率, mGy·min; I-管电流, mA; δ_x-X射线机的发射率常数; r-计算点到X射线管焦点的距离, m。

表 1给出了在主出束方向, 无屏蔽时控制区及监督区边界距X射线机焦点的距离。从表 1可以看出:当管电压为200 kV时, 控制区及监督区的边界距离分别为257 m、812 m, 当有公众人员活动的移动探伤现场, 设置如此远的控制区及监督区边界的可能性是比较小的, 因此必须采取有效措施, 避免X射线源未经屏蔽射出对人员产生辐射影响。

3 主出束方向有工件屏蔽时的辐射分区

在主出束方向有探伤工件屏蔽的辐射分区大小与管电压和探伤工件厚度有很大的关系, 如下的曝光曲线图能够说明这一点。从曝光曲线中还可以看出, 当管电流设置为5 mA时, 200 kV、250 kV、300 kV管电压的探伤工件厚度的范围分别为16~30 mm、22~ 40 mm、32~50 mm。

计算屏蔽时空气比释动能率的公式如下:

(2)

式中: -屏蔽后空气比释动能率, mGy·min; x -探伤工件材料厚度, mm; T-该材料的半值层厚度, mm; 其他参数的意义参见公式(1)。

表 2分别给出了使用典型管电压(200 kV、250 kV、300 kV), 进行探伤时, 经过探伤工件屏蔽后的控制区及监督区边界距X射线机焦点的距离。

上表中的探伤工件厚度选取了可探伤工件厚度的最小值, 从表中可以看出, 当管电压设置为200 kV、探伤16 mm的钢板时, 透过钢板后的剂量率水平低于1.5 μGy/h; 当管电压设置为250 kV、探伤22 mm的钢板时, 控制区及监督区的边界距离约为1 m、2 m; 当管电压设置为300 kV、探伤32 mm的钢板时, 控制区及监督区的边界距离约为5 m、15 m; 上述的控制区及监督区的边界距离比"主出束方向无屏蔽时辐射分区"距离小得多。

4 非出束方向的辐射分区

非出束方向辐射分区的计算公式与公式一形式相同, 只是X射线的射线源强发生变化, 依据《工业X射线探伤放射卫生防护标准》 (GBZ 117-2006) 表 3.1, 200 kV以上的X射线机的1 m处的漏射线的空气比释动能率小于5 mGy/h, 因此保守假设非出束方向1 m处空气比释动能率为5 mGy/h。

计算辐射分区边界距离或空气比释动能率的计算公式如下:

(3)

式中: -漏射线空气比释动能率, μGy/h; δ_x -漏射线1 m处空气比释动能率, 5 mGy/h; r-计算点到X射线管焦点的距离, m。

表 3给出了在漏射线方向(非主出束方向), 控制区及监督区边界距X射线机焦点的距离。从表 3可知:在漏射线方向无屏蔽时, 控制区、监督区的边界距离分别为18 m、58 m; 而当加上10 mm的钢屏蔽层, 使用200 kV、250 kV、300 kV的射线机时, 控制区的边界距离相应地降至0 m、1 m、4 m, 监督区的边界距离相应地降至0 m、4 m、14 m, 因此在非主束方向使用屏蔽材料, 可大大降低边界距离。

5 现场作业的放射防护措施

上述不同工况辐射分区的计算结果是在做一定假设后计算得到的, 由于现场条件千差万别, 实际的辐射防护距离会与上述计算值有出入, 参考值的给出, 可以防止人员在已开机但未划定控制区边界时进入控制区造成不必要的照射, 在实际作业时, 需要通过现场实测的方法最终确定边界。

当探伤现场划分较大的控制区及监督区边界不现实时, 通过下述方法, 使探伤作业时对职业人员及公众的影响降至可合理达到尽可能低的水平。①使用限束板, 在满足胶片曝光要求的前提下, 使出束角最小; 选择合理出束方向, 例如:应选择无人方向(例如:向下或向上)进行出束, 避免在有人方向(例如:四周)出束; ②合理利用探伤机延时曝光功能, 使工作人员有充分时间到达控制区边界; ③选择合理工作时间, 例如:在下班后或夜间等人员稀少的时间从事探伤工作, 避开人流密集的时间; ④采取屏蔽措施, 例如利用现场建构筑物进行屏蔽防护, 不具备条件时搭设钢板及铅板等屏蔽板材; ⑤当待检管径较小时, 用铅条屏蔽未经遮挡的直射线束, 吸收多余的射线; ⑥工作人员避免在X射线机出束方向范围内停留, 并尽量使用较长的控制线缆。