工业辐照装置安全与防护.ppt

1、1/,工业辐照电子加速器的安全与防护,2/,工业辐照的定义,工业辐照，又称辐射加工，是指利用电离辐射与物质相互作用产生的物理效应、化学效应和生物效应，对物质和材料进行加工处理的一种核技术。辐射加工通常包括辐射加工和电子加速器辐射加工。,3/,工业辐照所用的辐射源,辐射源是指可以通过发射电离辐射或释放放射性物质而引起辐射的一切物质或实体。常见的辐射源有：放射性核素，加速器辐射源，核反应堆等。工业辐照的辐射源可以分为两大类：（1）辐射源，包括钴60和铯137等。（2）加速器辐射源，包括电子束和X射线。,4/,工业辐照电子加速器概述,加速器装置是产生、加速、引出和应用带电粒子束的机器。应用加速器装置

2、种类繁多，但我们在这里仅讲述工业辐照电子加速器，不包括医用、工业无损检测及其他应用的加速器，也不包括加速器其他带电粒子束流的加速器。目前，工业辐照加速器装置主要有高压型辐照电子加速器和谐振型辐照电子加速器两种。,5/,工业电子加速器与辐射源区别,优点：与60Co相比，功率大，一般为几kW到几百kW；产生的剂量率要比60Co高出3到4个数量级；方向集中，能量利用率高；生产效率高，适合大规模的辐照工业加工；辐射防护比较容易，开机有辐射，关机无；电子能量低于10MeV，不产生感生放射性。缺点： - 电子束的穿透能力低，限制了其一定的应用。,6/,工业辐照电子加速器的组成,1.电子枪:是产生电子束的源

3、头。2.加速管：是使电子束在此被一系列的直流或脉冲电场加速。3.高压系统：是提供高压功率源，是加速器最复杂、最贵重部件。4.电子束流引出装置：功能是将电子束流引出加速器，用于辐照。5.真空系统:为避免电子与气体分子发生严重散射，引起束流和能量大量流失，甚至导致加速器不能正常工作，故加速器正常工作要保持一定真空度。,7/,工业辐照电子加速器的组成续,6.束下装置：加工的产品必须由一套自动化的流水作业设备来完成，这套系统通称为束下装置。7.冷却系统：主要是使用水或气冷却。8.绝缘气体介质：主要是将高压发生器置于充满压缩气体的钢桶内。9.控制系统10.联锁系统,8/,工业辐照电子加速器的分类按加速电

4、场的形式分类,依据辐射加工用电子加速器通用规范分为：1.直流高压型加速器：是利用直流高压电场加速带电粒子。 此类加速器特点是可以任意加速一种带电粒子且能量易于平滑调节；缺点是加速器的加速电压直接受介质击穿的限制，对工业应用加速器，其电压10MV;对于从事核反应静电加速器一般不超过3050MV，故此类加速器的能量不高。2.（高频）脉冲型加速器：常用的有高频谐振腔型加速器、电子直线加速器等。,9/,工业辐照电子加速器的分类按加速器的屏蔽和出入口控制分类,依据国际原子能机构安全丛书No.107 中，根据电子束辐照装置的屏蔽和出入口控制，将辐照装置分为两类：第 I 类：具有一种联动装置的整体屏蔽单元，

5、由于屏蔽体的结构设计，使得人的身体不可能进入加速器和正在进行辐照的空间。第 II 类：辐照在屏蔽室内进行，屏蔽室通过入口控制系统保证人员不能进入正在辐照的辐照室。,10/,电子束设施（第类）,11/,电子束设施（第类）,12/,电子束辐射源,13/,电子加速器的屏蔽防护,1.在使用高能电子时，电子本身在物质中有其限定的射程，这个射程是电子初始能量和吸收物质密度二者的函数。电子与其轰击物质相互作用结果产生X射线，与X射线相比，电子的最大射程较小。因此，在计算电子加速器的屏蔽要求时，只考虑产生的X射线。2.当电子加速器的能量达到300keV以上，并且用铅或者贫铀等重元素自屏蔽时，特征X射线也应该考

6、虑其防护。3.在大多数情况下，韧致辐射在电子加速器的防护中更为重要。4.在屏蔽计算中应假定其全部电子被可能受电子束轰击的重元素所吸收。,14/,电子加速器的屏蔽防护续,5.电子加速器防护时，还应考虑其本身的结构材料以及可能受到辐照的产品的成分。6.必须针对其所能提供的最高能量和最大电流进行屏蔽计算。还应对杂散X射线给予注意，而当加速器以高电压水平运行并且其加速管位于辐照室外时尤其值得注意。（注：产生杂散射线的来源：反散射电子具有足够高的能量返回到加速管中；在对电子加速器进行调试或在真空度相对较差条件下运行时，加速管中出现产生X射线的暗电流。）,15/,电子加速器的屏蔽室的防护,一.加速器辐照室

7、的结构除了一些低能加速器采用子屏蔽装置以外（一般能量小于1MeV），大部分工业辐照用加速器都需要建设专门用的辐照室。,16/,17/,（一）双层结构,辐照室外墙为屏蔽墙，内部分上下两层，上层安装加速器主体部分，下层安装束流引出装置和束下系统。双层结构的优点： 维护和操作方便 可以按上下层不同的辐射剂量分别设计防护墙 辐照室中产生的臭氧、氮氧化物和其他有害气体，被限制在较小的空间里，便于集中的排放和监控。,18/,（一）双层结构,典型的电子加速器辐照车间立面图,19/,双层结构辐照室应用范围,双层结构主要用在电线、电缆、热缩管线等连续生产的大型加速器（主要指个体较大、功率较大）中。,20/,（二

8、）平面布置,卧式安装的加速器、加工液体的加速器、或者加速器作为一个大的生产流水线的组成部分，还有一些小功率的加速器，多采用单层辐照室，其建筑结构简单，价格低廉。,21/,（三）自屏蔽加速器,小功率低能加速器，也可采用自屏蔽设计。屏蔽壳采用铅或复合材料。自屏蔽加速器的屏蔽，应该包括束下系统，因为自屏蔽加速器要求可以安装在普通的车间厂房内，周边有人员活动，所以自屏蔽的效果是：在不增加附加防护的情况下，周围人群剂量限值符合国家标准。自屏蔽加速器大多用在辐射硫化、邮件杀毒、液体灭菌等。,22/,二.辐照室的屏蔽设计,辐照加速器电子出射范围小，易屏蔽，但在电子打到相应靶后，产生很强的韧致辐射。韧致辐射的

9、最大能量为最大可能的电子能量，一般的辐照用加速器，只要能量不高于10MeV，不会产生光核反应和感生放射性。因此。韧致辐射（X射线）成为加速器的主要辐射防护对象。,23/,（一）辐照室的屏蔽设计依据,1.了解加速器的最大能量、束流和功率以及辐射加工对象。2.束流下的各种材料，一般选用Z值高为准，如铅，作为韧致靶考虑。3.辐照室屏蔽墙外表面的剂量限值需要满足辐照装置设计建造和使用规范辐照装置的辐射防护与安全标准。,24/,（二）辐照室的屏蔽设计计算,1.加速器X射线的发射率常数 a。一般而言，当电子能量低于1MeV时，最大发射率方向倾向于与电子束入射方向垂直；随着电子能量的提高，最大发射率方向越偏

10、向于入射电子束的方向；2.加速器X射线的剂量计算加速器X射线在离靶r（m）处产生的吸收剂量率式中，I表示电子束流强度，mA。 a表示X射线发射率常数。,25/,该图给出了电子能量在 0.1100MeV时，沿0和 90方向出射的X射线的 发射率常数a。,26/,（二）辐照室的屏蔽设计计算,3.X射线的天空反散射计算 天空反散射原理与钴源辐照站类似，单位注量光子在距源X米远处的有效剂量率按下式估算：式中，Dx表示注量光子在距源X米处的P点的天空反散射的有效剂量率，Svh-1；D0表示距源1米处单位注量光子有效剂量率，Svh-1；表示源与屋顶之间所张的立体角；x表示评价点P距源的水平距离，m。,27

11、/,（三）辐照室的屏蔽中某些特殊问题,1.孔道：为了防止辐射泄露，加速器的通风管道、水管、电缆管道、辐照材料的传输管道等应取“S”形或“U”形，在地沟的入口或出口应有一定厚度的屏蔽盖板。为了搬运大型设备，有时需要在屏蔽墙上留出足够大的孔洞，这些孔洞的位置也要尽可能避开束流方向或辐射发射率峰值方向。填塞孔洞时，混凝土块之间的垂直缝隙最好都用灰浆填充。,28/,（三）辐照室的屏蔽中某些特殊问题,2.迷宫：迷宫的设计与建筑物的布局有关，但迷宫口位置应尽可能避开来自靶上的直接辐射，或应避开辐射发射率峰值的方向，并且在满足使用的条件下，迷宫的截面应尽可能小一些，有时为了节省建筑费用或空间，或为了补偿由于

12、通道造成的屏蔽墙总体减弱效果的降低，在迷宫口设置附加屏蔽。,29/,（三）辐照室的屏蔽中某些特殊问题,3.防护门：防护门的厚度应和相邻的屏蔽墙具有同等的屏蔽效果。门和墙之间应有足够的搭接，以减小散射辐射的泄漏，通常门的两侧和顶部，门和墙的搭接至少为缝隙的10倍。为了减小通过门底部的辐射反射，应采用其他密闭缝隙的方法，常用的防护门有水门、混凝土门、铁门，或铁板与铅板组合门。,30/,（三）辐照室的屏蔽中某些特殊问题,4.加速器内臭氧的产生和排放，60Co 辐照装置相关内容已经详细介绍。,31/,工业辐照用电子加速器的安全运行,1.辐射安全机构的职责：制定安全辐射实施细则并监督执行；对运行人员和实

13、验人员进行有关辐射安全方面的教育和训练；向本单位主管部门定期报告监测结果，并提出辐射安全评价和改进意见；参与辐射安全事故的调查与处理；由于辐射安全方面的原因，辐射安全人员有权提出停止加速器运行。,32/,2.环境保护和三废治理（有靶加速器）凡有加速器的单位，应做好环境保护工作，力求减小放射性“三废”的产生量，并尽可能少的向环境排放其他有害物质；凡有加速器的单位，要根据放射性“三废”的产生情况，建立相应的放射性废水、废物的贮存场所和处理设施；反射性废物要按照其半衰期长短及可否焚烧进行分类处理。焚烧放射性废物时要有专门焚烧炉；,33/,必须严格控制加速器设施内放射性废水（主要指活化的冷却水）的排放

14、。排放前，必须采取放置衰变措施和净化过滤措施，并须进行辐射监测；使用含氟量高的氟靶或产生气载放射水平较高的加速器，前级泵的排出口或通风系统应采取净化过滤措施；加速器设施对环境的危害情况，每年应做一次调查或评价，特殊情况下要及时开展环境监测和评价。,34/,加速器必须安装的装置或设施,1.辐照室入口门上电离辐射标志和辐照室工作状态指示灯；2.控制台上的钥匙与便携式辐射监测仪串在一起；3.辐射监测仪与防护门联锁；4.防护门与控制台总电源或装置高压联锁；5.辐照室入口门与控制台总电源或装置高压联锁；6.迷道内光电显示与控制台总电源或装置高压联锁。,35/,工业用电子加速器安全控制系统,1).加速器自

15、动操作控制。操作加速器必须按先后次序操作，若发生误操作，联锁保护系统就立即起作用。2).在加速器运行中连续诊断、测试和随时调整加速管内的真空度、加速器高压、引出窗膜温度等加速器运行参数，自动控制在设定值。3).稳定地自动控制和调节电子束流、电子能量、束流斑点尺寸、扫描在窗膜上的位置等加速器性能参数。4).加速器的运行状态与束下装置的运行状态自动同步。5).对加速器运行状态远程诊断和巡检。,36/,工业用电子加速器安全联锁系统,电子加速器的安全联锁系统基本类似辐照装置：加速器和靶厅的门必须装安全联锁装置，只有门关闭后才能产生辐射。产生辐射的控制系统应该用开关钥匙控制。在加速器厅、靶厅内工作人员易

16、达到的地点，应设置紧急停机或断束开关。这种开关应有醒目的标志。在通经辐射区的通路上，出入口和控制台上须安装工作状态指示灯，而在加速器厅和靶厅内醒目的地方装闪光式或旋转式红色警告灯及音响装置。在辐射区应安装遥控辐射监测系统，当辐射超过预定的水平时，该系统可发出音响或（和）灯光信号。加速器必须配备适当的辐射监测装置，如便携式监测仪，气体监测仪，个人剂量计。,37/,工业用辐照加速器的防护监测,1.个人剂量监测2.区域监测，包括 开机时所有居留区或屏蔽外的辐射水平； 开机时产生的气载放射性水平； 天空反散射水平； 感生放射性水平3.表面污染监测（可转换X射线的加速器）4.液态流出物的监测,38/,谢谢！,