1、江苏中科重工股份有限公司新建固定式探伤项目辐射影响计算专题报告二一六年七月江苏中科重工股份有限公司新建固定式探伤项目项目辐射影响计算专题报告11 项目概况江苏中科重工股份有限公司为了检查产品的焊接质量，在一厂区新建 1 座固定式探伤室和 2 套 X 射线实时成像系统，在二厂区新建 1 座固定式探伤室和 1 套 X 射线实时成像系统，利用加速器探伤设机、 射线探伤机、 X 射线探伤机以及实时成像系统分别对所生产的设备进行无损检测。2 探伤室及实时成像设备设备配置和设备参数探伤室及实时成像设备 位置 加速器配置及参数 射线探伤机配置及参数 X 射线机配置一厂区探伤室 一厂区车 间西侧电子能量4Me
2、V，电流0.6mA60Co 探伤机 1 台，100Ci-60Co 密封源 1枚192Ir 探伤机 1 台，100Ci-192Ir 密封源 1枚3505 型定向/周向各 2 台3005 型定向/周向各 2 台2505 型定向/周向各 2 台二厂区探伤室 二厂区 B车间北侧 / /3505 型定向/周向各 2 台3005 型定向/周向各 2 台2505 型定向/周向各 2 台二厂区实时成像系统二厂区车间中部 / /内置 160kV 射线发生器 1枚管电压 160kV，管电流3mA（小焦点） 、8mA（大焦点）一厂区实时成像系统 1一厂区车间北侧 / /内置 320kV 射线发生器 1枚管电压 32
3、0kV，管电流2.5mA（小焦点） 、5.6mA（大焦点）江苏中科重工股份有限公司新建固定式探伤项目项目辐射影响计算专题报告2一厂区实时成像系统 2一厂区车间东侧 / /内置 320kV 射线发生器 1枚管电压 320kV，管电流2.5mA（小焦点） 、5.6mA（大焦点）3 放射性源项分析探伤设备放射性源强探伤设备 放射性源项4MeV 加速器 主射线方向 1m 处 X 射线剂量率为 3108Gy/h，其他方向 3105Gy/h 射线探伤100Ci- 60Co：1m 处 射线剂量率为1.295106Gy/h；100Ci- 192Ir：1m 处 射线剂量率为 4.81105Gy/h350kVX
4、射线探伤设备 350kV 管电压工况下主射线方向 X 射线输出量，插值法取 350kV 时，3mm 铜过滤条件下距靶 1m处的输出量 17.4 mGym2/mAmin距靶点 1m 处 X 射线管组装体的泄漏辐射剂量率，X 射线管电压200kV 时取 5.0103Sv/h300kVX 射线探伤设备 300kV 管电压工况下主射线方向 X 射线输出量取 3mm 铝过滤板：距靶 1m 处的辐照率为20.9mGym2/mAmin距靶点 1m 处 X 射线管组装体的泄漏辐射剂量率，X 射线管电压200kV 时取 5.0103Sv/h250kVX 射线探伤设备 250kV 管电压工况下主射线方向 X 射线
5、输出量取 0.5mm 铜过滤板：距靶 1m 处的辐照率为16.5mGym2/mAmin距靶点 1m 处 X 射线管组装体的泄漏辐射剂量率，X 射线管电压200kV 时取 5.0103Sv/h160kV 实时成像系统 160kV 管电压工况下主射线方向 X 射线输出量，保守取 200kV 时在 2mm 铝过滤下的输出量：距靶 1m 处的辐照率为 28.7 mGym2/mAmin距靶点 1m 处 X 射线管组装体的泄漏辐射剂量率，在 X 射线管电压 150kV200 时，取2.5103Sv/h江苏中科重工股份有限公司新建固定式探伤项目项目辐射影响计算专题报告3320kV 实时成像系统 320kV
6、管电压工况下主射线方向 X 射线输出量，插值法取 320kV 时，3mm 铜过滤条件下距靶 1m处的输出量 13.74 mGym2/mAmin；距靶点 1m处 X 射线管组装体的泄漏辐射剂量率，X 射线管电压200kV 时取 5.0103Sv/h4 探伤室/实时成像系统设计参数表 1 屏蔽设计探伤室 屏蔽结构 设计屏蔽材料及厚度东侧屏蔽墙 140cm 混凝土南侧屏蔽墙 140cm 混凝土西侧屏蔽墙 140cm 混凝土北侧屏蔽墙（主射线方向） 200cm 混凝土防护大门 140cm 混凝土防护小门 10mm 铅迷道墙U 型迷道，迷道内墙：120cm 混凝土，外墙：100cm 混凝土屋顶 100c
7、m 混凝土源库四周墙/顶 50cm 混凝土（源库南侧西侧用曝光室屏蔽墙）一厂区探伤室内部尺寸：25.0m（长）12.5m（宽）10.0m（高）源库门 64mm 铅东侧屏蔽墙 80cm 混凝土南侧屏蔽墙 80cm 混凝土西侧屏蔽墙 80cm 混凝土北侧屏蔽墙 80cm 混凝土防护大门 38mm 铅防护小门 10mm 铅二厂区探伤室内部尺寸：12.0m（长）7.7m（宽）6.0m（高）迷道墙 Z 型迷道，迷道内墙为江苏中科重工股份有限公司新建固定式探伤项目项目辐射影响计算专题报告480cm、外墙为 60cm 混凝土屋顶 60cm 混凝土顶部屏蔽 4mm 铅南侧屏蔽 地上部分为 5mm 铅以下为 8
8、mm 铅北侧屏蔽 地上部分为 5mm 铅以下为 8mm 铅东侧屏蔽 6mm 铅西侧屏蔽 6mm 铅二厂区实时成像系统铅房尺寸：2.16m（长）2.056m（宽）2.4m（高）防护门 6mm 铅顶部屏蔽 22mm 铅四周屏蔽 地上部分为 22mm 铅以下为 26mm 铅一厂区实时成像系统1（320kV）铅房尺寸：2.16m（长）2.056m（宽）2.4m（高） 防护门 26mm 铅顶部屏蔽 16mm 铅四周屏蔽 26mm 铅防护门 26mm 铅外侧防护通道四周 14mm 铅一厂区实时成像系统2（320kV）铅房尺寸： 6.226m（长）1.626m（宽）2.8m（高）东西两侧布置防护通道，防护通
9、道尺寸：1.6m（长）4.5m（宽）1.6m（高）东西防护通道入口铅帘32mm 铅（每侧通道长1.6m，平均布设 8 道铅帘，每道铅帘双层，每层 2mm 铅）5 评价思路本项目中一厂区探伤室内开展 X 射线探伤、 射线探伤以及加速器探伤，使用的 X 射线探伤机的射线能量为 350kV、300kV 和 250kV，加速器设备电子能量江苏中科重工股份有限公司新建固定式探伤项目项目辐射影响计算专题报告54MeV，电流 0.6mA，均为类射线装置， 射线探伤分别为 60Co 和 192Ir，放射源活度均为 100Ci，为类放射源。每一类探伤不同时进行，每次探伤只开其中的 1 台机。二厂区探伤室开展 X
10、 射线探伤，使用射线能量为 350kV、300 kV、250kV 的 X 射线探伤机，为类射线装置，每次探伤只开一台探伤机。实时成像检测系统内置一枚射线管，使用内置的射线管发射的 X 射线来进行检测， 为类射线装置。从本项目探伤作业的特点分析，对于一厂区探伤室，加速器在探伤室内的射线方向固定朝向北侧防护墙，设计单位将该侧防护墙作为加速器的主屏蔽墙，其它三侧和屋顶为漏射线和散射线方向，屏蔽设施的厚度相应减薄。对于使用 60Co 和 192Ir 放射源的探伤作业， 射线源的射线没有固定方位，因此屋顶、四周墙壁都考虑为同样的防护条件。所有探伤设备中，加速器产生的 X 射线能量分别为 4MV。 60C
11、o- 射线的能量为 1.1731.333MeV， 192Ir- 射线的能量为 0.2011.062MeV，3505 型 X 射线探伤机的射线能量为 0.35MeV。从探伤设备所产生的射线穿透性能分析，4 MeV 加速器 60Co 密封源 192Ir 密封源3505 型 X 射线探伤机。 根据加速器供货商提供的资料， 4MeV 的直线加速器，主射线方向 1m 处 X 射线剂量率为 3108Gy/h，其他方向 1m 处 X 射线剂量率为3105Gy/h。根据 60Co 的比释动能率常数 0.35（ mGym2/hGBq） ，按源强 100Ci，其射线方向 1m 处 射线剂量率为 1.295106G
12、y/h，小于加速器主射线方向的辐射剂量率，但大于加速器漏射线的辐射剂量率，故从辐射防护角度分析，探伤室主射线方向（即北侧屏蔽墙）屏蔽设计如满足了加速器的防护要求，也可以满足 60Co 放射源、 192Ir 放射源和 3505 型 X 射线探伤机的防护要求。对于非主射线的方向，如果满足 60Co 的防护要求，也可以满足其他探伤设备的要求。对于使用 X 射线探伤的二厂区探伤室，使用的 X 射线探伤机的射线能量分别为 350kV、300kV 和 250kV，对于二厂区探伤室，在屏蔽计算时考虑使用 350kV 能量探伤设备，四周屏蔽及屋顶均作为主射线方向考虑。江苏中科重工股份有限公司新建固定式探伤项目
13、项目辐射影响计算专题报告6对于实时成像系统，由于射线方向固定向下，在屏蔽计算时，将四周屏蔽墙及屋顶均作为漏射线以及散射线来进行计算。本项目根据企业提供的探伤室的屏蔽设计参数，使用理论计算来估算探伤室及实时成像系统在进行探伤作业时，探伤室/实时成像系统铅房外的辐射剂量率，以及职业人员和公众受到的外照射个人剂量，并根据理论计算结果，来评价是否达到本项目屏蔽墙（防护门）外的剂量率限值和个人年有效剂量辐射防护管理目标，同时评价探伤室及实时成像系统的辐射防护设计是否满足辐射防护的要求。屏蔽墙（防护门）以及实时成像系统铅房外的的剂量率辐射防护管理目标为：关注点最高周围剂量当量率参考控制水平不大于 2.5S
14、v/h。人员受照剂量管理目标为：职业人员年有效剂量不超过 5mSv，公众年有效剂量不超过 0.1mSv。周受照剂量：职业人员不大于 100Sv/周，对公众不大于 5Sv/周进行管理。6 探伤室辐射影响计算（1） 一厂区探伤室辐射影响计算根据 5.评价思路中的描述，一厂区探伤室在进行理论计算时，按加速器探伤设备工作以及 60Co 密封源探伤的条件来进行理论计算。a） 加速器探伤本项目新增的加速器产生的电子束能量最大为 4MeV，加速器设备安装于探伤室轨道上使用，轨道东西走向，加速器射线方向固定向北侧屏蔽墙。轨道安装于探伤室偏南侧，距离南侧屏蔽墙内侧约 2.0m，加速器在轨道上行进范围有限，行进的
15、极限位置与东侧和西侧屏蔽墙的距离约为 4.5m。根据加速器技术参数，加速器机头的旋转轭架可上仰 45，下俯 90，均带限位，加速器 X 射线的均匀度在偏离 X 射线中心轴线 7.5处的剂量率与 0方向中心轴江苏中科重工股份有限公司新建固定式探伤项目项目辐射影响计算专题报告7线上剂量率的百分比75，故加速器行进至东西两侧极限位置时，主射线不会照射至北侧主屏蔽墙以外区域。同时，本项目加速器产生的 X 射线的最大光子能量为4MeV，根据查表可知，入射能量为 4MeV 的光子在 180和 90散射时光子的平均能量分别为 0.21MeV 和 0.37MeV，远小于漏射线的 4MeV。故除了北侧主屏蔽墙侧
16、考虑主射线外，其余部分均考虑漏射线，不考虑散射线。根据加速器技术参数，漏线量：在主射线束范围之外，距靶 1m 的球面上，任何 100cm2 的区域内测得的平均剂量率，不超过 0方向，主射线束中心轴线上距靶 1m 处剂量率的 0.1。加速器年开机时间保守按每年约 800 小时计算，按 50 周/年计，则工作人员年受照时间为 800 小时，周受照时间为 16 小时。本项目根据企业提供的一厂区探伤室的屏蔽设计参数，根据无损检测用电子直线加速器工程通用规范 （GB/T30371-2013）中附录 C 中的计算方法，来估算加速器进行探伤作业时，探伤室外的辐射剂量率，以及职业人员和公众受到的外照射个人剂量
17、。根据理论计算结果，评价是否达到辐射防护管理目标。 计算公式一次 X 射线的透射率计算BxH md2 / （D 0T ） （C.1）式中： Bx：X 射线在混凝土中的屏蔽透射率；Hm：剂量当量限值，Sv/h；D0：离靶 1m 处的 X 射线的空气吸收剂量率，Gy/h； d：X 射线源到参考剂量点间的距离，m；T：居留因子。n=lg（ 1/ Bx） （C.2）式中：n：十值层的个数S= T1+（n-1 ）Te （C.3）江苏中科重工股份有限公司新建固定式探伤项目项目辐射影响计算专题报告8式中：S：混凝土屏蔽层厚度，cm；T1：第一个十值层厚度，cm；Te：平衡十值层厚度，cm根据式 C.1、C.
18、2 和 C.2 可推导出参考点处剂量率的计算方法：Hm=BxD0T / d2 （1）Bx =10-n （2）n=(S-T1+Te)/Te （3）其中，D 0 的取值根据加速器供货商提供的资料，4MeV 的直线加速器，主射线方向 1m 处 X 射线剂量率 5Gym2/min 可推导出为 3108Gy/h，漏射线方向为3105Gy/h，在计算年受照剂量时工作负荷按 800/年计算；查无损检测用电子直线加速器工程通用规范 （ GB/T30371-2013）中图 C.1，4MeV 电子加速器的宽束 X 射线的混凝土 T1= Te1=30cm。对于铅，按入射电子能量为 4MeV 查表可知：铅 T1 和
19、Te 分别为 5.1cm 和 5.3cm。 d、T 和 S 值见表 2-1。迷道散射 X 射线计算Hm= H0 1A1（ 2A2）（ nAn）/（d 1d2dn） 2 （C.4）式中： Hm：X 射线在参考点处的吸收剂量率，Sv/h；H0：第一次散射面上的吸收剂量率，Sv/h； 1：X 射线第一次散射系数； 2 和 n：分别为 X 射线第二次散射系数和第 n 次散射系数；A1：第一次散射的散射面积，m 2；An：迷道的截面积，m 2；d1：X 射线第一次散射距离，m；d2 和 dn：分别为 X 射线第二次散射距离和第 n 次散射距离， m。查辐射防护手册可知， 1 为 410-3， 2 为 7
20、10-3， 3 5 保守均取710-3， d1d5 分别为 3m、 8m、2.3m、3.4m 和 2.3m。根据本项目探伤房设计，江苏中科重工股份有限公司新建固定式探伤项目项目辐射影响计算专题报告9散射射线经过 4 次及以上散射到达迷道口。同时根据南大方杰版的辐射防护导论中之处， “迷道的屏蔽计算是比较复杂的，一种简易的安全的估算方法，是使辐射在迷道中至少经过三次以上的散射才能到达出口处。实例也证明，如果一个能使辐射至少散射三次的以上的迷道，是能够保证迷道口工作人员的安全，这时，迷道口也只需采用普通门” 。且散射射线的能量远小于漏射射线的 4MeV。故计算迷道散射时主要考虑漏射线的散射。散射射
21、线穿过防护小门后，在防护小门外造成的剂量率 H可以用下式计算：H= HBH 为使用公式（4）计算的无迷道外口防护小门情况下的空气吸收剂量率， B 为迷道外口防护小门透射因子，使用公式（2）计算。 计算点位计算点位考虑了四周屏蔽墙外，防护大门、迷道外口防护小门外和工作人员的操作位。防护小门外考虑了主射线的散射、漏射线的散射以及漏射线的直接透射。探伤室辅助用房为三层设计，一层为操作室、评片室、洗片室和厕所等，二层三层用于企业内资料或耗材的存放，按一层 3m 层高，在二层和三层均布置一个计算点，计算时考虑射线斜穿的屏蔽厚度。计算点位图见附图 4-1 及附图 4-2。 计算结果根据上述计算公式，表 2-2 给出了探伤室曝光室外辐射剂量率的估算值。表 2-3给出了职业人员外照射个人剂量的估算值。表 2-1 一厂区探伤室加速器探伤屏蔽计算参数列表点位 屏蔽体 距离 d（m） 居留因子 T 混凝土屏蔽厚度 S（cm）1 东侧屏蔽墙 6.2 1/4 140 2 南侧屏蔽墙 3.7 1 140 3 西侧屏蔽墙 6.2 1/4 140 4 北侧屏蔽墙 12.8 1/4 200 5 防护大门8.6 1/4160（考虑漏射线斜穿）
