移动式工业探伤装置辐射防护要点分析

刘智慧 许芝剑 黄薇 胡翔 张晶 刘卓

摘 要：目的：确定X射线装置和γ射线装置移动探伤时的辐射防护要点。方法：对照分析了X射线探伤装置与γ射线探伤装置工作原理、优缺点、分区估算方法、防护措施、潜在风险环节的差异。结果：发现两种移动探伤操作均属高危作业，但由于源项不同，辐射防护措施存在较大差异。结论：有针对性地制定X探伤相关标准和管理措施，有利于工业射线探伤的健康发展。

关键词：辐射防护;区别;风险X射线移动探伤;γ射线移动探伤

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.136

移动式工业探伤已经广泛应用于机械冶金、化工、石化、核工业、宇航、电力和军工等领域，它是在固定探傷室以外（无法用固有屏蔽进行防护）使用射线装置进行的工业探伤作业。由于其使用场所多变的特点，实际使用中存在较大的安全风险和事故隐患，如果使用不当或管理不善，影响操作人员和公众健康，并可能产生辐射事件或事故，造成较为严重的社会影响。本文针对核技术应用行业中辐射安全风险较高的探伤行业，结合环保部《X射线探伤装置生产、使用及销售的防护管理要求》课题的调研报告，综合对比分析了常用的X射线和γ射线两种工业探伤装置的辐射安全防护特点和要求，强调X射线探伤和γ射线探伤的差异，为减少X射线探伤辐射安全事件/事故提供技术参考。

1 X射线探伤和γ射线探伤差异

1.1 X射线和γ射线探伤装置构造不同

X射线探伤装置包括X射线管头组装体、控制箱及连接电缆附件组成。X射线探伤装置分定向和周向装置。γ射线探伤机装置由放射源、屏蔽体、安全锁、射源出口卡门、射源传输系统等构成。γ探伤常用的密封放射源主要有铱-192、Se-75和钴-60等。

1.2 X射线和γ射线探伤原理不同

X射线探伤是电子轰击阴极靶产生的X射线，对物体内部结构进行X射线摄影或断层检查，根据胶片曝光的强度和均匀度，识别部件内部的裂纹和气孔等缺陷。γ射线探伤是γ放射源发出的γ射线穿过被检物体时发生衰减，由于在被检物的缺陷部位和其他部位射线减弱的程度不同，用来检验焊接的质量或者揭示材料内部结构的检测方法。

1.3 两种探伤装置特性比较

由于X射线探伤与γ射线探伤结构、放射源、探伤原理的不同，导致性能不同，实际探伤过程中具备各自的特点及优劣势。两种探伤装置具有不同的适应性，不能完全替代，探伤作业中互相补充。两种探伤差异对比见表1。

1.4 辐射安全风险对比分析

探伤行业存在违法雇佣没有辐射许可证的人员进行探伤的现象。探伤过程中没有制定探伤操作规程或者违反操作规程操作，如：野外探伤没有拉好警戒线。射线探伤装置故障，仍带病工作。射线探伤装置丢失、被盗等，是探伤行业共同的风险点。但两者风险点又有差异。

（1）X射线探伤风险点：X射线探伤无源，开机探伤时才需考虑辐射防护问题。探伤作业过程中有辐射风险，运输中存在设备丢失的风险，销售过程中存在无许可证单位购置和使用的风险。需要考虑辐射防护的环节较少。

（2）γ射线探伤风险点：γ射线探伤有γ源，γ射线探伤装置在装源、运输、贮存、使用、放射源返回全程都存在风险，具体有：γ源固有风险、贮存风险、运输风险、作业风险、换源风险或退役风险各个环节的管理风险、违规风险、环境风险和社会风险[2]等。

1.5 X射线和γ射线探伤辐射剂量估算方法不同

估算监督区控制区距离，周围剂量当量率15μSv/h设置为控制区边界，周围剂量当量率2.5μSv/h设置为监督区边界。

（1）最保守计算方法 视为裸源[3]计算，点源计算主束、漏射线、散射线[4-5]计算。如：

（1）主束

    （2）漏射线

（3）散射线

（2）X射线探伤实际测量计算方法：考虑X探伤机内部实际屏蔽结构及空气衰减后的影响因素，估算的监督区控制区距离，见图1。

本文根据管电压、管电流估算剂量。依据X射线探伤机出厂时，出线口有屏蔽材料的实际结构进行计算，即计算条件有关参数如下：X 射线探伤使用管电压分别为150、200、250、300、400 kV，管电流为5 mA，其过滤片的过滤条件分别为2 mm Al、2 mm Al、0.5 mm Cu、3 mm Cu、3 mm Cu，X 射线输出量分别为18.3、28.7、16.5、20.9、23.5 mSv·m2/mA·min[6]。由于X射线能量较低，考虑了空气衰减[7]的因素。计算出的控制区监督区距离。分别为：1）没有任何屏蔽时，主束方向控制区距离L1：144、164、152、166、181米;监督区距离201、227、215、234、256米。2）L2：有30mm钢检测对象时，主束方向的控制区距离为：24、63、87、121、138米;监督区距离47、105、137、183、205米。3）L3：非主束方向，泄漏辐射和散射辐射叠加后的控制区距离49、61、53、58、62米;监督区距离84、102、91、100、108米。

（3）γ射线探伤实际测量计算方法：移动γ探伤机常使用的放射源有、和。放射性活度要求因探伤管件、罐体的壁厚不同，1012Bq～1013Bq探伤。、和的γ射线的平均能量分别为210keV、350keV、1250keV，对探伤工件的检测厚度范围依次为10～40mm、20～100mm、40～200mm[8-10]。γ探伤装置按γ放射源比释动能率计算，γ探伤在无屏蔽，无工件屏蔽，无准直器屏蔽情况下控制区，监督区边界。计算公式为：

（4）

按放射源活度3.7E+12Bq计算，75Se、192Ir、60Co的控制区距离108.2、167.2、277.5米，监督区距离265.2、409.7、679.6米。

在有工件屏蔽，有准直器屏蔽情况下，计算公式：

[11]  （5）

75Se比释动能常数：0.265，192Ir为0.13，60Co为0.35;75Se钢中的半值层厚度为9mm：192Ir为14mm，60Co为24mm。75Se钨中半值层厚度为3.6mm，192Ir为2.5mm，60Co为10mm[12]。

按放射源活度3.7E+12Bq计算，有30mm钢工件时，75Se、192Ir、60Co的控制区距离76.8、81.3、181.8米，监督区距离188.2、199.2、445.4米。用钨准直器屏蔽时，75Se、192Ir、60Co的控制区距离5.3、8.6、13.8米，监督区距离13.1、18.9、34.2米。見图2。

1.6 发生事故原因不同

（1）X射线探伤发生事故原因：1）销售环节疏于管理，没有资质的单位购买探伤装置。2）野外操作时，没有确定监督区控制区的边界，没有拉警戒线。

（2）γ射线探伤发生事故原因：1）γ射线探伤装置的设备存在质量问题或者不科学的操作，导致放射源卡源、脱离、丢失和人员受照。2）移动使用γ射线探伤装置的单位管理不到位甚至管理混乱。①领导安全文化意识淡薄，辐射安全防护不重视，法律观念淡薄，规章制度制定不全或流于形式，安全责任不落实。②违法雇佣无资质人员，雇佣文化素质低，缺乏辐射防护培训和没有操作培训的人员进行操作探伤机。③操作人员违反操作规程，减少操作步骤，违规操作。收工时没有认真检查源是否回源罐。④异地使用也不备案，不执行相关标准法规。⑤台账管理和安保措施不到位。⑥未用或未正确使用辐射监测仪，或者使用的辐射监测仪量程不合适。3）放射源生产单位在销售放射源、给使用单位装源或更换新源时存在技术或管理的漏洞。4）事故和应急处理不规范。5）监管力度不足。因此，导致的X射线移动探伤与γ射线移动探伤辐射防护措施与管理办法差异很大。

2 防护具体措施差异

探伤移动作业：原则事先确认控制区、监督区边界。悬挂“禁止进入射线控制区”警告牌，悬挂“禁止进入监督区”警告牌，拉起临时警戒线。配备合适量程的辐射监测仪、个人剂量计和个人剂量报警仪。

2.1 X射线探伤防护措施

（1）防护原则：“距离加屏蔽，回避出线口”。

（2）防护办法：1）需要接通电源后，用2米操作线。2）选择合适时机，避免X线无衰减照射，恰当选择照射方向和时间。如选择没有公众出行的方向，选择夜间或者无人时间段进行曝光。3）在探伤机主束口后侧操作。4）用延时曝光模式，操作人员撤离。5）用铅板或者别的屏蔽体防护。

2.2 γ射线探伤辐射的防护措施

（1）防护原则：“能硒不铱，能铱不钴”。

（2）辐射防护辐射硬件措施——防护装置。1）使用准直器：γ探伤装置使用准直器后，防护距离大大缩短。2）利用工件现场条件进行屏蔽，利用现场特点，进行掩体等屏蔽防护设计。3）建设放射源暂存库。因地制宜采取屏蔽防护，建立防护隔离带。4）源容器和源导管的照射末端是否损伤、磨损或者有污物。5）应选取尽量长的驱动缆、尽量短的导源管，并迅速地进行送源及收源操作。6）每次探伤作业完成后，作业人员应立即使用可靠的辐射监测仪沿源导管和探伤装置周围进行检测，确认放射源回到源容器的安全屏蔽位置并记录，及时送回源库。

（3）辐射污染防护管理手段——软件措施。1）加强宣传教育与培训，包括辐射防护培训及探伤装置操作培训。2）专业人员操作。持有辐射许可证方可操作探伤装置。3）检查放射源是否安全回到储源室，详细的登记制度，辐射巡测制度。建立完善的辐射应急预案。4）熟练操作，放射工作人员要充分准备，操作时力求熟练、迅速，减少受照时间。工作量大时，轮流操作。5）利用活度小的源增加曝光时间。

3 目前现状

监管部门主要考虑辐射防护的风险及成本，由于这些年γ射线探伤事故时有发生，因此着重强调γ射线探伤的辐射防护，相应出台了标准、法规和管理办法。现实中存在把X射线探伤与γ射线探伤混为一谈的现象，致使探伤行业存在两种倾向：一是照搬γ射线探伤防护标准及管理办法，二是认为X射线探伤不开机就没有辐射，疏于管理。

而检测部门主要考虑是否达到标准要求，不了解仪器的测量范围，合格的辐射监测仪器仪表是辐射安全的最基本的保障。但是不是探测限越低越好，辐射仪表的合适量程是保证测量准确性的必备条件。

笔者认为X射线探伤与γ射线探伤差异很大，都有各自的优势与劣势。X射线是连续谱，但透射强度低，低能量时尽量用X射线。γ射线是单能谱，灵敏度较差，但透射强度大，厚材料透射需要高能量时，考虑用钴-60探测。并且要综合考虑探伤现场的工况来选取用X射线探伤、γ射线探伤。要充分考虑各自的优势及劣势，两种探伤方法不可互相替代。由于X射线探伤与γ射线探伤的原理不同，生产、运输、销售、使用各个环节采取防护措施的条件差异很大，有必要对X射线探伤采取有针对性的防护措施。

4 讨论

鉴于X射线业主单位和监管部门都没有统一的辐射安全标准、安全导则及技术文件，笔者申请了《X射线探伤装置生产、销售及使用辐射安全和防护管理要求》课题。该课题的主要内容是调研X探伤机的现场工作环境，掌握探伤现场的辐射场分布，了解探伤现场辐射安全管理，确认控制区与监督区的划分计算方法，监测探伤工作人员个人剂量，研究X射线移动探伤存在的防护风险，相信对加强X射线探伤装置管理，预防辐射事故的发生，降低X射线探伤装置对环境辐射影响，保障X射线探伤工作人员和公众的身体健康起到积极的作用。

参考文献：

[1]周更明，吴雪美，何宗喜等.192Irγ射线探伤机使用相关操作外照射环境辐射测量[J].中国辐射卫生，2017（04）：437-444.

[2]韦正，宋永忠，黄昕等.移动γ射线探伤辐射安全风险与对策[J].环境监测管理与技术，2017（03）：1-4.

[3]李德平，潘自强.辐射防护手册：第一分册：辐射源与屏蔽[M].北京：原子能出版社，1987：233.

[4]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.工业X射线探伤室辐射屏蔽规范：GBZ/T250-2014[S].北京：中国国家卫生和计划生育委员会，2014：6-7.

[5]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.工业X射线探伤放射防护要求：GBZ117-2015[S].劳动保护，2015，45（03）：44-46.

[6]郑钧正，卢正福，李隆德译.医用外照射源的辐射防护[M].国际放射委员会第33号出版物，人民卫生出版社，1984.

[7]冯晓.探伤辐射防护分区边界的估算及防护的优化[J].职业与健康，2017（03）：728-732.

[8]王云军，于剑.现场γ射线检测防护距离查图法和计算法的比较[J].化工设备与管道，2011（12）：65-67.

[9]苏超丽，廖彤.核技术应用项目X、γ射线防护监测与评价[J].中国辐射卫生，2015（01）：43-44.

[10]王宏良，谢占军，刘晓超.γ源移动探伤中控制区监督区边界的计算及优化建议[J].无损探伤，2014（05）：35-37.

[11]李兆太.兆射线探伤安全防护计算[J].无损探伤，2004（02）：23-24，35.

[12]卫生部放射卫生防护标准专业委员会.GBZ 132护标准专业委工业γ射线探伤放射防护标准[S].北京：人民卫生出版社，2008.

2017环境保护部课题121-1

作者简介：刘智慧（1968-），女，江苏镇江人，博士，高级工程师，从事辐射评审及监测工作。