⁶⁰Co-γ射线辐照装置的辐射防护监测

陈玉霞 邱建辉 黄卫东

摘要 [目的]了解60Co-γ射线辐照装置在辐照运行过程中是否存在放射源泄漏，是否对工作人员及公众产生外照射辐射。[方法]用低本底αβ测量仪等仪器对贮源井水水质进行了检测。用χ、γ剂量当量率仪对辐照室内外环境空气吸收剂量率进行了监测。[结果]贮源井水的pH、电导率、氯化物、总α放射性、总β放射性的测量值均符合国标规定，60Co未检出，没有放射源泄漏。贮源状态时，辐照室内剂量率低于天然本底值，井水完全屏蔽了放射源的辐射。升源状态时，辐照室周围剂量率为0.11～0.16 μSv/h，远低于国标限值（2.5 μSv/h）。工作人员年剂量当量为0.355～0.378 mSv，主要为天然本底辐射和建筑材料产生的辐射，与放射源相关的辐射几乎为零。[结论]该研究为湖北辐照实验中心辐照装置的辐射防护提供参考。

关键词 60Co放射源;贮源井水;电导率;空气吸收剂量率;剂量当量

中图分类号 X591 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2020）03-0189-04

Abstract [Objective] To understand whether there is radiation source leakage in 60Cogamma ray irradiation device during irradiation operation， and whether external radiation is generated to the staff and the public. [Method] The water quality of storage source well water was detected by using low background α β measuring instrument and other instruments， and the air absorption dose rate of the internal and external environment of the irradiation chamber was monitored by an χ， gamma dose equivalent rate instrument. [Result] The measured values of pH， conductivity， chloride，total α radioactivity and total β radioactivity of storage source well water were in accordance with the national standard. 60Co was not detected and there was no leakage of radioactive sources. When the source was stored， the dose rate in the irradiation room was lower than the natural background value， and the well water completely shielded the radiation of the radioactive source. When the source was raised， the dose rate around the irradiation chamber was 0.11-0.16 μSv/h， which was much lower than the national standard limit of 2.5 μSv/h. The annual dose equivalent of staff was 0.355-0.378 mSv. It was mainly natural background radiation and radiation from building materials， and the radiation associated with radioactive sources was almost zero. [Conclusion] This research provided reference for the radiation protection of irradiation devices in Hubei Irradiation Experimental Center.

Key words 60Co radioactive source;Storage source well water;Conductivity;Air absorption dose rate;Dose equivalent

60Co-γ射線辐照装置由60Co放射源、放射源的操作系统、剂量测量系统、辐照室、辐照物输送系统、水处理系统、通风系统、安全联锁系统、控制系统组成[1]，其中最核心部分是钴-60放射源。钴-60放射源是一种人工生产的放射性同位素，由于核衰变，它能放射出2种能量分别为1.17和1.33 Mev、穿透力极强的γ射线[2] 。γ射线辐照加工技术在我国研究比较成熟，应用也比较广泛，目前已在食品贮藏保鲜[3-5]、农副产品杀虫保质[6-7]、农作物诱变育种[8-9]、中成药、医疗卫生用品消毒灭菌[10]、高分子材料的辐照改性[11]等领域广泛应用，取得了较好的经济效益和社会效益[12]。湖北辐照实验中心的辐照装置于1992年建成投产，初始装源量为1.57×1015 Bq。由于60Co放射源的半衰期较短（5.27 a），放射源的活度下降较快。为了提高效率，满足不同货物的辐照需求，每隔一段时间需要添加一定量的放射源[13]。该辐照中心的辐照装置自1995年至今经历了12次增源，现有Ⅰ类钴-60 γ射线源74枚，现有放射性活度为1.16×1016 Bq。然而，随着放射源活度的不断增加和使用频率的不断提高，γ辐照装置的安全运行和防护管理显得尤为重要[14-15]，而辐照装置的防护监测是保证安全运行的重要手段之一。在装置辐照运行过程中，笔者定期对贮源井水、辐照室内及辐照室周围环境剂量率进行监测，并对工作人员个人年剂量当量进行测量和计算，其主要目的是供辐照装置在辐照运行过程中在环境中产生的γ辐射对工作人员及公众所致外照射剂量的估算提供数据资料;验证环境吸收剂量率符合管理限值和法律、标准要求的程度;监督辐照装置放射源的状况，提供异常或意外情况的警告[16]。

1 材料与方法

1.1 设备与仪器

1.1.1 辐照装置。湖北辐照实验中心60Co-γ射线辐照装置1座，设计装源容量 1.85 ×1016 Bq，2013—2019年放射源活度为1.07×1016～1.28×1016 Bq，放射源规格为长度45.1 cm，直径1.1 cm，单板3层排列。

1.1.2 主要仪器。酸度计，为广州佳仪精密仪器有限公司产品;电导率仪，为上海雷磁仪器厂产品;离子色谱仪，为上海硅仪生化科技有限公司产品;低本底αβ测量仪，为青岛聚创环保设备有限公司产品;电感偶合等离子体发射光谱仪，为江苏天瑞仪器股份有限公司产品;χ、γ剂量当量率仪，为上海申核电子仪器有限公司产品。

1.2 方法

1.2.1 取样与布点。

1.2.1.1 井水取样。每次在贮源井水面下30 cm处取3 L、500 cm贮源位取3 L，用塑料壶装好。

1.2.1.2

环境监测布点。辐照室内在贮源井井面及辐照室四周和东、西迷道设置监测点，辐照室外主要在四周防护墙外工作人员工作场所（如总控制室、值班室、提升间、上下料点、仓库、水处理间、风机房等）多处布点，以附近空地草坪为天然本底监测点。

1.2.2 监测方式。送交上海谱尼测试技术有限公司对水样进行检测，每年监测2次;由湖北辐照实验中心对辐照装置内外环境进行监测，每月监测1次，同时邀请有相关资质的单位对装置环境进行监测，每年监测2次。

1.2.3 测定项目与方法。

1.2.3.1 贮源井水的检测。pH测定参照《生活饮用水标准检验方法》GB/T 5750.4—2006 5.1[17] 玻璃电极法;电导率测量按照《生活饮用水标准检验方法》GB/T 5750.4—2006 6.1[18]方法;氯化物浓度测定按照《生活饮用水标准检验方法》GB/T 5750.4—2006 2.2[19] 中的离子色谱法;总α放射性测量按照《生活饮用水标准检验方法》GB/T 5750.13—2006 1[20]中的低本底总α检测法;总β放射性测量按照《生活饮用水标准检验方法》GB/T 5750.13—2006 2[21]中的薄样法;60Co按照《生活饮用水标准检验方法》GB/T 5750.6—2006 14.2[22]中电感偶合等离子体发射光谱法进行测量。

1.2.3.2 环境剂量率测量。按照《辐射环境监测技术规范》HJ/T 61—2001[23]和《环境地表γ辐射剂量率测定规范》GB/T 14583—1993[24] 进行测量。

1.2.3.3 各种限值依据标准。贮源井水水质指标限值参照《生活饮用水卫生标准》GB 5749—85为依据;环境剂量率限值参照《水池贮源型γ辐照装置设计安全准则》 GB 17279—1998[25] ;个人年剂量限值和贮源井水放射性污染限值参照《γ辐照装置设计建造和使用规范》GB 17568—2008[26]。

1.3 数据处理

环境剂量率按照湖北辐照实验中心自测值进行统计分析，每年每点的剂量率是12个月剂量率的平均值;个人有效剂量当量按公式He=Dr ×t×10-3进行计算。式中，He为χ-γ射线外照射人均有效剂量当量，单位为mSv;Dr为χ-γ射线空气吸收剂量率，单位为μSv/h;t为χ-γ照射时间，单位为h。

2 结果与分析

2.1 贮源井水的水质监测

货物辐照在辐照室内进行，辐照室四周的防护墙及屋顶均为钢筋混凝土结构，墙厚1.7 m，屋顶厚2.1 m。货物辐照时，由液压升降装置将放射源从辐照室中的地下水井里提升到空气中，此时放射源处于工作状态。当不辐照货物或设备检修时，由液压升降装置将放射源降到水井底部，此时放射源处于贮源状态。贮源水井深7 m，半径1.76 m，内装贮源水。60Co放射源是颗粒状的，外壳是双层不锈钢，并且严密焊封成棒状。由于自来水中含有杂质离子，对不锈钢具有一定的腐蚀性，因此贮源井水应采用去离子水，且不应被其他水源或水泥、灰尘、辐照的货物污染、若发现污染应即时更换。为了确定贮源井水的水质是否达标和了解放射源是否存在泄漏以及贮源水井的水能否直接向下水道排放，每年都要对井水的pH、电导率、氯化物进行测量，对水中的总α、总β、60Co放射性水平进行检测，每年检测2次，结果见表1。由表1可知，2014—2019年贮源井水的pH为6.32～8.11，处于国家标准规定的范围（5.5～8.5）内;电导率为6.81～9.18 μS/cm，符合国标规定的要求（小于10 μS/cm）;氯化物浓度为0.17～0.83 mg/L，达到国家标准0～1 mg/L;总α放射性小于0.016 Bq/L、总β放射性小于0.028 Bq/L，均满足GB 5749.85[27]《生活饮用水卫生标准》中的规定;贮源井水中钴-60未检出，无放射源泄漏，不会对地下水造成污染，符合GB 10252—1996[28]《钴-60辐照装置的辐射防护与安全标准》中的规定。

2.2 辐照室内γ辐射空气吸收剂量率监测

将放射源降入水井貯源位，对辐照室内水井四周、水井表面及辐照室东西两侧的迷道进行剂量率测量，结果见表2。由表2可知，2013—2019年水井周围及水井表面平均剂量率均为007 μSv/h，低于附近天然本底值（空地草皮剂量率为009 μSv/h），贮源井水完全屏蔽了钴-60 γ射线，另外，辐照室的防护墙及屋顶完全屏蔽了宇宙射线，水泥地面也完全屏蔽了地表γ辐射，因此测量值实际上为建筑材料（如水泥混凝土）的γ辐射值。东西两迷道的剂量率均值均为0.12 μSv/h，高于本底值，有建筑材料γ辐射的贡献。这说明当放射源处于贮源位置时，辐照室内是安全的。

2.3 辐照室周围环境剂量率监测

分别在放射源处于升源状态和贮源状态，用FD-3013B χ、γ辐射剂量率仪，测量了辐照室外的值班室、总控制室、辐照室入口等14个测量点的γ辐射剂量率，每月监测1次，将每个测量点全年12次的测量值进行算术平均，结果见表3 。监測结果表明，放射源处于升源状态时，最低剂量率为0.11 μSv/h，最高剂量率为016 μSv/h，与国标GB17279—1998《水池贮源型γ辐照装置设计安全准则》中规定（不超过2.5 μSv/h）相差甚远;不同测量点的7年平均剂量率以辐照室入口最高，为0.16 μSv/h，但与国标规定相差甚远;不同年份的所有测量点平均剂量率略有不同，但差异不明显，说明不同装源量对测量点剂量率的影响不大，其原因一是该辐照装置设计装源容量1.85×1016 Bq，而2013—2019年实际装源量为1.07×1016～1.28×1016 Bq，小于最大装源容量;二是在设计屏蔽墙建筑厚度时取2倍的安全系数，基础建设扎实，没有明显的射线泄漏和散射辐射。绝大多数测量点在升源状态的γ辐射剂量率与在贮源状态的γ辐射剂量率相同，但略高于该地区天然γ辐射水平（空地草皮），主要是建筑材料（如地砖等）的贡献。个别地方（如辐照室入口）升源状态的γ辐射剂量率略高于贮源状态的γ辐射剂量率，可能与人员通道门的屏蔽相对薄弱有关，但其数值也在安全限值范围内。综上所述，辐照室的屏蔽措施足够安全，放射源运行时对工作人员和公众都是安全的。

2.4 工作人员个人剂量测量和计算

工作人员个人剂量采用2种测量方法，一种方法采用热释光个人剂量计监测工作人员的外照射剂量，由湖北省疾病预防控制中心监测，每季度监测1次（其测量值低于辐照中心自测值，表4中未列出）;另一种方法就是辐照中心剂量人员每月用FD-3013B χ、γ辐射剂量率仪对工作人员工作场所剂量率进行监测，取工作人员居留时间较长的3个测量点（值班室、总控制室、上下料点）的季平均值，乘以工作人员的工作时间（每季度720 h），即得出工作人员个人的季剂量值，结果如表4所示。由表4可知，工作人员个人年剂量值为0.355～0.378 mSv，主要是天然本底辐射和建筑材料的辐射，而与放射源相关的剂量几乎为零，符合GB10252—1996（钴-60辐照装置的辐射防护和安全标准）中规定的在辐照装置控制区和监督区内的工作人员与源相关的剂量应控制在每年5 mSv以内的要求。

3 结论

（1）此次检测结果表明，贮源井水的pH、电导率、氯化物浓度均达到国家标准的要求，总α放射性、总β放射性满足GB 5749.85《生活饮用水卫生标准》中的规定，未检出放射性元素钴-60，无放射源泄漏，不会对地下水造成放射性污染 。当放射源处于贮源位置时，辐照室内γ辐射剂量率小于附近天然本底值，井水足够深，屏蔽效果很好。

（2）通过连续多年对辐照室周围γ辐射剂量率的监测，发现绝大多数测量点升源状态的γ辐射水平与贮源状态的γ辐射水平相同，个别测量点升源状态的γ辐射水平略高于贮源状态的γ辐射水平，但远低于国标限值（2.5 μSv/h）。这说明辐照装置的屏蔽体厚度设计合理，土建施工扎实，无明显的射线泄漏和散射辐射，不会对周围环境产生放射性危害，工作人员和辐照室周围环境是安全的。

（3）对工作人员年剂量当量进行测量与计算，工作人员个人年剂量值为0.355～0.378 mSv，主要是天然本底辐射和建筑材料辐射，而与放射源相关的剂量几乎为零，符合GB10252—1996中规定的在辐照装置控制区和监督区内的工作人员与源相关的剂量应控制在5 mSv/a以内的要求。此外，辐照中心工作人员注重安全意识的培养，加强辐射防护安全知识学习，与安全防护人员紧密配合，定期进行个人剂量和环境剂量率监测，这也是辐照装置多年安全运行的保障之一。

参考文献

[1] 国家质量技术监督局.γ辐辐装置设计建造和使用规范：GB 17568—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2] 李承华.辐射技术基础[M].北京：原子能出版社，1998.

[3] 林若泰，程薇，文胜利，等.即食菜肴辐照保鲜工艺研究[J].辐射研究与辐射工艺学报，2005，23（6）：333-336.

[4] 曹森，李江阔，马超，等.60Co-γ辐照结合1-MCP处理对蓝莓贮藏品质的影响[J].核农学报，2019，33（8）：1519-1526.

[5] 周冉冉，高虹，范秀芝，等.60Co-γ射线和电子束辐照对鲜香菇保鲜效果的初步研究[J].核农学报，2019，33（3）：490-497.

[6] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.豆类辐照杀虫工艺：GB/T 18525.1—2001[S].北京：中国标准出版社，2001.

[7] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.谷类制品辐照杀虫工艺：GB/T 18525.2—2001[S].北京：中国标准出版社，2001.

[8] 董超，尹静，孔祥强.60Co- γ 射线对不同陆地棉品种辐照效应和耐旱突变体筛选[J].核农学报，2018，32（9）：1677-1683.

[9] 赵林姝，刘录祥.农作物辐射诱变育种研究进展[J].激光生物学报，2017，26（6）：481-489.

[10] 李尚知，刘清芳.医疗保健产品辐照灭菌剂量设定方法实践应用的研究[J].辐射研究与辐射工艺学报，2008，26（4）：249-252.

[11] 邰文峰，邱岳进，石红，等.γ射线在高分子材料辐射改性中的应用[J].印染助剂，2006，23（7）：8-11.

[12] 宋玉芳，杜治琴.全国γ辐照加工装置抽检情况分析[J].中国辐射卫生，1993，2（2）：49-52.

[13] 刘海生，许献洪，顾国兴，等.60Co辐照装置的辐射防护监测[J].同位素，2006，19（1）：57-62.

[14] 包建忠，陈秀兰，翟建青，等.γ辐照装置安全性设计与防护管理[J].中国辐射卫生，2007，16（6）：467-468.

[15] 范深根.安全文化的由来和作用[J].中国辐射卫生，1994，3（2）：123-124.

[16] 国家环境保护局，国家技术监督局.环境地表γ辐射剂量率测定规范：GB/T 14583—1993[S].北京：中国标准出版社，1993.

[17] 中华人民共和国卫生部，中国国家标准化方法委员会.生活饮用水标准检验方法-PH值测定：GB/T 5750.4—2006 5.1[S].北京：中国标准出版社，2006.

[18] 中华人民共和国卫生部，中国国家标准化方法委员会.生活饮用水标准检验方法-电导率测定：GB/T 5750.4—2006 6.1[S].北京：中国标准出版社，2006.

[19] 中华人民共和国卫生部，中国国家标准化方法委员会.生活饮用水标准检验方法-氯化物测定：GB/T 5750.4—2006 2.2[S].北京：中国标准出版社，2006.

[20] 中华人民共和国卫生部，中国国家标准化方法委员会.生活饮用水标准检验方法-总α放射性测定：GB/T 5750.4—2006 1[S].北京：中国标准出版社，2006.

[21] 中华人民共和国卫生部，中国国家标准化方法委员会.生活饮用水标准检验方法-总β放射性测定：GB/T 5750.4—2006 2[S].北京：中国标准出版社，2006.

[22] 中华人民共和国卫生部，中国国家标准化方法委员会.生活饮用水标准检验方法-60Co测定：GB/T 5750.4—2006 14.2[S].北京：中国标准出版社，2006.

[23] 国家环境保护总局.辐射环境监测技术规范：HJ/T 61—2001[S].北京：中國标准出版社，2001.

[24] 国家环境保护局，国家技术监督局.环境地表γ辐射剂量率测定规范：GB/T 14583—1993[S].北京：中国标准出版社，1993.

[25] 国家技术监督局.水池贮源型γ辐照装置设计安全准则：GB 17279—1998[S].北京：中国标准出版社，1998.

[26] 国家技术监督局.γ辐照装置设计建造和使用规范：GB 17568—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[27] 中华人民共和国卫生部，中国国家标准化方法委员会.生活饮用水卫生标准：GB 5749—85[S].北京：中国标准出版社，1985.

[28] 国家技术监督局.钴-60辐照装置的辐射防护与安全标准：GB 10252—1996[S].北京：中国标准出版社，1996.