工作人员所受的照射随工作的条件不同而异有时仅有外照射或仅有内照射或两者同时并存。针对内、外照射的不同特点而采取不同的防护措施其目的在于防止有害的确定性效应并限制随机性效应的发生率使之达到被认为可以接受的水平。
1 外照射防护 1.1 外照射概念
外照射系指来自体外的电离辐射对人体的照射。外照射防护的主要目的在于既保证完满达到电离辐射源的应用目的又使得人员受到的辐射照射保持在可以合理做到的最低水平。其次外照射防护有时也为了保护那些对电离辐射敏感的材料和设备免受电离辐射的损坏。
1.2 重要性
随着核技术的发展核技术和放射性的应用越来越广泛对大多数接触放射线的人员其所受外照射是主要的。外照射防护的重要基于以下原因:
1.2.1 外照射广泛地应用于工业、农业、医疗、卫生、科研等各领域。 1.2.2 从业人员多出现人体放射损伤的几率较高损伤程度可能较严重。 1.2.3 有些外照射场合如大型γ辐射加工及加速器应用场所剂量率非常高。如人员受到误照损伤会非常严重甚至受照几分钟即可致人于死地。 1.2.4 若发生事故政治、经济及社会影响均比较大。 1.3 基本方法 1.3.1 控制源强
对使用放射性核素的场合应根据工作需要选择具有适宜活度的放射源。
对射线装置要保证射线质减少无用辐射成份。如医用诊断χ线应尽量采用高电压、低电流的方式。
1.3.2 距离防护
在可能的情况下尽量增加人体与放射源之间的距离以降低人体接受剂量。
实验证明对较高能量的χ、γ射线点源(点源一般是指源本身的线度小于源到参考人点之间距离的1/5即如源的线度为1cm则5cm以上即可将此源视为点源:
离点源距离d处的照射量率反比于d的平方。即:
距离增大一倍照射量率降低到原来的1/4。增大与源的距离方法很多例如采用具有不同功用的长柄器械或机械手进行远距离操作保持控制室、操作台与辐射源有足够的距离等等。但实际工作中不允许任意加大操作人员与放射源的距离只能尽可能加大距离并考虑操作时间的综合影响。在防护区的设置上也应考虑距离的影响。
对低能和极低能χ、γ线因为空气散射及吸收减弱距离反平方规律并不适用。
对中子防护距离反平方规律也不适用。
1.3.3 时间防护
操作或接触放射源和放射线时间越长接受剂量越大所以应尽量减少接触放射线的时间以减少人体接受剂量。
为缩短受照时间在进行有关操作之前应做好充分准备操作时务求熟练、迅速。某些场合下例如抢修设备和排除事故工作人员不得不在强辐射场内进行工作且可能持续一段时间此时应采用轮流、替换办法限制每个人的操作时间将每人所受的剂量控制在拟定的限值以下。当然这样安排并不能减少集体剂量因此整个工作过程要事先做好周密的计划使得与完成该项工作相关的集体剂量当量保持在最低水平。
1.3.4 屏蔽防护
在实际工作中由于条件所限往往单靠缩短接触时间和增大距离并不能达到安全操作的目的。例如室内安装一大型 60 Co辐照源离工作人员的最大距离也只有几米。在工作人员处的剂量当量可能达1希/秒以上这时即使在那里停留一秒钟也是很危险的。因此上述两种方法都不适用而必须采用屏蔽防护。屏蔽防护就是根据辐射通过物质时被减弱的原理在人与辐射源之间加一层足够厚的屏蔽物(减弱材料)把外照射剂量减少到控制标准以下以保护人体安全。屏蔽所用材料根据射线不同的性质、类型、输出量大小等决定
其厚度根据控制水平来确定。
外照射防护中须根据实际情况合理应用上述基本措施。在解决具体的防护问题时这些措施常常是结合使用的。外照射防护除了上述基本措施外还应做好工作人员的防护培训进行工作环境和个人剂量的监测及时屏蔽或移走暂时无用或多余的放射性物质等。
此外任何电离辐射与空气相互作用会产生某些有害的气体例如臭氧、氮氧化物。同时受到高能带电粒子束、中子束或高能光子束照射的物质(包括空气和灰尘)还可能被诱发感生放射性。因此在应用外部电离辐射源的时候除了注意外照射的辐射防护还须采取相应的其它措施(如通风)用以防止内照射、有害气体及
其他有害因素对人体的损害。
2 内照射防护 2.1 内照射概念
当放射性核素经由食入、吸入、皮肤粘膜或伤口进入人体内时可引起内照射的危害。内照射不同于外照射的显著特点是即使停止接触放射性物质以后已经进入人体内的放射性核素仍将产生照射而同一数量的放射性物质进入体内后引起的危害大于其在体外作为外照射源时所造成的危害。因此内照射防护的基本原则是采取各种措施,尽可能地隔断放射性物质进入体内的各种途径、减少放射性核素进入人体的一切机会在“可以合理做到”的限度内使摄入量减少到尽可能低的水平。
2.2 基本措施 2.2.1 围封隔离 包括在开放源的周围设立一系列的屏障以限制可能被污染的体积和表面防止由于人员或物体的移动而将污染带到相邻房间等措施。工作场所要合理布局、三区分明、避免交叉污染。 2.2.2 净化通风 严格安全操作规定防止或减少污染的发生对受到污染的表面及时去污对污染空气的净化并合理组织通风。 2.2.3 密闭包容 把可能成为污染源的放射性物质存放在密闭的容器中或在密闭的手套箱中进行操作使之与工作场所的空气隔绝。人员作业时穿戴适当的防护衣具限制暴露于污染环境中的时间。 2.2.4 废物处置
根据国家有关规定和标准妥善处理放射性废物以免污染环境危害人体健康。
2.3 综合措施
内照射防护通常需要采取综合性的安全防护措施以便使污染减到最小。这些措施包括:正确的选址和合理的布局;正确地安装安全防护工程设备;对工作人员采取必要的个人安全防护措施;建立健全安全操作规程;及时有效地消除放射性沾染;合理地处理液态、气态和固态放射性废物等。
3 场所安全防护
放射源指可以通过发射电离辐射或释放放射性的物质而引起辐射照射的一切物质或实体。在应用类别中将放射源分为密封源和非密封源其中又将密封源分为5类。现根据我省实际情况将上述涉源辐射工作场所的安全防护分述如下。
3.1 1类密封源
密封源系指密封在包壳里的或紧密地固结在覆盖层里并呈固定状态地放射性物质。其包壳或覆盖层应具有足够的强度使源在设计使用条件和磨损条件下以及在预计的事件条件下均能保持密封性能不会有放射性物质泄漏出来。
3.1.1 γ辐照装置
γ辐照装置的辐射危害主要表现为两种形式其一是正常运行中的照射其二是事故情况下的潜在照射。前者只是工作人员受到的职业照射它的受照水平通常也只在较低的范围内。后者在装置正常运行的情况下不表现出危害只在事故情况下显现而且它的确可能存在所以被称为“潜在照射”。γ辐照装置上的“潜在照射”还有别于核设施上事故时可能对环境形成的潜在照射。γ辐照装置上受害者主要是装置上的工作人员而且显现得很迅速且可能危害人的生命。
对潜在照射的防护原则一是减少其发生概率二是减轻其后果。由上面辐射水平的计算可以看出辐照源工作状态时辐照室内的辐射水平是相当高的即使是装源时仅4×l0 14 Bq(1×10 4 Ci)的辐照室工作人员在离1米处停留几分钟即可受到致命的照射。所以对建设单位和运行单位来说这种事件是一点也不希望发生的在运行中要做到绝对不会发生这种意外。
预防潜在照射的发生应是运行辐射防护体系的一部分在γ辐照装置运行中应放在首位。虽然事故的发生往往不是一个程序的失败(失效、失误)但是必须立足于保持所有与安全有关的各个系统的可靠性和操作程序的可靠性。这就提出了一个要求即要有一整套确保安全系统始终处于良好运行状态和操作程序无误的措施。
3.1.1.1 对辐射源要求
辐照装置中使用的是高活度密封放射源它不仅使用于众多复杂的场合而且自身有较强的能量放出因此在源的结构方面有专门要求以保证源在正常使用过程中不会发生泄漏。
高活度钴—60密封放射源必须采用双层包壳密封结构。
高活度钴—60密封放射源的源芯必须是不可浸出的钴(或钴镍合金)表面镀以防氧化层。
高活度钴—60密封放射源的内外包壳必须焊接密封。
3.1.1.2 辐照室防护要求
(1) 选址与屏蔽
在确定辐照装置地址时必须提出环境影响分析报告。辐照室一般不宜设在人口密度较大的居民区。各种类型的辐照装置一般包括以下组成部分:放射源、源的贮存和远距离操作系统、辐照室、安全保护系统、观察系统、通风系统、辐照材料传送系统和其他辅助系统。辐照室屏蔽墙必须采取有效的屏蔽设计和施工以保证各区内的工作人员和公众受照剂量不超过各自的限值。并注意薄弱环节防止局部射线泄漏。为了达到限制有关区域的辐射水平并避免浪费辐照室不同位置的屏蔽厚度均需专门计算设计。
辐照室的入口一般建成迷道型式以减弱直射和散射辐射必要时门还要用轻型防护门屏蔽散射光子。迷道的具体形式和墙壁厚度要根据具体情况计算确定。
(2)源的贮存与操作
源的贮存分干法和湿法两种。大、中型辐照装置几乎都采用湿法贮存即用水作屏蔽材料停止辐照期间将源贮存在水池或水井中。一些中小型辐照装置有时采用干法贮存用铅、铸铁或贫铀制成防护容器将源放在容器内或混凝土干井中。少数辐照装置也把样品放到防护容器或水井内照射但通常都在屏蔽室内照射。
贮源水井是辐照装置的重要安全设施倒源、装源、换源等工作均在水下进行。因此水位的深度既要保证最大贮源量时井上人员的安全又要保证水下操作时即使源高于正常贮存位置源上方仍有足够厚度的水屏蔽层。
(3) 贮源井水的要求
井水污染后若不及时净化升降源时溅起的水珠可能污染井台附近地面和其他物品。松散污染在通风气流搅动下部分放射性物质能转移到空气中去形成内照射。预防井水污染的措施可以有:
l 选用符合国家标准的密封源。
l 减少源包壳的腐蚀。
l 加强水污染的监测。
(4) 对水井的要求
尽管源包壳意外破损的可能性很小为了保护环境水井应能防漏、防渗并有液位监测仪。若地下水资源丰富水井应有检漏措施。井壁应光滑便于去污。井底要能承受源运输容器的压力。小型辐照室井壁用上釉瓷砖井底用水磨石一般可满足要求。大中型辐照室用的水井可用不锈钢覆面。安装建造过程中应对接缝处进行探伤测定保证焊接质量。
(5) 井水的排放
坚持经常监测可以较早地发现包壳微破损的源这时对井水的污染一般不会严重。若超过国家规定的排放限值不能单靠稀释的方法排放必须经过净化处理以免污染环境。井内清出的泥砂等应作放射性废物处置。
(6) 臭氧等有害气体的清除
空气在射线的辐射下产生O 3 、NO、NO 2 和其他氮氧化合物。它们都是有毒有害气体其中以臭氧的危害最大。臭氧在工作场所的空气中的容许浓度为0.3毫克/米 3 。因此辐照室应连续排风防止空气中的有害物质积累。在满足臭氧排风要求时也能满足对氮氧化物的通风要求、满足污染井水可能形成的放射性气溶胶的排放要求和满足贮存在井内的源引起的水分解并放出氢气的排放要求以及满足辐照物在辐照过程中产生的刺激性气体、易燃易爆或其他有害气体的排放要求。
(7)耐辐照问题
在强辐射场中使用的各种材料和电子、电工产品必须有一定的耐辐照性能。经强辐照后橡胶和塑料可能失去弹性抗拉强度降低绝缘性能显著下降。电子和电工产品易受辐照损伤而不起作用润滑油可能失效。因此设计强辐照室时应尽量把那些不耐辐照或者需要经常维修的设备(电动机、空气压缩机等)布置在屏蔽层后面辐照室内用的器材应优先使用耐辐照性能的产品。为了降低辐照剂量延长使用期限应尽可能布置在远离辐射区。在强辐射场内由于材料、元件性能下降或寿命缩短容易引起故障所以要定期检查更换。
3.1.1.3 安全联锁措施
辐照室的主要潜在危险是γ射线的急性外照射其危险程度随装置的增加而增大。例如距11pBq(30万居里)的 60 Co源1米处的照射剂量率为2.8×10 - 2 库/公斤·秒(即110伦/秒)人被照射几秒钟即可导致死亡。为此凡是涉及辐照场的各种操作、观察和运输应尽量远距离进行并且要配备可靠的安全保护系统加强辐射剂量监测严格执行有关规章制度。安全联锁措施是针对防止潜在辐射的显现而设置的。主要的安全联锁措施有故障显示、辐照室入口管制和防止人员误留受照系统及运行前严格检查验收等。
(1)故障显示
为了防止在个别情况下运行人员或外部人员违反操作规程在不安全的情况下进入辐照室需要在操作人员的控制台上不但能显示运行生产的状态还应显示与安全有关的各项状态 。这些显示一般均由功能件组合成逻辑控制功能利用程序逻辑控制器(PLC)完成。
显示内容一般包括:
1)运行显示;
2)计时器和状态指示;
3)错误、警告和源位指示;
4)装置历程和模式显示;
5)装置模式选择和停止控制显示;
6)数据资料记录。
(2)辐照室入口管制
辐照室入口管制可以采用以下几种措施:
1) 辐照室出入口有红绿灯;
2) 升源用程序控制开源时声光显示;
3) 人员出入门用电磁锁控制门源联锁;
4) 货物出入门用货箱控制;
5) 人员出入门与剂量仪表联锁;
6) 货物进出门和人员通道门均与迷道和辐照室内的照明灯联锁;
7) 在迷道内各装两道防人光电装置;
8) 辐照室顶盖与源升降联锁;
9) 便携式剂量仪表与门联锁;
10) 辐照室入口端安置两台红外探测器;
11) 踏板控制;
12) 辐照室内灯与源位联锁;
13) 设置拉线开关;
14) 水位报警开不了门;
15) 配置不间断电源;
16) 源架通升降装置;
17) 钢丝绳松弛报警装置;
18) 停电或供电不足人员入口门不能开启。
(3)防止人员误留受照
升源条件
防止人员误留在辐照室内受照的主要措施有完备的升源条件和应急降源措施。为此一般来说必须同时具备下述条件后(视不同装置而定)在控制台上操作升源按钮才可升源:
1) 值班长从控制台上取下主控钥匙拿着与主控钥匙联在一起的剂量巡测仪打开迷宫入口门进入辐照室打开设在辐照室内的延时开关(一般为90秒)然后走出辐照室关上入口门将主控钥匙插入控制台;
2) 钴源架在井下安全贮存位置;
3) 辐照室内的无人按钮按顺序操作完毕;
4) 进风机和排风机投入工作;
5) 剂量监测仪表工作正常;
6) 贮源井水水位正常;
7) 进出口迷道内的光电投入;
8) 升降源的液压驱动系统或机电升降系统工作正常;
9) 堆放、输送选择开关当选择:堆放位置时货物进出口和人员通行道门均关好;如选择输送位置时人员通道门关气压站工作正常悬挂输送机运行;
10) 辐照室屋顶源入口盖好;
11) 人员进入迷宫口处装有安全联锁链子的处于安全位置;
12) 感烟、感温报警器投入;
13) 准备就绪按钮操作完。
3.1.1.4 自动降源措施
出现不安全情况时的自动降源措施一般有以下几种(视不同装置设计的完善程度而定)即下列条件中的任一条件出现时均可实现立即自动降源:
1) 控制台上的降源按钮被操作并发出降源命令;
2) 拉线开关动作。在辐照室内和迷道内沿墙设紧急降源拉线开关在升源时万一有人误留在辐照室听见铃声和语音报警后可以迅速拉动拉线开关即不能升源并使源自动降到安全位置;
3) 按紧急开门按钮。在货物进出口内侧和人员通道门内侧均设紧急开门按钮。如果有人在辐照室内可以按动紧急开门按钮。门打开人出来后门自动关闭;
4) 辐照室迷道内的二道光电开关动作;
5) 设在人员入口处、产品出口处和水去污染床上的三台固定式辐射监测仪其中任意一台的辐射水平超过预定值;
6) 贮源水井水位下降到设定位置;
7) 辐照室内发生着火冒烟或源板温度升高后烟雾报警器报警;
8) 装卸料间就地紧急停车按钮动作;
9) 人行通道门意外打开;
10) 采用堆放辐照时货物进出口门打开;
11) 迷道上安全链子被打开;
12) 源升降系统的液压站压力低;
13) 输送机运行处在程控方式时输送机停;
14) 悬挂输送系统的气压站压力低;
15) 辐照室屋顶源出入口盖打开;
16) 停电时。
辐照装置还设置了火灾报警、停电保护和源保护系统。
3.1.1.5 安全联锁系列
为了实现辐照室入口的管制和误留人员的急救归纳起来辐照室可以设置下列联锁关系:
1) 升源与铃响、灯光报警系统联锁;
2) 升降源与语音报警器联锁;
3) 升降源与入口门联锁;
4) 升降源与辐射监测仪显示的辐射水平联锁;
5) 入口门与辐射监测仪显示的辐射水平联锁;
6) 升降源与辐照室屋顶源入口盖联锁;
7) 升源与通风系统联锁;
8) 降源与贮源井水位报警器联锁;
9) 降源与烟雾报警器联锁;
10) 升降源与紧急拉线开关的复位及动作联锁;
11) 升降源与迷道内的防人光电报警、降源联锁;
12) 升降源与迷道入口的安全链子联锁;
13) 降源与迷道踏板联锁;
14) 降源与迷道红外探测器联锁;
15) 悬挂输送机停止运行与降源联锁;
16) 停电与降源联锁。
3.1.1.6 运行前验收检查
检查的主要方法是:
屏蔽效能检查
将放射源提升到辐照产品时的正常高度用不同类型的二台
辐射仪在沿辐照室四周、操作大厅、迷道口、控制室和屋顶等处进行巡测(测量点离地面1.5米)的基础上详细测读各50余个点。环境监测范围为离辐照室200米。
这项检查中要特别注意屏蔽结构薄弱处例如电缆线、钢丝绳和去离子水输送管的洞口。如发现剂量水平较高可用铅丸填塞。一般来说当工作场所未见到接近设计限值和环境未见到有意义的变化时才算屏蔽设计和施工是合格的。
安全控制系统检查
1)辐照室入口管制系统
检查如下项目:
l 查看门口有无灯光显示;
l 人员入口门开启后源是否自动下降;
l 升源后踩动迷道中踏板源是否自动下降;
l 人穿过远红外感温传感器后源是否自动下降;
l 取下与源升降用气压相通的安全链子后源是否不能升起或自动下降;
l 个人保护用品是否齐全(累计个人剂量计、可携式辐射仪和个人剂量报警仪)。
2)防止辐照室内误留人和紧急降源系统
检查如下项目:
l 查看辐照室内四个角上的升源复位开关是否有效任何一个未复位时能否迫使升源操作无效;
l 查看升源程序设置的合适和有效性;
l 辐照室内紧急拉线开关拉动后源是否可由提升变为下降;
l 迷宫出口处紧急开门按钮是否有效;
l 装置停电时源是否能自动降至井底。
3) 升源条件和降源可能性
根据设计升源操作必须是在同时满足多个条件后才能有效 (即缺其中任何一项就不能把源升起)。以某辐照装置为例只有同时满足下述七个条件时才能升源:复位开关全部复位、安全链子挂好、输入操作密码升源延迟开关开启、所有入口门关闭、通风系统工作和感烟感温报警器投入工作并没有报警信号输出。作此系统检查时 用依次 不满足一项而将其他六项投入运行的“六缺一”法进行。
降源可能性是指出现下列情况之一时源是否能自动降至井底:
l 控制台发出降源命令;
l 设在人员入口处、产品出口处和水去离子床上的三台固定式辐射水平监测仪中任意一台的辐射水平显示超过预定值;
l 紧急拉线开关被拉动;
l 源超上限保护装置被触动;
l 源升降机用的供气压不足;
l 感烟感温报警器报警;
l 控制辐照时间的主计时器显示超过;
l 安全链子被取下;
l 人员出入口门被开启;
l 迷道中踏板被踩动;
l 光电开关显示有障碍物(或人)通过;
l 停电。
这些项目的检查大部分已在检查上述其他系统时进行了其余可以查看建设单位的试验记录和相应仪器设备的完好性。
管理方面还应检查安全机构的设置和人员落实工作人员安全教育培训以及规章制度的完善程度。
3.1.2 γ远距离治疗的防护
γ射线远距离治疗即通常称钴-60治疗机治疗。
3.1.2.1 钴治疗机
(1)源在贮存和照射位置时机头的漏射线不得超过国家标准所规定的限值。
(2)保证在正常条件不发生卡源、掉源事故。源的位置在控制台上应有明显可靠的指示。
(3)正常情况下源在贮存时才能打开治疗室门门不关好机器不能工作。
(4)万一发生卡源或停电等意外事故工作人员能及时发现并进入机房采用适当的方式尽快使源回到贮存位防止病人过量照射。
3.1.2.2 治疗室
治疗室必须与控制室分开。治疗室的屏蔽应符合国家规定。治疗室门外有电离辐射警告标志和工作信号灯。治疗室出口应采用迷宫形式并保证室内通风换气的次数。开机时室外外照射水平应符合工作人员及公众的剂量限值要求。
3.2 2类密封源 3.2.1 γ探伤
如同其他放射性工作一样γ探伤中存在着常规运行中的辐射和潜在辐射危害。常规运行中的辐射主要来自:
(1)放射源处在探伤机贮存位置时工作人员在探伤室工作或在做探伤准备或结束探伤后整理现场中受到照射;
(2)运输装有放射源的探伤机时受到照射;
(3)源离开贮存位置而转移到探伤位置进行探伤时受到照射。
潜在照射主要来自事故(事件)情况下的照射。最常见的是放射源没有回到贮存位置工作人员也不知道这种情况源在事故状态使工作人员受到照射;还有一种受照过程是将没有到贮存位置的源设法处置到贮存位置去。潜在照射的还有一种表现形式是放射源破损或源本身的放射性物质污染了探伤机或其他探伤设备或场所。第四种表现形式是放射源丢失它可以在运输或贮存中发生。这时受照人员不一定是职工。这四种受照途径中第一种是最危险的。第三种发生率不高辐射水平也不会很高。
工业γ射线照相可以分为两种情况:第一种情况是工业照相在一个指定的地点有为此目的而设置的屏蔽设施在这种情况下将准备照相的物体拿到设施中去。第二种情况是工业照相可能在现场的几个点进行。在这种情况下将射线照相设备运到有关现场并且一般情况下没有完善的辐射屏蔽设施。在第二种情况中由于采用的控制、监督和防护设施不同其防护功效也不同。
3.2.1.1 工作场所要求
γ射线探伤工作场所从辐射防护角度出发主要是屏蔽和安全装置。
(1)屏敝要求
γ探伤室应尽量设在单独的房间内。其主屏蔽墙厚度应根据所用辐射源的活度大小和射线能量决定要保证室外公众人员所受剂量不超过相应的限值。在估计公众人员所受的剂量时要同时考虑到穿透防护墙成分和天空散射引起的照射。操作间(操作室)必须与探伤室分开操作室的辐射水平限值一般取2.5μSv/h。为了排除臭氧探伤室应有良好的通风换气次数应不低于3次/h。为了更好地降低工作人员的受照水平使人员入口处的辐射水平更低在不影响工件出入的情况下人员出入通道可采用迷路形式。在设置观察窗时观察窗应具有屏蔽墙相等效果。探伤室门口要有醒目的电离辐射标志、灯光和音响信号门机联锁和安全报警等。
(2)安全装置
γ探伤机的控制台应具有工作信号、源位置显示、联锁装置和紧急终止照射开关并应保证终止照射后放射源能自动回复到安全状态。源处在探伤状态时应保证探伤室内没有人外面的人员进不去。辐射水平的监测仪表探头应设在探伤室内。源处于探伤状态时工作人员进口处应有红灯显示。通常来讲辐射水平仪表与入口的门要联锁即室内辐射水平升高时门开不了人进不去。
使用携带式γ探伤机进行室外操作时为了防止无关人员进入而受到不必要的照射在主射线投照方向应设立半径不小于30米的控制区。控制区边缘的剂量限值可以是20μSv/h 并应设立明显的“辐射危险”等标志必要时设立专人警戒。控制区可以用临时栏杆、绳索或其他障碍物围成。操作人员与探伤源之间应有足够距离防护。如距离防护不能实现则两者之间应有临时屏蔽。
3.2.1.2 源和源容器要求
γ探伤源应符合CB4076-83的各项要求只有这样的源才能经受得起正常运行状况下的磨损和冲击不会使密封性破坏不会造成放射性泄漏和污染。
源容器是探伤源贮于贮藏(非工作状态)位置时的屏蔽设备所以它的屏蔽效能一定要满足要求。源容器上必须装有安全装置。其功能必须达到用专用钥匙打开安全锁后才能进行使用辐射源的操作射线才能从容器的源出入口射出。
γ探伤源一般在使用该核素的3~5个半衰期以后就要更换。更换下来的源应退回生产厂或送专用放射源库存放。如不及时处理会发生事故。 192 Ir探伤源已有专门运输容器该容器的设计和制造已经过专家鉴定可批量生产。
3.2.2 γ近距离治疗的防护
γ近距离治疗技术也称后装置治疗或腔内治疗它是采用了后装源技术。
现在多数单位已采用后装源技术即通常所称“后装机”。“后装”即用外科手术或方法在病人身上放好施用器或针套(金属或塑料管)接上与源库相连的导管病人在屏蔽得很好得治疗室内。工作人员用后装治疗机将源沿导管送到预定的部位对病人患处照射。治疗结束源再经导管由治疗机收回源库。这种操作方式工作人员和病人的不必要受照均较小。但仍需注意检查源输送导管是否畅通?源工作及贮存时是否到位?防止卡源或不到位。不同源应有明显标记防止用错。
这种治疗主要是使用放射源的γ射线一般源做成针状或粒状。(源本身的β射线需被源包壳完全屏蔽)因为体积很小要防止丢失防止源遗留再病人身上或被病人衣物带走。在“后装”的条件下此类情况不易发生。
后装机的机房防护要求类同“4.3.1.2 远距离治疗的防护”的要求。
3.3 小型密封源
3.3.1 特点
3、4、5类密封源均属于含小型密封放射源的仪器或仪表。这种含密封源的仪器或仪表使用的放射源活度远远小于大型辐射装置的源强它们一般都在10 7 -10 10 Bq(毫居里级或居里级)水平。其特点是数量大且应用范围广、流动性强、接触人员多、工作场所和条件千变万化从辐射安全防护的角度来看安全防护容易被忽视工作人员懂得安全防护知识较少容易发生丢源易泄漏造成污染和人员受射线误照事件因此同样是值得重视的。
密封源辐射仪器仪表具有不受环境、温度、气压影响的优越性。同时也具有设备简单、操作方便的特点。其中包括测量物质密度、厚度、料位、物质成分及工业无损γ探伤机等设备。但在不同的场合则有辐射密度计、料位计、核子秤、测厚仪、中子测井仪等。密封源辐射仪表是利用放射性同位素的电离辐射特性的性质制造的质量控制装置。经常用于检验产品质量和控制生产线过程而连续不断地对现代化的、自动化的生产方式进行监测。密封源辐射仪表不需要与被检查物质直接接触就能进行监测所以使用它们来监测高速的生产过程流水线、监测极高温的或含有有害化学性质的物质、监测那些接触会造成损坏的物质以及监测已经包装好的产品。在上述任何监测方式中辐射仪表使用的β、γ射线均不会以任何方式损坏物质或使物质发生变化。
3.4、3.5和3.6节分别介绍3、4、5类密封源的有关仪器和仪表。
3.3.2 防护
使用小型密封放射源的辐射安全防护问题从本质上来说与大型密封放射源并无区别但由于小型密封放射源流动性大屏蔽材料不可能做很厚且放射性活度比较小所以在防护上有关时间、距离的防护显得尤为重要。使用小型密封放射源的防护技术措施有二方面:
3.3.2.1 控制放射源的质与量
这是一种治本的方法即从这种放射性物质对人体的危害大小和进行防护措施的难易出发在不影响使用效果的前提下尽可能以对人体毒性小的放射性核素代替毒性大的;优先选用低活度、短半衰期的放射性核素。较好地控制放射源的质和量以达到防护目的。
3.3.2.2 综合采用时间、距离、屏蔽防护
(1)时间防护:在放射源活度一定距离不变的条件下人体受到外照射的剂量与接触放射源的时间成正比。故在可能的情况下尽量缩短与放射源的接触时间。如事先做好周密的操作计划熟练操作技术也可以几人分段完成操作等都可以减少个人的接触时间。
(2)距离防护:对于点状辐射源人体受到的外照射剂量与其离开放射源的距离平方成反比。即距离加大1倍外照射剂量下降到原来的1/4。若距离加大2倍则外照射下降到原来的1/8。所以在工作中尽可能利用镊子、长柄工具或遥控设备进行操作以达到防护目的。
(3)屏蔽防护:利用射线经过物质可以被减弱的原理在放射源和人体间加上适当材料做成的屏蔽物以减少人体接受的外照射剂量。
3.4 3 类密封源
3.4.1 料位计
γ射线料位计是一种核测控仪器。它是利用γ射线穿透各种物质时受到不同程度的强弱衰减的原理而制成的。根据容器内物料的装料多少不同而对射线吸收程度的不同而确定容器中的物料。诸如液体、颗粒和碎屑等的高度等。它可以安装在被测量的各种形状的容器外部。如:球、罐、料仓、溜槽、管道外。用来检测该容器内储存的液体、浆体、固体物料的位置。这是非接触式和非进入式的测量方法。因此不受被测物料的压力、温度、密度、粘度等参数变化的影响。对于测量高温、高压、易燃、易爆、有毒和腐蚀性的物料是极有用的。这种仪表用在石油工业上可以检测密闭容器内石油产品的水平面;在钢铁工业上可以测量连续铸锭机结晶槽中的钢水线还可以测量炉内焦炭的装填程度;在水泥工业上用来测量料面的高度和控制立窖装料的多少;在航空和宇宙飞船上用来测量飞机或火箭的固体或液体燃料的消耗程度等。
3.4.2 核子秤
利用放射性同位素放射出来的射线通过被测物质时局部被吸收或散射的作用而制造了核子秤。把放射源和射线接收器分别放在传送带的上、下两侧根据射线穿过传送带上物料的计数率便可以连续称出输送物料的重量。物料尺寸越规则、均匀则称量的准确度愈高。它可以用于水泥厂里实现加料的自动控制。还可以用于矿山、港口、煤炭、化工、电力、钢铁、粮仓等行业的皮带运输机在线计量和控制。也可以推广到刮板、螺旋、锚链等多种运输机进行计量。
3.4.3 测井仪
在煤田地质勘探和石油勘探中放射性测井方法获得广泛的应用。它已成为勘探中必不可少的手段之一。
3.4.3.1 在煤田地质勘探中的应用
γ射线测井已得到了广泛应用。其物理基础主要是应用放射性同位素 60 Co、 241 Am、 137 Cs的γ射线的康普顿效应来测定钻井中岩石的散射γ强度而岩石的散射γ强度与其本身的密度有关系。表2列出了岩层中的岩石的密度。
表2 岩层中主要岩石的密度
岩石密度( g/cm 3 )
煤
1.2 ~ 1.6
粉砂岩
2.0 ~ 2.6
砂岩
2.4 ~ 2.7
石灰岩
> 2.7
由表中数据可见:粉沙岩、砂岩、石灰岩的密度都比煤(包括:无烟煤、贫煤、瘦煤、气肥煤和焦煤)的密度高。因此探测时用滑车把带有 60 Co或 241 Am、或 137 Cs的测井仪放入钻井中。在放射性同位素射出的γ射线穿过井壁射进煤层时由于煤的密度小吸收γ射线少散射回来的γ射线多探测器接收后输出的信号电流就强于是
记录仪器上就呈现出信号电流的高峰。反之在记录仪器上就出现了较平缓的曲线。应用这种方法再与其它测井法相结合就可以准确知道煤层位置和煤的厚度。
3.4.3.2 在石油勘探中的应用
在石油勘探部门已经广泛采用中子测井技术勘探石油和天然气。
人们常说的中子测井包括中子-中子测井和中子-γ测井等。中子-中子测井原理是根据中子在重元素相碰撞时便被迅速弹回当它碰到油层或水层等含氢丰富的地层时中子源或中子发生器所放射出的快中子的速度会被减慢并被中子计数器记录下来。另外一种中子-γ测井是当中子源或中子发生器放射出的快中子通过石油、水等含氢丰富的地层时与周围物质的的氢核相碰撞因为氢核和中子的质量差不多。这样经过很短距离中子的速度就被减慢下来变成了慢中子它易被其他物质俘获而产生γ射线而被附近安放的γ探测器接收记录仪上就出现了电流信号的高峰。反之如果岩层中没有石油和水中子就一直穿入地层深处才能被减慢下来被地层原子核俘获因此探测器输出的信号电流就弱根据记录曲线就可推知岩层含氢量的多少依据测得的γ射线强弱程度可以划分出油、气、水层。利用中子-γ测井法检查天然气层的状况是十分有效的。同理中子测井法还可以用来勘探硼、铜、银、锰、钨、汞和稀土元素等矿藏。
采用 252 Cf作为中子源不但可以用它勘探石油同时可以进行海底探矿。而且只需要几微克到几十微克的 252 Cf就足够了。
测井仪在运输过程中需要把仪表和放射源分开。分开(拆卸)放射源和安装放射源的操作要严格禁止用手直接接触放射源。这种操作要使用特殊的长柄操作工具。工具的长度一般在1m左右。
对测井放射源要经常进行泄漏检验防止在使用过程中或运输过程中发生泄漏污染。在运输过程中要注意安全防盗、防丢失以便加强对放射源的管理。
3.5 4 类密封源
3.5.1 厚度测量仪
放射性同位素测厚仪是带有电离辐射源并利用其电离辐射对被测材料的厚度或单位面积质量进行非破坏性测量的装置。只有当被测材料的有效原子序数和密度不变的情况下输出信号才能直接反映几何厚度。放射性测厚仪按辐射方式分类可分为穿透式和反散射式两种。其基本原理是利用放射性同位素放射出的射线通过被测物质时局部被吸收或散射作用而制成的。这些仪表可以自动检测连续生产过程中的金属板、薄膜、纸张和镀层管的厚度。
按所使用放射源的种类测厚仪分为:
• α射线测厚仪;
• β射线测厚仪;
• γ射线测厚仪;
• 轫致辐射测厚仪;
• X射线荧光测厚仪;
测厚仪(厚度计)常用的放射性同位素有 14 C、 60 Co、 85 Kr、 90 Sr、 106 Ru等。反射式测厚仪主要用于测量涂层、镀层、渗层的厚度。
以钢板为例说明测厚仪的工作原理。测厚仪由:①放射源、②探测器、③记录仪表共三部分组成。在测量的时候把放射源放在钢板的一侧在另一侧装上射线探测器(计数器)。当钢板连续不断地从轧辊之间通过的时候放射源放射出的射线就照射到钢板上射线的一部分就被钢板吸收了。没有被钢板吸收的那一部分就透过钢板被探测器接收到并且由记录仪表记录下来。由于探测器接收到的射线强度跟钢板的厚度有直接关系也就是钢板越厚就被钢板吸收的射线越多而探测器接收到的射线强度就越弱;反之钢板越薄被钢板吸收的射线就越少探测器接收到的射线就越强。把探测器输出的信号电流送到自动控制系统自动系统就可以自动调节轧辊之间的距离使得轧出来的钢板合乎厚度要求。放射性同位素有测厚仪不仅能提高生产效率、减轻劳动强度而且还可以提高产品质量、降低废品率。
3.5.2 密度计
根据物质对γ射线的吸收或散射是密度的函数可以应用γ射线源设计出多种形式的放射性同位素密度计。
应用散射法和低能γ源可以提高密度测量的精确度。放射性同位素密度计在化学、橡胶、塑料、造纸、水泥和水文学方面广泛地用来测量和控制各种桨液的密度以及河水中泥沙的含量。同时可以通过测定密度而间接测定出双组分料液的浓度其中某种成分的含量以及两种物料的配比等。
3.5.3 湿度计
中子湿度计是利用中子测量介质中的含水量。可用于铁矿石烧结过程中的测水工艺建筑材料混凝土和料过程含水量测定和沙土中含水量的测定。
中子湿度计由带电缆的探头、湿度批示器和校正器三部分组成。放射源一般为 241 Am-Be中子源固定装在探头内。校正器是用二层铁皮制成的圆形套筒内灌含硼5%的工业石蜡;也有用铝桶加灌聚乙烯制成作为校正湿度计探测效率用。平时带中子源的探头插入校正器内校正器亦起到防护作用。校正器上装有可加锁的装置可将探头锁在校正器内。
如γ射线一样中子是一种穿透力很强的间接电离粒子。
中子源发射出来的中子几乎都是快中子在屏蔽层中主要通过弹性散射和非弹性散射损失能量最后被物质吸收主要放出γ射线。因此中子的屏蔽一般较为复杂除考虑快中子的减弱过程和吸收过程外还应考虑γ射线的屏蔽。
对中子的外照射防护主要是对快中子的屏蔽。中子在物质中的减弱过程基本上与γ射线相似也遵循指数规律。
常用的计算中子屏蔽层厚度的方法也是半值层法。快中子的半值层是指使入射中子的一半慢化到热能状态所需的屏蔽物质的厚度。表3给出了各种屏蔽材料对 210 Po-Be源和 226 Ra-Be源中子的半值层。
表2 各种屏蔽材料对 210 Po-Be源和 226 Ra-Be中子源的半值层(厘米)
屏蔽材料
210 Po-Be
226 Ra-Be
石蜡
6.63
6.30
水
5.36
4.70
12% 硼砂水溶液
5.26
4.65
黄铜
4.85
4.70
钢(冷轧)
4.95
4.98
铅
6.76
6.46
铝
7.82
7.47
聚乙烯(含 8%B 4 C )
4.5
4.0
3.5.4 静电消除仪
在工业生产上由于磨擦或其它一些原因在绝缘物上容易产生静电荷的积累。因此必须及时消除静电否则会降低产品质量甚至造成废品。如果遇到易燃品还会引起火灾。
放射性同位素制造成静电消除器安放在易产生静电的地方。由于静电消除器不断地放射出的射线能使介质(空气)电离这样就在静电的表面与消除器之间形成了通路使积累的静电泄漏或中和从而完成静电消除工作。
大多采用β放射源 147 Pm、 90 Sr- 90 Y、 204 Tl等同位素生产静电消除器。也有使用α粒子作为静电消除器放射源的虽然它的射程短但发射的局部能量较高。
在装有静电消除器的区域工作的人员不会受到有影响的辐射照射但是维修静电消除器的工作人员在短时间内会接受某种程度的受照射剂量。所以维修、安装、保管静电消除器的人员要佩戴个人剂量计并定期监测和建立个人剂量档案。要定期进行从业人员健康体检和建立健康档案。
3.5.5 骨密度仪
骨矿物(密度)仪是由扫描探测系统、测量控制系统及计算机、打印机系统三部分组成。系采用伽玛光子(γ射线)吸收扫描法制造的。扫描探测系统由 241 Am放射性同位素源、NaI探测器、放大器及扫描机架组成。测量控制系统为单道脉冲辐度分析器和步进电机扫描控制器。这两部分都安装在计算机机箱内计算机系统由计算机打印机组成。
人体骨髓被皮肤、肌肉等软组织包绕它本身是一种非均匀的细胞组织因此钙盐(骨盐)含量测定比其他物质的含量测定更为困难和复杂。测量仪对骨盐含量测量时应对整个受测的骨断面进行放射性测量扫描;由于骨髓是一种非均匀体且骨断面是非规则的几何体要求用积分法求得含量的积分值。
伽玛光子(γ射线)吸收扫描法检测骨矿物(钙盐)密度的主要特点是:放射性同位素 241 Am源的物理半衰期长达433年使用寿命长使之仪器和检查费用低;测量精度高(<2%);可以同时测出骨横纶、髓腔内纶皮质厚度骨皮质系数及克/厘米和克/平方厘米的骨盐含量。总之具有价格便宜、操作简单、无需更换放射源和速度快、灵敏度高等优点。而且是一种非损伤性检查方法很适用于骨盐含量的普查及临床研究等应用。
应用骨矿物仪诊断钙磷平衡障碍、营养代谢疾病原发性、继发性骨质疏松结缔组织疾病肾性骨病等疾病是能做到早期发现早期治疗的一种检测手段。使用骨矿物仪的工作人员不能自行拆卸扫描探测系统防止损坏放射源而造成泄漏污染。
3.6 5 类密封源
3.6.1 荧光分析仪
利用放射性同位素作为激发能源使被激发元素产生特征的X射线根据这种原理制造X射线荧光分析仪。
大家知道样品中含有多种元素。在低能γ源或轫致辐射源的照射下当其射线能量大于样品中各元素的特征X射线吸收限以上的能量时使被照射的元素激发各自产生具有一定波长的X射线这些X射线称为“特征X射线”。由于样品中不同元素产生的特征X射线不同能量不同元素含量不同其特征X射线放射性强度也不同。因此根据测量得到的特征X射线的能量和放射性强度便可鉴别出样品中存在的元素及其含量。
放射性同位素X射线荧光分析仪是以非色散分光测定方式为基础的。分析装置由放射性同位素源、X射线探测器和非色散分光谱仪三个部分组成。当特征X射线穿过“过滤片”进入探测器其输出信号接至专用记录仪器从面板上显示出样品计数率或直接显示出其品位值。
放射性X射线荧光分析仪测量元素范围广速度快而准确。在1-2分钟甚至几秒钟内便可获得分析结果。此仪器常用在矿物勘探、采矿、选矿和精矿的快速廉价分析金属深层厚度的测定及对合金进行非破坏性快速分析等。
最常用的低能γ源有 55 Fe、 238 Pu、 109 Cd、 241 Am、 153 Gd、 57 Co和 224 Cm等。
3.6.2 刻度/校正源
此类源比活度较小常用来刻度或校正射线测量仪器或仪表。
3.7 非密封放射源
非密封放射源系指不满足4.3.1中所述条件的放射源。
非密封源工作场所及其安全防护以核医学为例。
核医学职业辐射危害的控制首选应该控制放射源应根据工作的实际需要选择合适的放射性核素及其放射性活度。核医学中的辐射防护需同时控制外照射和内照射。
3.7.1 外照射防护
外照射防护的基本措施有:时间防护、距离防护、屏蔽防护
3.7.1.1 时间防护――减少受照时间
例如操作放射源前宜先进行相同程序的空白操作务求熟练、可靠以缩短实际操作放射性物质的时间。另外尽量缩短在放射性工作场所不必要的逗留时间。
3.7.1.2 距离防护-增大与源距离
通常离开放射性点源的距离增大1倍照射水平可降低到原来的1/4可见只要客观条件允许采用距离防护是十分有效的防护措施。因此除非必要尽量远离体内已有放射性药物的病人特别是核素的治疗病人;操作高活度γ放射源时宜尽量使用长柄器械。
3.7.1.3 屏蔽防护-设置防护屏障
当时时间防护、距离防护无法奏效时则在放射源和操作者之间需设置一定厚度的防护屏障并且应该靠近放射源。
屏障的材料和厚度则取决于所用放射性核素的类型和活度。
对于β放射性核素防护屏障的材料宜首选普通的有机玻璃以吸收β粒子。如果β粒子的最大能量是E(MeV)则所需有机玻璃的厚度d可用下列公式算得:
d(cm)=E(MeV)/2.36
β粒子在屏蔽材料中会产生x射线(即:轫致辐射)且β粒子能量越高屏蔽材料原子序数越大产生的x射线数量越多因此为减少次级x射线对操作人员的照射在β源高活度、高能β源的情况下在普通有机玻璃靠近操作人员的一侧不防再加2mm厚的铅玻璃。
对γ放射源屏蔽材料通常选用铅玻璃其厚度则取决于所操作的放射性核素的类型和活度。典型的屏蔽要求是把辐射照射水平降低到原来的1/1000即屏蔽厚度相当于十个半价层(ICRP57)。
3.7.2 内照射防护
控制污染、防止扩散是内照射防护的基本原则。基本措施包括:围封包容、保持清洁、及时去污、个人防护、慎处废物。
3.7.2.1 核医学设施的基本要求
核医学工作人员面临的辐射危害及其对核医学设施的基本要求取决于操作的放射性核素的种类和数量以及对核素的操作性质。除此之外工作场所应当宽广、明亮。洗手设施应放在工作场所的出口附近中、高放工作场所应配备不用手开关的龙头及手纸或吹干机下水尽可能与主下水道相连废水管道应加标记以便识别和监测。长寿命放射性洗涤废水宜用专门的延时水池单独收集经相关部门批准后方可排放,
时代维氏硬度计尽量缩短排放管道并以大流量方式排放。通风柜、手套箱的排气出口与任何干净空气入口的距离应在10米以上。
为减少对工作人员造成污染的可能服用放射性药物病人不宜与工作人员使用同一个厕所。应该为核医学检查病人设置单独的候诊场所它宜靠近放射性药物给药地点和核医学计数、成像室地点。
3.7.2.2 开放型放射性物质的操作要求
放射源必须严加保管、建立台帐、随时记录。放射源容器应有明显可见的辐射危害标志写明核素种类、活度和日期。储存放射源的设施或保险柜应有足够的辐射屏蔽内部宜加分隔以方便存取、减少照射。
启封、分装放射源的场所宜配备监测仪器以便核对容器内核素的种类和活度并及时发现容器严重的表面污染。
操作开放型放射源必须在填有一次性使用的吸收材料的盘子内进行;同样给病人注射放射性药物时在注射部位下方也应放置一次性使用的吸收材料以防可能发生的污染。
操作开放型放射性物质时必须穿着必要的防护衣具无论皮肤、台面、地板发生放射性污染必须及时去污、清洗;牢记:防止放射性污染的积累是内照射防护的关键。
废物管理的基本原则是:减少产生、分类收集、暂存浓缩、加强监管、恰当处置、安全排放。放射性废物宜按相关核素寿命的长、短分别收集;污染的针状、破碎的玻璃器皿必须放在不易破裂的专门容器内。应注意:盛放废物的容器要有足够的辐射屏蔽同时废物应及时送到废物储存场所目的在于减少操作人员不必要的附加照射。固体废物送入储存场所前应该双重、密封包装做好标记说明日期和内容物性质。
废物储存场所应便于工作人员出入有足够空间、无缝地表、良好通风配备清洗去污和安全防范设施场所中心最好有下水管道以便清洗去污。
碘易挥发以致可能吸入同时碘又能通过完好皮肤进入体内因此必须在通风柜内进行碘操作。为及时了解工作人员碘污染水平应定期监测碘操作人员的甲状腺。女性工作人员若已发现怀孕应及时申明科室领导对孕妇应该另作工作安排。
3.8 放射性同位素的贮存和废物管理
3.8.1 放射性同位素贮存
3.8.1.1 放射性物质
1) 放射性物质的贮存容器或保险箱应有适当屏蔽。放射性物质的放置应合理有序易于取放每次取放的放射物质应限于需要的那部分。
2) 放射性物质的贮存室应定期进行剂量监测无关人员不得入内。
3) 贮存和运输放射性物质时均应使用专门容器。取放容器中内容物时不应污染容器。容器在运输时应有适当防护。
4) 贮存的放射性物质应及时登记登记内容包括生产单位、到货日期、核素种类、理化性质、活度和容器表面擦抹试验结果。
3.8.1.2 密封源
1) 根据密封源类型、数量及总活度应分别设计安全可能的贮源室、贮源柜、贮源箱等相应的专用贮源设备。
2) 贮源室必须符合防护屏蔽设计要求确保周围环境安全贮源室应有专人管理。
3) 有些贮源室需建造贮源坑根据存放密封源的最大设计容量确定贮源坑的防护设施贮源坑应保持干燥。
4) 贮源室应设置醒目的“电离辐射”标志严禁无关人员进入。
5) 贮源室应有足够的使用面积便于密封源存取;并应保持良好的通风和照明。
6) 贮源室以及贮源柜、箱等均应有防火、防水、防爆、防腐蚀与防盗等安全设施。
3.8.2 放射性废物管理
放射性废物应按GBZ133-2002《医用放射性废物管理卫生防护标准》进行管理其主要管理制度如下:
3.8.2.1 有专(或兼)职废物管理人员负责废物的收集、分类、存放和处理。废物管理人员应熟悉废物管理原则和掌握剂量监测技术。
3.8.2.2 设废物存贮登记卡废物主要特性和处理过程应记录在卡片上并存档备案。
3.8.2.3 必须有预防发生废物丢失、被盗、容器破损和灾害事故的安全措施贮存室的显著位置应设安全警戒信号。
3.8.2.4 密封放射源的废弃和处理必须履行登记手续并存档备查。
3.8.2.5 废物管理人员作业时必须使用个人防护用具和防护设施,防止超剂量照射。