【学习目标】
1.了解辐射防护的原则。
2.熟悉剂量限制体系。
3.掌握辐射防护的计算，能确定射线检测控制和监督区。
【任务描述】
1.球罐参数简介
空分装置524m3中压氮气球罐内径为10000mm，球壳板材质为07MnCrMoVR，球壳公称厚度为42mm，属于Ⅲ类压力容器。球罐本体球壳板组对对接焊缝长220m，球罐组焊完毕按要求需对该部分焊缝进行100%射线检测。该球罐无损检测由某检测有限公司负责施工，现场采用γ射线全景曝光技术透照。
2.γ射线源选择及使用时间
γ射线源选用Ir192，2014年7月20日测量活度为（120.2±2）Ci。Ir192射线源使用时间为2014年7月21日—2014年7月25日。
γ射线检测是球罐工程施工中常用的无损检测手段，γ源辐射射线穿过空气时能使空气的分子发生电离，辐射作用于生物体时能造成电离辐射，这种电离作用能够杀伤生物细胞，破坏生物组织，造成生物体的细胞、组织、器官等损伤，引起病理反应。因此，为保障射线作业人员自身及公众的健康和安全，要求在施工作业前对γ射线施工作业现场进行γ射线检测安全距离的测定，以确保作业人员及公众不受γ射线电离辐射伤害。
本任务的要求是计算该球罐γ射线检测的安全距离。
【相关知识】
一、辐射防护的目的
1）防止发生有害的确定性效应。
2）限制随机效应的发生率，使之达到被认可接受的水平。
二、辐射防护中遵循的原则
（1）正当化原则 在任何包含电离辐射照射的应用实践中，必须保证这种应用实践对人群和环境产生的危害小于这种应用实践给人群和环境带来的利益，否则这种应用实践是不应该实施的。
（2）最优化原则 避免一切不必要的辐射照射，任何包含电离辐射照射的应用实践，在符合正当化原则的前提下，应保持在可以合理达到的最低辐射照射水平。
（3）限值化原则 在符合上述正当化与最优化原则的应用实践中，应保证个人所受到的照射剂量当量不超过规定的相应限值。
三、剂量限值规定
我国现行放射防护标准GB18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》有以下规定。
1.职业照射剂量限值
对任何工作人员的职业照射水平进行控制，使之不超过下述限值：
1）由审管部门决定连续5年的年平均有效剂量（但不可作任何追溯性平均），20mSv。
2）任何一年中有效剂量，50mSv。
3）眼睛体的年当量剂量，150mSv。
4）四肢（手和足）或皮肤的年当量剂量，500mSv。
2.公众照射剂量限值
1）年有效剂量，1mSv。
2）特殊情况，如果5个连续年的平均剂量不超过1mSv，则某一年份的有效剂量可提高到5mSv。
3）眼睛体的年当量剂量，15mSv。
4）皮肤的年当量剂量，50mSv。
四、辐射防护的基本方法和防护计算
对于射线检测人员，主要考虑的是外照射的辐射防护，通过防护控制外照射的剂量，使其保持在合理的最低水平，不超过国家辐射防护标准规定的剂量当量限值。射线防护的主要方法是时间防护、距离防护和屏蔽防护，俗称为射线防护的三大方法，其原理如下：
1.时间防护
在辐射场内的人员所受照射的累积剂量与时间成正比，因此，在照射率不变的情况下，缩短照射时间便可减少所接受的剂量，或者人们在限定的时间内工作，就可能使他们所受到的射线剂量在最高允许剂量以下，确保人身安全（仅在非常情况下采用此法），从而达到防护目的。时间防护的要点是尽量减少人体与射线的接触时间（缩短人体受照射的时间）。
因为剂量=剂量率×时间，因此可根据照射率的大小确定允许的受照射时间。
【例】射线检测工作人员所处位置在有辐照的情况下剂量率为50×10-6Sv/h，按不超过年有效剂量限值50mSv计算，如果每年按照50周考虑工作时间，则每周的剂量当量限值为1mSv=1×10-3Sv，则工作人员每周可工作的小时数是多少？
解：剂量=剂量率×时间，即
P=P′t
所以
t=1×10-3Sv/（50×10-6Sv/h）=20h
答：工作人员每周可工作20h。
2.距离防护
增大与辐射源间的距离可以降低受照剂量。这是因为，在辐射源一定时，照射剂量或剂量率与离源距离的平方成反比，即
D1/D2=R22/R21（7-8）
式中 D1——距射线源R1处的剂量或剂量率，Gy或Gy/h；
D2——距射线源R2处的剂量或剂量率，Gy或Gy/h；
R1——辐射源到1点的距离，m；
R2——辐射源到2点的距离，m。
从式（7-8）可见，当距离增加一倍时，剂量或剂量率减少到原来的1/4，其余依此类推。在实际工作中，为减少工作人员所接受的剂量，在条件允许的情况下，应尽量增大人与辐射源之间的距离，尤其是在无屏蔽的室外工作时，应尽量利用连接电缆长度达到距离防护的目的。无论何时何种情况，不得用手直接抓取放射源。
【例】 辐照场中距离射线源2m处的剂量率为90×10-6Sv/h，射线检测工作人员每周工作时间如果是25h，按规定，为了限制随机效应的发生率，年剂量当量限值为50mSv，如果每年按照50周考虑工作时间，则每周的剂量当量限值为1mSv=1×10-3Sv，则工作人员与射线源的最小距离应为多少？
解：已知D1=90×10-6Sv/h，R1=2m，工作人员按照标准规定在距离射线源某处时每小时允许接受的剂量率为
D2=1×10-3Sv/25h=40×10-6Sv/h
根据平方反比定律D1/D2=R22/R21，有
90×10-6/40×10-6=R2
2/（2m）2
则R2=3m
答：则工作人员与射线源的最小距离应为3m。
3.屏蔽防护
射线穿透物质时强度会减弱，一定厚度的屏蔽物质能减弱射线的强度，在辐射源与人体之间设置足够厚的屏蔽物（屏蔽材料），便可降低辐射水平，使人们在工作中所受到的剂量降低到最高允许剂量以下，确保人身安全，达到防护的目的。屏蔽防护的要点是在射线源与人体之间放置一种能有效吸收射线的屏蔽材料。
（1）屏蔽方式 根据防护要求的不同，屏蔽物可以是固定式的，也可以是移动式的。属于固定式的屏蔽物有防护墙、地板、天花板、防护门等，属于移动式的屏蔽物有容器、防护屏及铅房等。
（2）屏蔽材料 用作X射线和γ射线的屏蔽材料是多种多样的。理论上讲，任何材料对射线强度都有程度不同的削弱，但原子序数高的或密度大的防护材料，其防护效果更好。在实用中，铅和混凝土是最常用的防护材料。总之，屏蔽材料必须根据辐射源的能量、强度、用途和工作性质来具体选择，同时还必须考虑成本和材料来源。
（3）屏蔽防护的近似计算 利用半价层近似计算屏蔽层厚度。所谓半价层是指X射线、γ射线照射率或照射量减弱一半所需屏蔽层厚度，常用符号T1/2表示。同理可定义1/10价层厚度T1/10，后者是指将入射X或γ光子的照射量（或照射率）减弱到1/10所需的屏蔽层厚度。
T1/2和T1/10之间有下列关系：
T1/2=0.301T1/10（7-9）
T1/10=3.32T1/2（7-10）
利用半价层计算屏蔽层厚度的公式为
I0/I=2n
d=nT1/2（7-11）
式中 I0——屏蔽前的辐射线强度，R；
I——屏蔽后的辐射线强度，R；
n——半价层个数；
d——屏蔽层厚度，cm；
T1/2——半价层厚度，cm。
计算步骤如下：
1）求出屏蔽前的射线强度。
2）确定屏蔽后的安全剂量。
3）根据屏蔽要求，求出n值。
4）根据射线能量和屏蔽物质的种类由表7-4和表7-5查出T1/2值。(www.xing528.com)
表7-4 γ射线半价层T1/2的厚度值
表7-5 宽束X射线在铅和混凝土中的近似半价层厚度T1/2和1/10价层厚度T1/10
5）求出d=nT1/2。
【例】 距离250kVX射线机一定距离处测得照射率为200mR/h，若要将该点的照射率降到10mR/h，试估算所需混凝土屏蔽厚度。
解：减弱倍数K=200/10=20=2n，则
n=lg20/lg2=4.3
即需4.3T1/2，由表7-5查得250kV时混凝土的T1/2=2.8cm，所以混凝土屏蔽层的厚度为4.3×2.8cm=12cm。
答：所需混凝土厚度为12cm。
应该指出，利用半价层计算屏蔽厚度虽然简单方便，但只是一种近似算法。无论对于单色射线还是连续射线，只要有散射线存在，就属于宽束的情况，其半价层就不是固定数值。半价层厚度随防护层厚度的增加而增加。但在厚度很大时，半价层的厚度不再随防护层厚度的增加而增加。因此，根据所需半价层的数目计算出的防护层不够准确。
4.照射量的计算
照射量与放射性强度的关系式为
P=KγAt/R2（7-12）式中 P——照射量，R；
A——放射性强度，Ci；
Kγ——照射率常数，R·m2/（h·Ci）；
R——到射线源的距离，m；
t——受照时间，h。
同理，照射率与放射性强度的关系式为
P′=AKγ/R2（7-13）
Kγ是放射性同位素本身的一种属性，表示从1Ci点源释放出的未经过滤的γ射线在距源1m处所造成的照射率（R/h），Kγ的单位为R·m2/（h·Ci）。射线检测中常用γ射线源的Kγ值列于表7-6中。
表7-6 常用γ射线源的Kγ值
前面列出的照射量（或照射量率）与放射性强度的关系式的适用条件是，放射源必须是点源。所谓点源是指测量点到源的距离（R）应至少比源的尺寸大5～10倍，满足此条件即可把源看作点源。
【例】 有一个Co60源放射性强度为5Ci，在距源5m处有一个工作人员工作，问工作人员所在处的照射率是多少？
解：
已知A=5Ci，R=5m，从表7-6中查得Kγ=1.32R·m2/（h·Ci），由P′=AKγ/R2得
P′=（5×1.32/52）R/h=0.26R/h
答：工作人员所在处的照射率是0.26R/h。
【任务实施】
一、γ射线防护区域划分
1）γ射线源放置在球罐中心，进行γ射线全景曝光；进行检测作业前，必须先将工作场所划分为控制区和监督区两个安全防护区，安全防护区要放置警戒灯，由专业人员警戒监护。
2）监督区位于控制区外，允许有关人员在此区活动，培训人员或探访者也可进入该区域。其边界外空气比释动能率应不大于2.5μGy/h，边界处应有“当心，电离辐射！”警示标志，公众不得进入该区域。
3）控制区是专业人员控制范围，只允许专业检测作业操作人员在此区活动，边界外空气比释动能率应不大于40μGy/h。在其边界必须悬挂清晰可见的“禁止进入放射性工作场所”警示标志。未经许可人员不得进入该范围。
二、控制区、监督区的距离计算
（1）控制区、监督区的距离计算公式 控制区、监督区的距离计算公式为
RX=[AKγ/（P2δ/Th）]1/2
式中 RX——安全距离，m；
A——射线源活度，Bq；
Kγ——照射率常数，对于Ir192为32.9×10-16C·m2/（kg·h·Bq）；
δ——透照厚度，cm；
Th——半值层，cm；
P——安全剂量限值。
（2）监督区距离计算 已知：A=120.2Ci=120.2×3.7×1010Bq=4.45×1012Bq，Kγ=32.9×10-16C·m2/（kg·h·Bq），δ=4.2cm，Th=1.03cm，监督区边界空气比释动能率为
P=2.5μGy/h=2.5×2.58×10-8C/（kg·h）=6.45×10-8C/（kg·h）
代入公式计算得
RX=[4.45×1012×32.9×10-16/（6.45×10-8×24.2/1.03）]1/2m
RX=119.11m
（3）控制区距离计算 控制区边界空气比释动能率为
P=40μGy/h=40×2.58×10-8C/（kg·h）=1.032×10-6C/（kg·h）
代入公式计算得
RX=[4.45×1012×32.9×10-16/（1.032×10-6×24.2/1.03）]1/2m
RX=29.77m
三、防护设置
现场按照计算得到的监督区、控制区距离进行防护区设置，在γ射线源作业时，在监督区距离用射线报警器测量，结果监督区边界剂量（边界外空气比释动能率）符合要求。
【知识拓展】
γ射线源安全防护措施如下：
1）从事γ射线作业的人员，除了必须具有政府劳动部门组织考核颁发的资格证书外，还必须经过政府部门放射卫生防护知识培训取得合格证和经过单位劳资处、安全处的安全操作训练，并具备射线源泄漏事故的应急处理能力。凡未经以上培训或培训不合格者不准上岗。
2）γ射线作业人员需经职业防护部门体检合格后方可上岗，有职业禁忌症的人员严禁从事射线检测作业。
3）在现场进行检测作业时，操作人员应提前填写现场γ射线检测作业通知单，按通知单内容实施。
4）在工作现场，每次工作开始前，应根据射线源强度大小，并结合现场实际情况，划出安全防护区范围界线。
5）射线作业人员必须在安全防护区界线四周设置警戒标志，并设专人监护，防止其他人员进入安全防护区界线内。
6）白天设置带有红、黄小旗的警绳，其中黄色小旗上写着“射线作业，注意安全”字样，绳子距地面高度为80～100cm。
7）夜间工作时，除警绳外还需要设置警灯，均匀分布在安全防护区界线四周。
8）操作前应检查主机、附件、备件是否完好；γ射线机应用剂量仪测试γ射线源是否在主机内，屏蔽是否良好；特别要注意检查管（缆）和输源导管有无砸扁、伸缩性能、管内是否有异物或毛刺等、接头是否有磨损或弯曲，若有异常，必须在修复合格后才可使用。严禁设备及附件带“病”作业。
9）γ射线机每天工作结束后，必须将装有射线源的主机送回固定的源库内，不允许在现场存放。
10）使用γ射线机作业时，必须配置剂量仪，对整个工作过程进行不间断监测。
11）剂量仪按规定定期送有关部门进行校验，确保数据的准确性和可靠性。
12）操作人员接受的剂量不得超过国家标准规定，操作人员应具有明确的自我防护意识。
13）正常情况下，射线作业人员接受的剂量应控制在1mSv/a之内。
14）操作人员工作时，必须穿个人防护服和佩戴个人剂量报警仪。工作时佩戴个人剂量元件牌，并定期交回职业防护部门。
15）γ射线作业人员应定期进行职业性体检，体检不合格者应给予适当的处理或脱离射线作业岗位。
16）γ射线源应统一存放在γ射线源库的专用储源箱内，并不得与易燃、易爆和腐蚀性物质一起存放。
17）γ射线源由专人保管，源库门设两道安全锁，钥匙必须由两人分别保管，两人同时到场方可开门取源。
18）γ射线源出入库必须严格执行领用、交接制度，认真做好登记、签字和记录。
【任务评价】
辐射防护评分标准见表7-7。
表7-7 辐射防护评分标准
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