探伤室屏蔽设计.docx

探伤室屏蔽设计宋世桥(广东申菱空调设备有限公司 ,广东顺德528313)摘要 : X 射线探伤室屏蔽设计对保障人员辐射安全意义重大 。介绍了探伤室的墙体 、屋顶 、 铅门和通风等的结构设计 ,计算了设计材料的理论厚度 。测试了一般工况下探伤室内不同监测点 的辐射剂量 。实际测试表明 ,采用砖混结构与铅门相结合的设计方案 ,可有效屏蔽辐射及散射的 X 射线 ,满足理论计算及安全防护标准的要求 。关键词 : X 射线检测 ;探伤室 ;屏蔽方案 ;辐射剂量文章编号 :100026656 (2008) 0120045203中图分类号 : T G115 . 28文献标识码 : ADesign of Shiel ding Room of X Ra diogra phic TestingSONG Shi2Qiao( Gua ngdo ng Shenling Air2co nditio ning Equip ment Co . , L t d , Shunde Gua ngdo ng 528313 , China)Abstract : The de sign of shielding roo m of X radio grap hic testing i s ver y impo rta nt fo r a ssuring t he p er so nnelsaf et y. The st r uct ure design such a s wall , roof , Pb gate a nd ventilatio n wa s int ro duced , t he t hickne ss of each material wa s calculated. The radiatio n do se at diff erent locatio n in t he detecti ng roo m wa s te sted at o r dina ry wo r king co nditio n. Practical te sting sho wed t hat , t he de sign pla n using brick s and Pb gat e co uld shiel d t he radiatio n a nd scat tering ray eff ectively , and it met t he requirement s of t heo retical calculatio n and saf et y a ssura nce sta nda r d.Key words :X radio grap hic te sting ; Detecting roo m ; Shielding pla n ; Radiatio n do se1X 射线探机以使用 XXQ2505 型 X 射线探伤机为例 , 其主3理论屏蔽厚度要求透射量计算有用 X 射线的最大允许透射量 B 的计算为 1 :3 . 1要技术参数为交流电源 220 V ,频率 5060 Hz ,管电压 150250 kV ,管电流 5 mA ,灵敏度 1 . 8 % ,阳 极钨靶焦点 2 . 0 mm 2 . 0 mm ,辐射角 40 ,漏射线(距焦点 1 m 处空气比释动能率) 2 . 5 10 - 3 Gy/ h 。2PdB =W U T式 中 P 为 周 剂 量 限 制 , 工 作 人 员 要 求 P =1 m Sv/ 周 ,非工作人员要求 P = 0 . 02 mSv/ 周 ; d 为 参考点 ( 防护墙) 到焦点的距离 ; W U T 为有效工作负荷 , W 为周工作负荷 , mA mi n/ 周 ; U 为利用因 子 , 设 U = 1 ; T 为居留因子 , 设 T = 1 。以管电流 I = 5 mA ,每周工作 5 d ,每天工作6 h(指高压通电时间) , 参考点与源的距离为 3 m 计 ,工作人员 P = 1 m Sv/ 周计算可得 :W = It = 5 5 6 60 = 9 000 mA mi n/ 周探伤室主要尺寸2根据被检制冷装置用压力容器的产品特点 ,确定 XXQ2505 型 X 射线探伤室主要尺寸为工作房间7 . 3 m 4 . 7 m 5 . 0 m ,探伤室大门 3 . 2 m ( 宽) 3 . 15 m (高) ,探伤室小门 0 . 8 m (宽) 2 . 0 m (高) ,另有通排风孔道以及水 、暖管和电缆过墙沟 。= 9 000 1 1 = 9 000 mA mi n/ 周收稿日期 :2007208229作者简介 :宋世桥 ( 1960 - ) , 男 , 工程师 , 主要从事压力容器设 计 、审核及无损检测工作 。W U T22= Pd = 1 3 B=W U T 9 000452008 年 第 30 卷 第 1 期ND T 无损检测宋世桥 :探伤室屏蔽设计1 . 0 10 - 4 mSv m2 mA mi n - 1由图 1a 查出 250 kV 管电压下的初级防护屏蔽 材料混凝土厚度为 37 c m ,由图 1 b 查得铅的厚度为0 . 75 cm 。取 2 倍安全系数 ,可分别加上一个半价层 厚度 。从不同管电压下混凝土和铅的半价层 ( 表 1)查得 , 250 kV 管 电 压 下 混 凝 土 半 价 层 厚 度 为2 . 8 c m ,铅半价层厚度为 0 . 086 c m ,由此可得实际 所需墙壁的混凝土厚度为 :37 cm + 2 . 8 cm = 39 . 8 c m = 398 mm实际所需铅门的铅厚度为 :0 . 75 cm + 0 . 086 cm 0 . 8 c m = 8 mmd混凝土 ,钡粉水泥 ( 钡粉 水泥 = 4 1) 的等效混凝土为d 土 , 其 等 效 值 计 算 公 式混凝为 :砖d= d=混凝土砖混凝土2 050( 200 + 200)=2 350349 mmd水泥 + d钡粉 钡粉图 2 墙体结构示意图d =混凝土混凝土4 5004 + 16 = 35 mm2 350则总混凝土厚度为 :d总混凝土 = d混凝土 + d混凝土 + d 土混凝=349 + 100 + 35 = 484 mm 398 mm由此可见砖混结构墙厚 520 mm 时可满足屏蔽 防护要求 。4 . 2屋顶结构设计探伤室屋顶为 200 mm 厚 ,全浇钢筋混凝土 ,满 足屏蔽防护要求 。4 . 3电动铅门厚度设计电动铅门结构设计为 2 mm 厚钢板 + 6 mm 厚 铅板 + 槽钢骨架 + 6 mm 厚铅板 + 2 mm 厚钢板 ,其铅板总厚度达 12 mm 8 mm ,满足屏蔽防护要求 。(a) 穿过混凝土( b) 穿过铅图 1 不同管电压的宽束 X 射线穿过不同材质后在 1 cm 处的透射曲线表 1 不同管电压铅和混凝土的半价层通风设计5cmX 射线照射空气时可使空气产生臭氧和氮氧化物 ,空气中臭氧浓度限值为 0 . 1 pp m ,氮氧化物浓度 限值为 5 pp m 。为了有效排除有害的臭氧和氮氧化物 ,采取地沟抽排风设计 。为控制探伤室的抽排速率在 36 m3 mi n - 1 ,选取 3 k W 抽风机 。6屏蔽效果监测与分析6 . 1监测试验探伤室竣工后按图 3 布置监测点 ,测量在一般3 . 2屋顶混凝土屏蔽层厚度设 X 射线机探伤时不直接对屋顶照射 ,只有漏 射线和散射线对屋顶照射 。由文献 2 中表 925 可得散漏射线在周剂量限值以下并与源相距 4 m 时所需混凝土厚度为 130 mm 。探伤室屏蔽结构设计44 . 1四周墙体结构设计墙体 结 构 见 图 2 设 砖 的 等 效 混 凝 土 厚 度 为图 3 屏蔽效果监测布置462008 年 第 30 卷 第 1 期管电压铅的混凝土的/ kV 半价层半价层管电压铅的混凝土的/ kV 半价层半价层50 0 . 005 0 . 470 1 . 075 0 . 015 100 0 . 025 1 . 6125 1 . 9150 0 . 029 2 . 2200 0 . 042 2 . 6250 0 . 086 2 . 8300 0 . 17 3 . 0400 0 . 25 3 . 0500 0 . 31 3 . 6ND T 无损检测宋世桥 :探伤室屏蔽设计3 1 . 6 10 - 7 = 4 . 8 10 - 7 ( Gy)6 . 2 . 2人体组织所吸收的年当量剂量 每小时人体所吸收的当量剂量为 :工况 (230 kV ,5 mA) 和关机下的辐射剂量 ,监测结果见表 2 。表 2 不同位置一般工况下的辐射剂量率监测结果- 7 ()H T = W R D TR = 1 4 . 8 10Sv=R4 . 8 10 - 4 ( m Sv)式中H T 辐射 R 在某个组织或器官 T 中的当 量剂量 ;W R 辐射 R 的辐射权重因子 , 对于光子 ,所有能量范围 W R = 1 ;D T R 辐射 R 在组织或器官 T 内产生的吸 收剂量 ,每小时 D T R = 4. 8 10 - 7 Gy 。人体组织的年当量剂量为 (一年 50 周计) :6 . 2 屏蔽防护安全性分析6 . 2 . 1实测人体组织可能受到的最大吸收剂量率 由监测结果得知 1 号人员操作位置处开机的最大 X 辐射剂量率为 141 n Gy/ h , 该处每小时的照射量可以通过照射量与吸收剂量的关系进行换算 ,然 后再计算出人体组织每小时可能受到的最大吸收剂 量 ,即 :(1) 每小时的照射量为 :D空气 = 33 . 72 P空气- 4H T = 4 . 8 105 6 50 = 0 . 72 ( m Sv)6 . 2 . 3人体组织所吸收的年有效剂量人体组织所吸收的年有效剂量为 :W T H T= 0 . 72 m SvE =T式中 W T 为组织或器官 T 的组织权重因子 , 此处人 体整个组织的权重因子为 1 。计算得 E = 0 . 72 m Sv 50 mSv ,满足个人防护 安全要 求 。按 GB/ T 17150 1997放 射 卫 生 监 测 规范 第 1 部分 :工业 X 射线探伤标准 ,本探伤室周 围非放射工作人员居留侧辐射水平 2 . 5 Gy/ h ,放射工作人员居留侧辐射水平最大值 141 n Gy/ h 25 Gy/ h ,满足屏蔽防护要求 。- 9= D空气 = 141 10= 4 . 2 10 - 9P空气33 . 7233 . 72式中D空气 空气中的吸收剂量 , Gy ;P空气 空气的照射量 ,C k g - 1 。(2) 人体组织每小时所受到的吸收剂量为 :en物质 D空气D物质=f P空气en空气结束语射线防护屏蔽厚度与源的种类 (能量 、活度) 、操 作点与源的距离以及屏蔽材料有关 。根据工作环境 场所不同 ,可建造移动式铅房或固定式探伤室 ,墙体 可采用砖墙 、砖混和铅墙等结构 。笔者通过探伤室 屏蔽设计和建造的实践 ,认识到探伤室墙体采取砖 混结构可减少建造费用 ,达到全浇混凝土结构的安 全防护目的 。但是采取砖混结构时应当注意 ,使用 无孔密实的灰砂砖 ,砌砖不得留有砖缝 ,必须严格施 工监督和验收 ,否则将减少局部的墙体厚度而失去 屏蔽防护的作用 。7式中enD物质 受照射物的吸收剂量 , Gy ;物质的质能吸收系数 ;物质空气的质能吸收系数 ;空气f 换算因子 , Gy kg C - 1 。en因为人体组织由水 、肌肉和骨骼组成 。监测时用 230 kV 射线照射的能量是 0 . 23 MeV 时 ,可由不 同光子能量 ,几种物质的 f 值表查得水 、肌肉组织 、骨 骼 的 换 算 因 子 分 别 为 37 . 5 , 37 . 2 和37 . 8 ( Gy Kg C - 1 ) 。则人体各组分每小时所受到 的吸收剂量分别为 :D水 = f P = 37 . 5 4 . 2 10 - 9 1 . 6 10 - 7 ( Gy) D肌肉 = f P = 37 . 2 4 . 2 10 - 9 1 . 6 10 - 7 ( Gy) D骨骼 = f P = 37 . 8 4 . 2 10 - 9 1 .