全 文 ：　文章编号 :100028551 (2002) 0220089204
小型钴源扩容屏蔽防护技术与环境评价
陈美红　熊志勋　谢吉平
(宁夏农林科学院原子能应用研究室 ,宁夏 银川　750002)
摘　要 :总结了宁夏农林科学院60 Co 辐照室 1997 年成功进行了扩容倒装源的经过 ,论
述了扩容方案、防护屏蔽、安全操作程序、剂量监检及注意事项。
关键词 :钴源扩容 ;操作程序 ;剂量监测
收稿日期 :2000203216
作者简介 :陈美红 (1956～) ,女 ,宁夏农林科学院副研究员 ,从事辐射加工及土壤农化研究工作
1997 年经专家论证后 ,宁夏农林科学院扩容倒装源开始实施 ,在实施进程中 ,严格按操作
程序作业 ,并由主管部门负责现场剂量监测 ,顺利地完成了各项任务 ,扩容倒装的各项指标均
符合国家有关规定标准。现将我们的操作介绍如下。
1 　钴源扩容方案和防护屏蔽计算
原辐照室内径为 6m、高 415m 的圆形筒体 ,顶厚 113m。中心有 115 ×115 ×410m 贮源及防
护水井 1 口 ,S 形迷道宽 111m ,总防护厚度 115m～117m ,有进、排风口等设施。计划在此基础
上扩建成源活度 100kCi 的中型辐照室 ,设计要求工作人员和周围居民受照射剂量当量极限不
超过 215 ×10 - 2 mSv·h - 1和 215 ×10 - 3 mSv·h - 1 ,居留因子 q = 1 ,并取 2 倍安全系数。据此对钴源
室屏蔽进行了计算。
111 　辐照室防护厚度
根据马崇智等报道[1～4 ] ,当观察点到源的距离比源的线性长度大 5～10 倍时 ,可把源看成
点状源。为了使某一指定点上由辐射源造成的剂量率 ÛH (d) 在中华人民共和国 GB4792284 所
规定的可以接受的上限 ÛH1·h限值内 ,即 ÛH( d) ≤ÛH1·h (1)
　　对于平均能量 Er = 1125MeV ,60 Co 辐射源 H(d)为 : ÛH(d) = AJQNffeΠr2 K (2)
　　由 (1) 、(2)式得 : K≥AJQNffeΠH1·hr2 (3)
式中 ,K是减弱倍数 ;A 是60 Co 辐射源活度 (Ci) ;J 是照射量率常数 ,J = 1132R·m2·h - 1 ·Ci - 1 ;Q
是射线品质因数 ,Q = 1 ;N 是修正系数 ,N = 1 ;f 是吸收量与照射量的转换系数 ,f = 9157 ×10- 3
GY·R - 1 ;fe 是安全系数 ,根据国家规定 fe 取 2 ; ÛH1·h是国家规定钴室外周围公众居民年剂量当
量极限 ,ÛH1·h = 5mSv·a - 1 = 215 ×10 - 6 Sv·h - 1 (按 1a = 2000h) ;r 是辐射源到参考点的距离 (m) 。
将 A = 1 ×105 Ci ,r = 415m(筒体半径 310m + 防护墙 115m)代入 (3)得 :
K = 1 ×10
5 ×1. 32 ×1 ×1 ×9. 57 ×10 - 3 ×2
2. 5 ×10 - 6 ×4. 52 = 5. 0 ×10
- 7
　　查表得混凝土墙厚度为 175cm( < 190cm 的实际施工厚度) 。(若取 fe = 5 , K = 1125 ×10 - 6 ,
查表得混凝土墙厚度为 190cm ,即需要实际增加屏蔽厚度Δd = 190 - 150 = 40cm) 。根据辐照室
98　核 农 学 报　2002 ,16 (2) :89～92Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
多次实际监测结果 ,通风道部位需再增加 3 个半吸收厚度约 20cm。
112 　辐照室房顶屏蔽
对于γ射线辐照室房顶的屏蔽厚度 ,可用公式计算透射量 Bxs ,而 K= 1ΠBxs ,则 :
K ≥ ÛD10Ω113fe0. 67 ×10 - 3 Hmds2 di2 (4)
式中 ,ÛD10为辐射源上方 110m 处吸收剂量率 ;ÛD10 = 9. 57 ×10 - 3 = AJQN
r
2 = 9. 57 ×10 - 3 1 ×10
5 ×1. 32 ×1 ×1
12
= 1. 26 ×103 GY·h- 1
　　fe 为安全系数 ,fe = 2 ;Ω113为辐射源对房顶所立体角 (球面度) ;Ω= 4tg - 1 a·b
c·d
又 :a = b = 310m ,c = 315 + 113 = 418m ,d = (a2 + b2 + c2 ) 1Π2 = 6141m ,则Ω= 4tg - 1 3 ×34. 8 ×6. 41 =
4tg - 10. 2925 = 1. 14 (球面度) ;故Ω113 = 1114113 = 111857 ; ÛHm 为参考点 P 处吸收剂量率极限值 :ÛHm = 215 ×10 - 3 msv·h - 1 ;di 为辐射源工作位置到房顶上 2m 距离 :di = 315 + 113 + 210 = 618m ;ds
为 假 定 的 参 考 点 到 源 的 距 离 为 20m , 将 上 述 数 值 代 入 ( 4 ) 式 得 : K ≥
2 ×1. 26 ×103 ×1. 1857
0. 67 ×10 - 3 ×2. 5 ×10 - 3 ×6. 82 ×202 = 9. 64 ×10
4≈1. 0 ×105
查表得房顶厚度应为 11619cm(取 fe = 5 则 K≥214 ×105 ,查表得房顶厚度应为 128cm ,因为
原建筑房顶已为 130cm ,故不必加厚) 。
113 　防护门
根据原设计迷道 ,在进源室门口可能造成的剂量均是 3 次散射后的散射剂量 ,每次散射的
比按原射线的 1Π100 考虑 ,因此在门口的散射剂量当量率为原射线的 1Π1003 = 10 - 6 ,而散射线
的能量为原射线能量的 1Π3 ,即 1125 ÷3 = 0142MeVÛH散 = 10 - 6 ×9. 57 ×10 - 3 QNAJ
r
2 = 10 - 6 ×9157 ×10 - 3 1 ×1 ×105 ×1. 328. 682 = 1. 68 ×10 - 6 Sv·h - 1 ;ÛH1·h = 2. 5 ×10 - 6 Sv·h - 1 ; K= 2ÛH散H1·h = 2 ×1. 68 ×10 - 6215 ×10 - 6 = 1129≈115
查表得 ,防护铅门厚度为 012cm(若 fe = 5 ,则 K = 312 需铅屏蔽门厚 016cm) 。在实际施工中我
们采用 015mm 钢板中 8mm 厚铅板制成防护门 ,以防止射线漏入操作室。
114 　贮源防护水井 :
贮源水井原深 410m ,因源架离井底 20cm ,源架高 50cm ,则源中心距水井底高为 50Π2 + 20
= 45cm ,故水井口至源中心的高度 r = 3155m。
H = 9. 57 ×10 - 3 QNAJ
r
2 = 9. 57 ×10 - 3 ×10
5 ×1. 32 ×1 ×1
3. 552 = 100. 2Sv·h
- 1 ; H允 = 50 ×10 - 3 SvΠa
÷2000hΠa = 2. 5 ×10 - 5 Sv·h - 1 ; K= 2HΠH允 = 2 ×100. 2Π2. 5 ×10 - 5 = 8. 0 ×106≈1 ×107
查表得防护水层为 317cm(所取 fe = 5 ,则 K= 2 ×107 ,d = 325cm) 。
因为运送辐射源的铅容器自身高为 110cm ,放射源离开铅容器口高度不小于 5cm ,故原钴
井防护水层实际只有 285cm。因此要使 100kCi 钴源一次倒出 ,必须使水层加深 40cm (约为
50cm) 。也就是说 ,必须将钴井加深或抬高井台 50cm 并注满水才能满足防护要求。
2 　60 Co 辐射源
60 Co 辐射源 (C2188 型 ,俄罗斯生产) 外型尺寸 «1111mm ×451mm ,属双包壳棒状源 ,出厂时
09 核　农　学　报 16 卷
间为 1997 年 12 月 12 日 ,活度分别为 K12 = 4104 ×1014 Bq , K16 = 4102 ×1014 Bq , K17 和 K23 =
4103 ×1014Bq ,装于重 6000kg 的铅容器中以防射线泄漏。
旧辐射源规格为Φ15mm ×90mm ,40 根共 2010810Ci 装入 10 个源管中 ,出厂时间 1988 年 12
月 6 日。新旧辐射源截止 1997 年 12 月 12 日共 4972418Ci≈50kCi。
原有的源架经改造后将钴源排列成为两个同心圆柱状 ,外圈 10 个旧源管 ,内圈是 4 个新
源管。改造后的源架迫降系统、限位系统等均保留未动 ,实践证明 ,改造后的源架性能良好。
3 　钴源控制系统的安全保障措施增设
为了达到放射防护最优化 ,扩容时增加了以下设施 (制度) 。
(1)操作人员、监督人员同时上岗各持 1 把钥匙 ,分别插入相应的位置时方能接通电源 ,升
降钴源 ; (2)操作人员进入辐照室时必须佩带个人剂量报警仪 ,如不佩带报警仪时钴源降不下
去 ,门打不开 ; (3)报警装置开关可定性报知钴源是在工作位置还是贮源位置 ; (4) 设立予警时
辐照室内灯光闪动装置 ,以提示升源前因听不到升源予警的人员尽快离开辐照室 ; (5) 以防被
辐照物掉入井内或挡着源架升降通道 ,也防止源管在故障时掉入辐射场 ,增设防护栏网。
4 　钴源扩容对环境的影响
411 　γ空气吸收剂量率监测
钴源扩容后在辐照室 (筒体) 外东、西、南、北 4 个方位 012m、30m、40m、110m 处设点 ,在钴
源处于工作状态时进行监测 ,显示钴源活度为 50kCi 时 ,钴源院落内外的环境γ空气吸收剂量
率与扩容前没有变化 ,钴源室外屏蔽情况良好 ,没有提高院内外的γ辐射水平。其测量数值在
银川市原野γ辐射剂量率 (4218∽8313nGy·h - 1 )范围内 ,属天然本底辐射水平 (表 1) 。
表 1 　外环境γ空气吸收剂量率
Tabel 1 　Outsideγair respiration dose rate (nGy·h - 1 )
区域
area
测点数
dose2dot 范围range 平均值average 标准差standard disparity
扩容后
after expanding
钴照室院内
inside the yard of
Co2source room 室内indoor 2 73. 8～83. 2 78. 5 4. 7室外
outdoor 6 43. 5～62. 8 50. 5 6. 7
钴照室院外
outside the yard of Co2source room 2 42. 5～42. 7 42. 6 0. 1
扩容前
before expanding
钴照室院内
inside the yard of
Co2source room 室内indoor 5 72. 8～94. 4 84. 9 7. 0室外
outdoor
12 50. 7～68. 3 56. 9 5. 6
钴照室院外
outside the yard of Co2source room 48 42. 5～62. 0 49. 5 3. 6
412 　钴源扩容后对环境臭氧和氮氧化物的影响
钴源在工作状态时 ,在强γ辐射下 ,空气中气体分子产生激发、电离 ,产生臭氧和氮化物。
钴源活度为 100kCi 时 O3 的产生率为 1191mgΠh ,NOX 的产生率为 01677mgΠh。采用强排风可使
19　2 期 小型钴源扩容屏蔽防护技术与环境评价
辐照室内的臭氧和氮化物排到环境中。实际监测证明辐照室周围臭氧和氮化物浓度未超标。
钴源在贮藏状态时 ,再排风 5min 辐照室内 O3 浓度为 0111mgΠm3 、NOX 浓度 01037mgΠm3 ,符
合国家标准 ( GB10252288)附录的有关规定。
413 　废水排放对环境的影响
60 Co 金属棒在正常情况下不会产生放射性废水。为了避免出现放射事故 ,我们在倒装源
前对其是否泄漏或被污染进行监测。经检验浸泡钴棒 24h 铅容器中的水没有污染。
倒装钴源后 ,钴井中水的放射性比活度远小于《辐射加工用钴260 辐照装置的防护规定》
( GB10252288)中贮源井水放射性物质的比活度控制在 1BqΠL 以下的要求 ,属正常水平。
为了避免钴井水进入地下水 ,污染周围环境。对辐照室周围土壤中的226 Ra、232 Th、40 K、60 Co
的监测结果证实 ,钴井水防渗性能良好 ,土壤属天然本底水平 ,未对环境造成影响 (表 2) 。
表 2 　土壤中放射性核素比活度
Tabel 2 　Radioactivity of nuclear elements in soil (BqΠkg)
采样地点
place of sampling
226 Ra 232 Th 40 K 60Co
辐照室外 15～500m 土壤
15～500m soil outside the Co2source room 27～35 38～43 300～610 小于LLD(013BqΠ样)> LLD(013 BqΠsample)
银川市环境土壤
environmental soil in Yinchuan
23～35 35～47 699～923 -
　　通过放射防护监测、环境分析评价和 1 年的钴源实际运转 ,我们认为 ;本次钴源改造设计
合理 ,施工质量可靠 ,措施简便易行 ,环保验收达到了预期的目标。经上级主管部门检查验收
合格 ,为此宁夏回族自治区卫生厅 1998 年 1 月 1 日颁发了《放射性同位素工作许可证》。
致谢 :参加工作的还有杜义成、毛建民
参考文献 :
[ 1 ] 　马崇智 ,等. 放射性同位素手册. 北京 :科学出版社 ,1979 :394
[ 2 ] 　刘雄华 ,王正明主编. 放射卫生防护基本知识. 武汉 :武汉测绘科技大学出版社 ,1991 ,82
[ 3 ] 　沈庆康 ,等. 小型钴源室的技术改造与钴源倒装. 核技术 ,1997 ,26 (6) :379～381
[ 4 ] 　曹宏 ,等.γ辐照装置的屏蔽与防护. 核农学报 ,1998 ,12 (4) :249～251
[ 5 ] 　中华人民共和国标准 : GB10252 - 88 ,GB4792 - 84 ,GB8703 - 88
SMALL2SCALE Co SOURCE SHEILDING EXPANDING AND ITS
ENVIORNMENTAL ASSESSMENT
CHEN Mei2hong 　XIONG Zhi2Xun 　XIE Ji2ping
( Atomic Enery Application Research Lab ,Academy of Ningxia Agri2Forestry Science , Yinchuan Ningxia 　750002)
ABSTRACT :The Co2source of Co2irradiation room of Academy of Ningxia Agri2Forestry Science
was successfully inverted and expanded. The expanding scheme , shielding protection , operation
specif ication , dose survey and other cautions were summarized in this paper.
Key words :Co2source ; expanding; operation specification ; dose survey
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2002 ,16 (2) :89～92