三门核电射线探伤辐射管理与比释动能率的MCNP计算

【摘 要】本文介绍了与射线探伤作业有关的辐射知识，从辐射安全角度阐述了三门核电厂关于射线探伤作业的管理制度。并以γ放射源192Ir为例，对比释动能率经验公式计算结果与MC模拟计算结果进行了比较，证明比释动能率经验公式可以满足工作需要。

【关键词】三门核电；射线探伤；辐射防护；MCNP

三门核电使用先进的第三代AP1000压水堆核电技术，规划建设6台1250MWe核电机组。目前三门核电一期工程进入全面建造阶段，为保证工程建设的质量和未来电厂运行安全，三门核电对一回路所有管道、阀门和设备100%无损检测，对二回路的设备、管道抽样检测。

射线探伤（RT）是五种常规的无损检测方法之一，是核电建设无损检测最常用方法。射线探伤是利用射线穿过不同密度、厚度材料时衰减程度不同，造成材料下面的底片感光不同来实现对材料内部质量检测的目的。它具有记录真实直观，便于追踪，缺陷定性定量准确的优点。但是，射线探伤所使用的射线对人体健康是有危害的，为确保射线探伤工作的安全，避免人员受到异常照射或超剂量照射，三门核电对射线探伤工作的辐射安全管理做了严格规定。

1 射线探伤辐射知识介绍

射线探伤所用射线主要为X射线和γ射线，射线来源于X射线探伤机或密封性放射源，三门核电工程建设阶段探伤用密封性放射源主要有192Ir和75Se两种。根据《射线装置分类方法》和《放射源分类方法》规定，X射线探伤机属于Ⅱ类射线装置，192Ir和75Se源属于Ⅱ类放射源。

射线与人体相互作用会导致某些特有的生物效应。效应的性质和程度主要取决于于人体组织吸收的辐射能量。当人体组织接受的辐射照射超过一定限值时，就会引起人体组织器官的病变，严重时还会导致死亡。GB18871-2002规定，辐射工作人员的个人剂量限值连续5年的年平均有效剂量20mSv，其中任何一年的有效剂量不超过50mSv。三门核电厂的个人剂量管理目标值，辐射工作人员一年的全身有效剂量不超15mSv。

对于X射线现场探伤作业，根据GBZ117-2006的相关标准可知，作业时被检物体周围的空气比释动能率大于15μGy/h的范围内划为控制区，在控制区边界外将作业时空气比释动能率大于1.5μGy/h的范围划为监督区，在监督区边界附近不应有经常停留的公众。对于γ射线现场探伤，根据GBZ132- 2008的相关标准，将空气比释动能率大于15μGy/h的范围内化为控制区，在控制区边界外将作业时空气比释动能率大于2.5μGy/h的范围划为监督区。

2 三门核电射线探伤辐射安全管理

做好射线探伤现场安全管理工作，应建立健全安全管理机构、安全管理职责及安全管理制度，做好探伤管理人员和作业人员的安全防护培训、探伤现场安全防护及监督检查，以保证探伤作业的正常进行。三门核电厂根据相关安全法规及标准的要求，结合实际情况制定了射线探伤辐射安全管理程序，并在实践中不断完善。

2.1 射线探伤作业人员资质要求

射线探伤作业人员必须持有《放射工作人员证》和《民用核安全设备无损检验人员证》或《特种设备检验检测人员证》等上岗。射线探伤作业人员还需定期接受三门核电厂的辐射防护培训，取得相应的辐射防护授权资格。

2.2 射线探伤申请及审批

射线探伤工作负责人提出《射线探伤许可证》办理申请，同时提交射线探伤工作区域的平面示意图、剖面图以及《射线作业单》，要求射线探伤工作的平面示意图或剖面图能够清晰的标识出射线探伤辐射控制区的边界、探伤机摆放的具置、探伤设备或构筑物的具置等信息；探伤接口管理部门根据施工现场的工作安排进行协调，确定射线探伤工作的时间窗口；辐射防护科最终审核批准《射线探伤许可证》申请内容。

2.3 射线探伤辐射防护要求

三门核电厂根据现场射线探伤工作计划，提前探伤通告；建立工前会制度，对射线探伤作业程序进行讨论分析，并进行安全交底；建立射线探伤辐射控制区，控制区边界可利用现存的结构如墙、暂时的屏障或绳索、警示带等建立辐射控制区；在辐射控制区边界、控制区边界入口和人员通道处悬挂醒目的探伤警示牌，并在控制区边界入口处设置专用声光报警装置；射线探伤作业组应准备探伤作业程序、个人剂量计、便携式辐射剂量率仪、个人剂量记录文件、应急预案及应急物资。探伤开始前，射线探伤作业组应按照射线探伤机厂家提供的检查标准对射线探伤机做全面检查。

探伤正式开始前，使用试曝的方式确定控制边界的有效性，当控制区边界比释动能率超过15μGy/h，应立即停止探伤作业，重新确定边界；探伤作业过程中，至少有2名操作人员同时在场；探伤过程中禁止无关人员进入探伤区域，如发现有人误入探伤区域，探伤应立即停止。三门核电辐射防护人员在检查中，若发现辐射防护措施不符合要求或人员存在违规行为时，探伤作业须立即停止，则要求射线探伤单位进行整改，直至符合要求；

射线探伤结束后，探伤工作人员检查位置指示器，确保探伤源已经回收到探伤装置内，进入现场的人员需要手持便携仪表进行辐射测量，判断辐射水平与探伤开始前的辐射水平是否一致；射线探伤作业组解除边界控制，移除警示胶带，取回探伤警告标牌和声光报警装置，清理工作现场；探伤源或射线探伤装置归库后，关闭《射线探伤许可证》。

2.4 个人剂量管理与应急

承包商射线探伤工作人员的个人剂量监测及管理由承包商单位实施，必要时须向三门核电厂提供射线探伤工作人员的个人剂量。

射线探伤实施部门或单位须事先编制射线探伤应急预案，并在射线探伤工前会进行学习和审查；当应急情况发生时，射线探伤工作负责人须立即向保健物理主管部门对事件/事故进行报告，并按照应急预案进行处理。

3 探伤源剂量率的MCNP计算

射线探伤作业前须先划定监督区和控制区，并建立控制区边界。三门核电规定射线探伤控制区边界比释动能率不能超过15μGy/h。在空旷场地进行作业时，一般控制区范围较大，边界不易建立。而实际情况中，三门核电探伤作业常常利用作业区域周围的有效屏蔽物（如混凝土墙、钢制管道、罐体等），以缩小控制区的范围。当使用γ放射源探伤时，常利用GBZ132- 2008中的公式推导来计算出控制区半径。

比释动能率的计算公式为：

（1）

式中 F—比释动能率mGy/h

A—源活度GBq

—比释动能常数（mGy.·m2）/（h·GBq）

R — 距离m

T—屏蔽层厚度mm

D—半价层mm

该经验公式中，针对特定放射源，其 、D值是确定的，如表1。探伤工作中，常利用表1中数据来确定防护距离。当射线穿过屏蔽材料时，会发生散射或与物质相互作用产生特征X射线。这些散射射线或特征X射线可能会影响边界的比释动能率，而经验公式中并没有修正。为判断其影响程度，本文用MCNP模拟与经验公式两种方法计算活度为90Ci的192Ir放射源在不同距离不同屏蔽厚度情况下的比释动能率，计算结果如表2。MCNP模拟计算的标准误差在5%以内。

通过分析表2计算结果可以看出，MCNP模拟计算的结果要略大于经验公式的计算结果，但百分偏差最大不超过17%。分析其原因：（1）散射射线或特征X射线的影响；（2）MCNP计算中将放射源做点源处理，忽略了源的自吸收影响；（3）MCNP模拟计算标准误差影响，其标准误差小于5%。综上可得，射线穿过屏蔽材料时，其散射作用或产生的特征X射线对比释动能率的影响不大。所以利用经验公式计算放射源透过屏蔽材料后的比释动能率时，可以不考虑散射作用与特征X射线影响，该经验公式能够满足实际工作的需要。

4 总结

射线探伤作业是有辐射风险的，但只要按照国家标准规范管理，完全可使辐射风险处于可控范围内。三门核电厂从辐射安全层面，根据相关安全法规及标准的要求对射线探伤作业制定了合理完善的管理制度。最后，本文比较了用MCNP模拟与用经验公式两种方法计算放射源穿过屏蔽材料后的比释动能率的结果，证明比释动能率计算时，屏蔽材料的散射作用和射线与屏蔽物质相互产生的特征X射线对计算结果的影响不大，比释动能率经验公式可以满足实际工作的需要。

参考文献：

[1]《射线装置分类方法》，原国家环境保护总局公告2006年第26号[S].

[2]《放射源分类方法》，原国家环境保护总局公告2005年第62号[S].

[3]GB1887-2002，电离辐射防护与辐射安全基本标准[S].

[4]GBZ117-2006，工业X射线探伤放射卫生防护标准[S].

[5]GBZ132-2008，工业γ射线探伤放射防护标准[S].

[6]李兆太.γ探伤安全防护计算[J].无损探伤，2004（28）.

作者简介：

梁卫民（1986—），男，山东泰安人，硕士，助理工程师。