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射线室防护实例

射线室防护实例

转载航空无损检测

摘要:以笔者为某厂设计X射线曝光室评比防护的实例介绍设计思路及具体设计过程,以供无损检测技术人员参考。. 前言广东某地某厂欲新建X射线照相检测室,笔者受该厂无损检测设备总承包商深圳市XXX公司委托, 承担为其提供包括屏蔽防护、土建、工艺布置直至水电照明等全套的设计任务,现将有关X射线曝光室部分的屏蔽防护设计介绍如下,以供无损检测技术人员参考。
X射线照相检测室位于已完工的大型机械加工生产车间的厂房内,包含X射线曝光室、洗片暗室、工作间、评片室和废液处理室(兼材料储藏室);使用X射线机为200KV周向、定向便携式X射线机各一台(非同时使用)。X射线曝光室部分的占地面积按厂房设计预留为宽4.5米x长6米。. X射线曝光室的屏蔽防护设计1. 屏蔽防护的计算考虑因素:考虑防护余量与未来设备性能指标发展提高的可能性,按照250KV的恒电位X射线机设计,并且因为是位于生产车间内,曝光室外即为车间工作场地,长期有非射线检测职业人员在现场工作,因此按GB 18871-2002《电离辐射防护和辐射源安全基本标准》的附录B-B1“剂量限值”中规定的公众照射剂量限值(年有效剂量1mSv)考虑。具体计算如下:
一台250KV的X光机,管电流5mA,每个工作班的高压通电时间按4h(一个工作班的工作时间按8h,但是所用X射线机的暂载率规定为50%,即1:1工作,且规定X射线机的每次高压通电时间不超过5分钟),每周工作5天,操作人员的工作地点距X射线管焦点2.225米(X射线机置曝光室中心位置)。
首先求防护初级X射线(主射线防护)的铅板厚度:
计算公式:
X射线的屏蔽透射量(在1米处):B =P•R2/Dw•U•T 
工作负荷:Dw=I•t=5mA•60min•4h•5day=6000 mA•min/week
每周最大容许剂量当量:P=1mSv/50周=0.02 mSv/week=0.002 rem/week
注:按一年50周计算得到0.002 rem/周的限值。
X射线源到操作者的距离:R=2.225m(按可能的最近距离)
使用因子(按充分使用):U=1
居留因子(按全居留):T=1
因此:
B=(0.002•2.2252)/(6000•1•1)=0.0000016rem/(mA•min)=1.6x10-6rem/(mA•min)
或者说是:0.16x10-5rem/(mA•min)
在下图所示的X射线减弱曲线图纵坐标查到B值并从该点作横坐标与250KV曲线相交得到铅板的厚度约11.5mm,考虑两倍安全系数,增加一个铅板半值层0.86mm(依据GB16357-1996 工业X射线探伤放射卫生防护标准),合计12.36mm。
再求防护散射X射线所需铅板厚度:
其他参数同上,散射体距X射线管焦点1.975米(防护墙厚250mm,),散射面积按400cm2,工作点距散射体一般按0.5米,散射角60°(或135°):
计算公式:
X射线的屏蔽透射量(在1米处):
Bs =(P•RS22•RS12•400)/(S•Dw•F•T)
散射体到散射点的距离:RS1=0.5m
射源到散射体的距离:RS2=1.975m
散射面积:F=400cm2
S为散射面积为400cm2时离散射体1米处的散射辐射产生的照射量与入射辐射照射量之比,查看“散射的S值与入射光子能量的关系”得到:
60°的S=0.0019(或135°的S=0.0028)
散射线的屏蔽透射量:
Bs=(0.002•1.9752•0.52•400)/(0.0019•6000•400)
=1.71x10-4 rem/(mA•min)
或:
Bs=(0.002•1.9752•0.52•400)/(0.0028•6000•400)
=1.16x10-4 rem/(mA•min)查上图所示的X射线减弱曲线图得铅板的厚度约7 mm。 以上初级X射线与散射X射线两项相加得总屏蔽厚度为:铅板厚度约19.36mm。从工艺角度和考虑不同X射线机内过滤材料及厚度的影响,取整数为铅板厚度 20mm。由于预留的曝光室面积有限,作为屏蔽材料选择方案常见的有混凝土、混凝土加铅板、铅板以及特种射线防护材料四种方式。
考虑到如果采用全混凝土防护墙方案时,由于混凝土墙屏蔽厚度较大(在250KV条件下20毫米铅当量的混凝土墙厚度约为640毫米),将势必使得X射线曝光室内面积狭小,不利于工作,采用混凝土加铅板或纯铅板制作曝光室虽然能够增大曝光室内空间,然而造价过高。
因此衡量造价和顾及曝光室应有足够的面积和容积的设计原则,以及在现已完工的车间内施工较简便和车间地面的承载能力(车间地面为承载强度5吨/平方米的钢筋混凝土),决定采用XX市电磁辐射防护材料厂定制特种射线防护材料的防护房方案。
即:使用20mm铅当量的特种射线防护材料(密度达到3g/cm3,得到曝光室防护墙体和防护屋顶厚250mm),既能够达到国家放射卫生防护标准,其防护墙厚度又可以大大小于混凝土墙厚度,其结构为型钢框架和特种射线防护材料,房顶为钢筋和特种射线防护材料,无需开挖地基(墙体与车间地面之间采用宽800毫米、厚30毫米的钢板分散墙体对地面的载重),现场浇灌组装,其造价处于混凝土方案与铅板之间,是用户所能接受的方案。
根据用户需要,曝光室设置电动X射线防护铅门(包括进出工件的大门和从曝光室进出相邻工作间的小门,防护材料为20mm铅板)、内外墙上漆和配套的通风、电源、照明、连锁装置、警示灯等。此外,用户要求在曝光室内划出X射线机头摆放的允许范围。根据上面的参考图表,可以估算250KV的X射线管输出比200KV时高出大约0.55rem/mA•min,根据平方反比定律,可估算在本X射线曝光室内使用200KV的X射线机时,X射线机头摆放位置的安全范围可以是2米(4.5米方向)乘3米(6米方向),但要求必须经过实际测试验证。