劉超，劉美美，趙瀟，邢亞飛，陳渝，宋志偉，虞汝思其

(1.兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所，陜西 西安，710065；2.西安市衛(wèi)生健康委員會，陜西 西安，710021)

工業(yè)脈沖X射線發(fā)生裝置產(chǎn)生的脈沖X射線能穿透不透明介質(zhì)，在武器彈藥爆炸特性研究方面應(yīng)用非常廣泛[1]。由于該類裝置曝光時(shí)間非常短 (一般在10-7～10-8s范圍內(nèi))[2]，常規(guī)輻射防護(hù)檢測儀表不能做出有效響應(yīng)[3-4]。我國目前暫未制定有關(guān)該類設(shè)備的放射防護(hù)檢測與評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使得在對該類設(shè)備進(jìn)行放射防護(hù)檢測及評價(jià)時(shí)，無統(tǒng)一可遵循的指導(dǎo)性文件。熱釋光技術(shù)具有靈敏度高、讀出速度快、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在輻射劑量監(jiān)測方面應(yīng)用非常廣泛[5-6]。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)告，熱釋光劑量計(jì)能夠?qū)γ}沖X射線發(fā)生裝置發(fā)射的脈沖X射線做出有效響應(yīng)[7-9]。本文主要探討利用熱釋光法對脈沖X射線發(fā)生裝置進(jìn)行放射防護(hù)檢測及評價(jià)，為今后開展類似工作提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

1.1.1脈沖X射線發(fā)生裝置

1號脈沖X射線發(fā)生裝置：瑞典ScandiflashAB公司生產(chǎn)(450S型)，輸出電壓160～480 kV，輸出峰值電流10 kA，脈沖寬度20 ns。

2號脈沖X射線發(fā)生裝置：瑞典ScandiflashAB公司生產(chǎn)，輸出管電壓450 kV, 輸出管電流9～10 kA,脈沖寬度25～30 ns。

1.1.2X射線輻射防護(hù)監(jiān)測儀器

熱釋光劑量計(jì)讀取裝置、退火爐、冷卻爐：北京博創(chuàng)特科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)；熱釋光劑量計(jì)：0.8 mm厚LiF(Mg、Cu、P)劑量片(分散度≤±2%)，經(jīng)中國計(jì)量科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)137Cs放射源刻度。

AT1123 型X/γ輻射測量儀：白俄羅斯ATOMTEX，經(jīng)上海計(jì)量測試研究院計(jì)量。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1熱釋光劑量計(jì)測讀方法

(1) 退火條件：退火溫度240 ℃，恒溫退火10 min。(2) 冷卻條件： 5 ℃條件下冷卻20 s。(3) 測讀條件：20 ℃/s升溫速度升至140 ℃并保持20 s，再以20 ℃/s升溫至240 ℃，保持20 s,儀器自動(dòng)給出計(jì)數(shù)值。

1.2.2檢測方法

用支架將AT1123型X/γ輻射測量儀固定在脈沖X射線管輻射束中心線處(同時(shí)固定攝像設(shè)備)，檢測儀器探頭正對射線出口。熱釋光劑量計(jì)(每個(gè)劑量盒放置劑量片4片)布置在受檢脈沖X射線發(fā)生裝置工作場所關(guān)注點(diǎn)位。熱釋光劑量計(jì)放置高度與脈沖X射線管保持同一水平，劑量計(jì)正面與射線來向垂直。觸發(fā)脈沖X射線發(fā)生裝置曝光若干次，利用攝像設(shè)備現(xiàn)場讀取直讀式儀器的檢測結(jié)果，熱釋光劑量計(jì)帶回實(shí)驗(yàn)室由讀取裝置進(jìn)行讀取。

1.2.3評價(jià)方法

設(shè)屏蔽體外X射線年累積劑量為R：

R=r·N·T

(1)

式中，R為泄漏到屏蔽體外X射線年累積劑量，μSv；r為單次曝光泄漏到屏蔽體外的X射線輻射劑量，μSv；N為脈沖X射線發(fā)生裝置年最大曝光次數(shù)，由現(xiàn)場調(diào)查獲取，次/a；T為居留因子。

參照《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18871—2002)[10]，按照劑量限值和輻射防護(hù)最優(yōu)化原則，將試驗(yàn)人員及公眾年有效劑量控制目標(biāo)值分別設(shè)定為5 000 μSv和250 μSv。

2 結(jié)果

2.1 束軸中心輻射劑量檢測結(jié)果

將AT1123型X/γ輻射劑量率儀(設(shè)置為：脈沖模式)固定于1號脈沖X射線發(fā)生裝置X射線束中心線前方1 m處，在400 kV、10 kA條件下曝光，攝像設(shè)備顯示AT1123型X/γ輻射劑量率儀瞬時(shí)讀數(shù)為18.8 μSv/h。在累積劑量模式下脈沖X射線管累積曝光4次，測得束軸中心線1 m處X射線累積劑量為0 μSv(已扣除本底輻射)。

利用熱釋光法對1號、2號脈沖X射線發(fā)生裝置X射線束軸中心輻射劑量進(jìn)行檢測，結(jié)果列于表1。

從表1可見，1號、2號脈沖X射線發(fā)生裝置束軸中心距出束口不同距離處，X射線累積劑量測量結(jié)果符合距離平方反比衰減規(guī)律，實(shí)際測量結(jié)果與理論推算值較為吻合(最大誤差為-14.5%)。

表1 脈沖X射線管束軸中心輻射劑量檢測結(jié)果1)

2.2 工作場所放射防護(hù)檢測結(jié)果

1號脈沖X射線發(fā)生裝置按照圖1設(shè)置檢測點(diǎn)位，放射防護(hù)檢測結(jié)果列于表2。2號脈沖X射線發(fā)生裝置按照圖2設(shè)置檢測點(diǎn)位，放射防護(hù)檢測結(jié)果列于表3。

圖1 1號脈沖X射線發(fā)生裝置放射防護(hù)檢測點(diǎn)位布置示意圖

由表2可見，1號脈沖X射線發(fā)生裝置曝光過程，主射束方向輻射劑量最高，距靶點(diǎn)5.6 m處單次曝光輻射劑量為5.6 μSv。其次為脈沖X射線管左右兩側(cè)(靠近靶點(diǎn)位置)，距X射線管1.0 m處單次曝光輻射劑量最大值為49.9 μSv。脈沖X射線靶點(diǎn)向后，輻射劑量逐漸降低，脈沖X射線管正后方1 m處，單次曝光輻射劑量為3.7 μSv,僅為左右兩側(cè)相應(yīng)位置輻射劑量的7.4%。屏蔽墻外單次曝光輻射劑量在0.25 μSv(取MDL/4)到2.2 μSv之間。

表2 1號脈沖X射線發(fā)生裝置工作場所放射防護(hù)檢測結(jié)果1)

由表3可見，2號脈沖X射線發(fā)生裝置曝光過程X射線分布與1號脈沖X射線發(fā)生裝置基本一致，主射束方向輻射劑量最高，距出束口1.16 m處累計(jì)曝光10次X射線累積劑量測量結(jié)果為1 620.0 μSv，其次為脈沖X射線管兩側(cè)靠近靶點(diǎn)位置，脈沖X射線管后方(8#測點(diǎn))輻射劑量較低，曝光10次累積劑量測量結(jié)果為4.3 μSv。此外，檢測結(jié)果顯示設(shè)備間及鉛門防護(hù)效果良好，鉛門內(nèi)側(cè)X射線累積劑量為38.1 μSv,顯著高于鉛門外側(cè)X射線累積劑量(≤3.6 μSv)。設(shè)備間南墻外、北墻外、洗片室、控制室等區(qū)域檢測點(diǎn)位X射線累積劑量測量結(jié)果均低于檢測下限3.6 μSv。

圖2 2號脈沖X射線發(fā)生裝置放射防護(hù)檢測點(diǎn)位布置示意圖

表3 2號脈沖X射線發(fā)生裝置工作場所放射防護(hù)檢測結(jié)果1)

2.3 人員年劑量估算結(jié)果

根據(jù)1.2.3節(jié)評價(jià)方法分別估算1號、2號脈沖X射線發(fā)生裝置所在場所工作人員及公眾年累積劑量，結(jié)果列于表4。

由表4可知，1號脈沖X射線發(fā)生裝置在年曝光次數(shù)為500次的工作負(fù)荷下，脈沖X射線發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)間北墻外(控制室)工作人員年劑量估算結(jié)果為1 100 μSv，小于5 000 μSv/a的控制目標(biāo)值，現(xiàn)有屏蔽措施可滿足防護(hù)需求；實(shí)驗(yàn)間東墻外(會議室)、西墻外(實(shí)驗(yàn)室)、南側(cè)墻外(草坪)的人員年劑量估算結(jié)果分別為125 μSv、250 μSv、7.8 μSv，均低于防護(hù)控制目標(biāo)值(250 μSv)，為了更好滿足防護(hù)要求，在西墻可采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，以降低西墻外人員的受照劑量。

表4 放射工作人員年劑量估算結(jié)果

2號脈沖X射線發(fā)生裝置在年曝光次數(shù)為300次的工作負(fù)荷下，控制室工作人員年劑量估算結(jié)果為108 μSv，小于5 000 μSv/a的控制目標(biāo)值；設(shè)備間北側(cè)、南側(cè)、試驗(yàn)場北側(cè)的人員年劑量估算值分別為6.8 μSv、6.8 μSv、2.7 μSv，均滿足輻射防護(hù)要求。

可知，在現(xiàn)有的工作負(fù)荷下，兩個(gè)脈沖X射線發(fā)生裝置的防護(hù)措施均滿足要求。今后若脈沖X射線發(fā)生裝置年曝光次數(shù)顯著增加，則應(yīng)采取相應(yīng)的輻射防護(hù)措施。

3 討論

3.1 測量結(jié)果有效性分析

AT1123型X/γ輻射劑量率儀(脈沖模式)測得脈沖X射線管曝光瞬間，束軸中心距出束口1 m處X射線周圍劑量當(dāng)量率為18.8 μSv/h。結(jié)合曝光時(shí)間(20 ns/次)算得脈沖X射線管4次曝光累積劑量為4.1×10-10μSv，遠(yuǎn)低于熱釋光法在該點(diǎn)的測量結(jié)果(620.9 μSv)。由此說明，AT1123型X/γ輻射劑量率儀雖然能夠?qū)γ}沖X射線發(fā)生裝置產(chǎn)生的脈沖X射線做出響應(yīng)，但由于曝光時(shí)間太短儀器示數(shù)不能反映實(shí)際輻射水平。熱釋光法測得1號、2號脈沖X射線發(fā)生裝置輻射束軸中心距出束口不同距離處X射線累積劑量測量結(jié)果與利用平方反定律計(jì)算出的理論值較為吻合，說明熱釋光法能夠準(zhǔn)確測量脈沖X射線發(fā)生裝置曝光過程產(chǎn)生的瞬時(shí)X射線。這主要由于熱釋光劑量計(jì)利用光子激發(fā)晶體中電子使其被材料中陷阱俘獲然后加熱釋放光子的原理測量輻射劑量，不受輻射源曝光時(shí)間影響。

3.2 輻射防護(hù)優(yōu)化分析

脈沖X射線發(fā)生裝置被廣泛應(yīng)用于武器彈藥爆炸試驗(yàn)外場實(shí)驗(yàn)，此時(shí)往往缺乏必要的屏蔽防護(hù)設(shè)施。根據(jù)表2、表3檢測結(jié)果可知，脈沖X射線發(fā)生裝置曝光過程X射線管后方輻射劑量最低，僅為左右兩側(cè)相應(yīng)位置輻射劑量的7.4%。在工作場所布局時(shí)，盡量將控制臺布置在脈沖X射線管后方區(qū)域，在防護(hù)距離相同的條件下此處可以最大限度減少工作人員所受輻射劑量。

3.3 放射防護(hù)檢測與評價(jià)方法可行性分析

工業(yè)脈沖X射線發(fā)生裝置在國防軍工行業(yè)應(yīng)用廣泛，常規(guī)直讀式監(jiān)測儀表不能做出有效響應(yīng)，試驗(yàn)現(xiàn)場存在的輻射安全隱患很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)。我國現(xiàn)有放射衛(wèi)生防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)體系中，缺少脈沖X射線發(fā)生裝置放射防護(hù)檢測及評價(jià)方法。本文采用熱釋光法得出的檢測結(jié)果與理論推算值較為吻合，說明熱釋光法能夠準(zhǔn)確測量脈沖X射線發(fā)生裝置曝光過程產(chǎn)生的瞬時(shí)X射線，能夠滿足工業(yè)脈沖X射線發(fā)生裝置放射防護(hù)檢測需求。本文采用的檢測結(jié)果評價(jià)方法能夠?qū)⒚}沖X射線發(fā)生裝置工作場所相關(guān)人員年劑量定量化，便于與相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，具有一定可行性。