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電子加速器輻照裝置輻射安全與防護標準
2019-06-24中 華 人 民 共 和 國 國 家 環(huán) 境 保 護 標 準
HJ979 - 2018
電子加速器輻照裝置
輻射安全和防護
（Radiation Safety and Protection on Electron Accelerator
Irradiation Facilities）
（發(fā)布稿）
本 電 子 版 為 發(fā) 布 稿 。 請 以 中 國 環(huán) 境 科 學 出 版 社 的 正 式 標 準 文 件 為 準 。
2018-11-30發(fā)布2019-03-01實施
生 態(tài) 環(huán) 境 部
目次
前言............................................................................................................................................... I
1 適用范圍......................................................................................................................................... 1
2 規(guī)范性引用文件.............................................................................................................................1
3 術語和定義.....................................................................................................................................1
4 一般要求......................................................................................................................................... 1
4.1 輻射安全要求...................................................................................................................1
4.2 輻射防護要求...................................................................................................................2
5 電子加速器輻照裝置的輻射屏蔽.................................................................................................3
5.1 屏蔽設計原則...................................................................................................................3
5.2 屏蔽設計計算...................................................................................................................3
6 電子加速器輻照裝置的安全設計.................................................................................................3
6.1 聯(lián)鎖要求...........................................................................................................................3
6.2 安全設施...........................................................................................................................3
6.3 其他要求...........................................................................................................................4
7 日常檢修（管理）及記錄.............................................................................................................5
7.1 裝置的維護與維修...........................................................................................................5
7.2 記錄...................................................................................................................................5
附錄 A 電子加速器輻照裝置的屏蔽防護計算..............................................................................7
附錄 A 示例 10MeV 電子加速器輻照裝置輻射屏蔽計算............................................................. 12
附錄 B 有害性氣體的產(chǎn)生和排放計算........................................................................................18
前言
為貫徹《中華人民共和國放射性污染防治法》和《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》，保護環(huán)境，保障人體健康，規(guī)范電子加速器（電子束和 X 射線）輻照裝置的輻射安全，制定本標準。
本標準規(guī)定了電子加速器（電子束和 X 射線）輻照裝置的輻射安全和防護原則，包括劑量控制、輻射工作場所的劃分、輻射屏蔽、安全設計、日常檢修（管理）及記錄等要求。
本標準技術內容參照了國際原子能機構（IAEA）《伽馬、電子束和 X 射線輻照裝置的輻射安全》（IAEA SSG-8，2010 年），參考了國際國內標準，并結合了我國輻射加工的實踐編制。
本標準的附錄 A、附錄 B 是資料性附錄。
本標準由生態(tài)環(huán)境部輻射源安全監(jiān)管司提出。
本標準由生態(tài)環(huán)境部核設施安全監(jiān)管司、科技標準司組織制訂。
本標準主要起草單位：北京三強核力輻射工程技術有限公司、環(huán)境保護部核與輻射安全中心、北京市環(huán)境保護局、山東藍孚高能物理技術股份有限公司、中廣核中科海維科技發(fā)展有限公司、中國原子能科學研究院以及中國核電工程有限公司。
本標準生態(tài)環(huán)境部 2018 年 11 月 30 日批準。
本標準自 2019 年 3 月 1 日起實施。
本標準由生態(tài)環(huán)境部解釋。
I
電子加速器輻照裝置輻射安全和防護
1適用范圍
本標準規(guī)定了電子加速器（電子束和 X 射線）輻照裝置的輻射安全和防護原則，包括劑量控制、輻射工作場所的劃分、輻射屏蔽、安全設計、日常檢修（管理）及記錄等要求。
本標準適用于輻射加工用能量不高于 10MeV 的電子束輻照裝置和能量不高于 5MeV 的X 射線輻照裝置。自屏蔽輻照裝置不適用于本標準。
2規(guī)范性引用文件
本標準內容引用了下列文件或其中的條款。凡是不注明日期的引用文件，其有效版本適用于本標準。
GB3095 環(huán)境空氣質量標準
GB5172 粒子加速器輻射防護規(guī)定
GB18871 電離輻射防護與輻射源安全基本標準
GBZ2.1 工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第 1 部分：化學有害因素
GBZ2.2 工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第 2 部分：物理因素
3術語和定義
3.1 電子加速器輻照裝置 electron accelerator irradiation facilities
由電子加速器、輻照室、傳輸設備、安全設施和控制系統(tǒng)等組成，用來實現(xiàn)輻射加工工藝的裝置。
3.2 束下裝置 under beam equipment
指束流引出窗下（外），物料輸運裝置中接受輻照的獨立控制單元。
3.3 主機室 main machine room
安置電子加速器電子束產(chǎn)生裝置（電子槍）和束流加速結構（如加速管）等設備的場所。
3.4 輻照室 irradiation room
電子加速器發(fā)出射線形成輻射場，用以完成輻射加工工藝過程的場所。
3.5 聯(lián)鎖 interlock
指電子加速器在某種特定危險狀態(tài)時能立即自動切斷電源或束流，且在不滿足設定安全條件下確保不能產(chǎn)生射線的電氣裝置。
3.6 十分之一值層 tenth-value
也稱十分之一值厚度。當置于某種射線束路徑上能使輻射水平降至1/10的指定材料的厚度。它又可分為第一個十分之一值層和其后的十分之一值層，后者稱為平衡十分之一值層。
4一般要求
4.1 輻射安全要求
4.1.1 安全原則
4.1.1.1 縱深防御
1
應對電子加速器輻照裝置的應用及其潛在照射的大小和可能性采取相適應的多層防護與安全措施（即縱深防御），以確保當某一層次的防御措施失效時，可由下一層次的防御措施予以彌補或糾正，達到：
（1） 防止可能引起照射的事故；
（2） 減輕可能發(fā)生的任何類似事故的后果；
（3） 在任何這類事故之后，將裝置恢復到安全狀態(tài)。
4.1.1.2 冗余性
采用的物項應多于為完成某一安全功能所必須的最少數(shù)目的物項，在運行過程中萬一某物項失效或不起作用的情況下可使其整體不喪失功能。例如輻照室和主機室的人員出入口應設3道及以上聯(lián)鎖。
4.1.1.3 多元性
多元性能夠提高裝置的安全可靠性，可以降低共因故障。系統(tǒng)多元性和多重劑量監(jiān)測可以采用不同的運行原理、不同的物理變量、不同的運行工況、不同的元器件等。例如：輻照室和主機室的人員出入口的安全聯(lián)鎖可以分別采用機械的、電氣的、電子的和劑量的聯(lián)鎖。
4.1.1.4 獨立性
獨立性是指某一安全部件發(fā)生故障時，不會造成其它安全部件的功能出現(xiàn)故障或失去作用。通過功能分離和實體隔離的方法使安全機構獲得獨立性。為提高系統(tǒng)的獨立性，可采取
下列措施：
（1） 保證冗余性（多道聯(lián)鎖）各部件之間的獨立性；
（2） 保證縱深防御各部件之間的獨立性；
（3） 保證多元性各部件之間的獨立性；
（4） 保證安全重要物項和非安全重要物項之間的獨立性。
4.1.2 輻射工作場所的分區(qū)
按照 GB18871 的規(guī)定，電子加速器輻照裝置的工作場所分為：
控制區(qū)，如主機室和輻照室及各自出入口以內的區(qū)域；
監(jiān)督區(qū)，如設備操作室、未被劃入控制區(qū)的電子加速器輻照裝置輔助設施區(qū)和其他需要經(jīng)常對職業(yè)照射條件進行監(jiān)督和評價的區(qū)域。
4.1.3 在控制區(qū)出入口處和其它必要的地方，應設立醒目的、符合 GB18871 規(guī)定的警告標志。
4.1.4 使用手冊、操作規(guī)程和應急程序等文件以及關鍵的安全部件標識和安全標識都應使用中文。
4.2 輻射防護要求
4.2.1 輻射防護原則
（1） 輻射實踐的正當性
電子加速器輻照裝置的建設立項，必須進行正當性分析，以確定其該項目的正當性。
（2） 輻射防護的最優(yōu)化
2
電子加速器輻照裝置的設計和建造要求所有照射劑量都保持在規(guī)定限值以內，并在考慮社會和經(jīng)濟因素之后，個人受照劑量的大小、受照射的人數(shù)以及受照射的可能性均應保持在可合理達到的盡量低的水平，即ALARA（As Low As Reasonably Achievable）原則。
（3） 個人劑量約束
輻射工作人員職業(yè)照射和公眾照射的劑量限值應滿足GB18871的要求。在電子加速器輻照裝置的工程設計中，輻射防護的劑量約束值規(guī)定為：
a) 輻射工作人員個人年有效劑量為5mSv；
b) 公眾成員個人年有效劑量為0.1mSv。
4.2.2 輻射屏蔽設計依據(jù)
電子加速器輻照裝置的屏蔽設計必須以加速器的最高能量和最大束流強度為依據(jù)。
電子加速器輻照裝置外人員可達區(qū)域屏蔽體外表面 30cm 處及以外區(qū)域周圍劑量當量率不能超過 2.5μSv/h。如屏蔽體外為社會公眾區(qū)域，屏蔽設計必須符合公眾成員個人劑量約束值規(guī)定。
本標準適用的能量不高于 10MeV 的電子束和能量不高于 5MeV 的 X 射線，在輻射屏蔽設計中不需要考慮所產(chǎn)生的中子防護問題。
5電子加速器輻照裝置的輻射屏蔽
5.1 屏蔽設計原則
電子加速器輻照裝置在屏蔽設計時，不僅要考慮最大束流功率時的屏蔽要求，在能量和
束流強度可調情況下，還要考慮在最大能量和/或最大束流強度組合下的屏蔽差異。
5.2 屏蔽設計計算
5.2.1 屏蔽設計計算應包括：輻照室和主機室及各自迷道、屋頂、孔洞等。
5.2.2 屏蔽設計和計算結果應在設計文件中加以說明。
5.2.3 電子加速器輻照裝置的屏蔽計算方法可參見附錄 A。對于專用 X 射線輻照裝置，應根據(jù)加速器廠商提供的轉換靶參數(shù)或 X 射線發(fā)射率進行計算。對于既可用于電子束輻照也可用于 X 射線輻照的輻照裝置，應按照電子加速器輻照裝置的屏蔽計算方法計算。
6
電子加速器輻照裝置的安全設計
6.1 聯(lián)鎖要求
在電子加速器輻照裝置的設計中必須設置功能齊全、性能可靠的安全聯(lián)鎖保護裝置，對控制區(qū)的出入口門、加速器的開停機和束下裝置等進行有效聯(lián)鎖和監(jiān)控。安全聯(lián)鎖引發(fā)加速器停機時必須自動切斷高壓。
安全聯(lián)鎖裝置發(fā)生故障時，加速器不能運行。安全聯(lián)鎖裝置不得旁路，維護與維修后必須恢復原狀。
6.2 安全設施
（1） 鑰匙控制。加速器的主控鑰匙開關必須和主機室門和輻照室門聯(lián)鎖。如從控制臺上取出該鑰匙，加速器應自動停機。該鑰匙必須與一臺有效的便攜式輻射監(jiān)測報警儀相連。在運行中該鑰匙是唯一的且只能由運行值班長使用；
3
（2） 門機聯(lián)鎖。輻照室和主機室的門必須與束流控制和加速器高壓聯(lián)鎖。輻照室門或主機室門打開時，加速器不能開機。加速器運行中門被打開則加速器應自動停機；
（3） 束下裝置聯(lián)鎖。電子加速器輻照裝置的控制與束下裝置的控制必須建立可靠的接口和協(xié)議文件。束下裝置因故障偏離正常運行狀態(tài)或停止運行時，加速器應自動停機；
（4） 信號警示裝置。在控制區(qū)出入口處及內部應設置燈光和音響警示信號，用于開機前對主機室和輻照室內人員的警示。主機室和輻照室出入口設置工作狀態(tài)指示裝置，并與電子加速器輻照裝置聯(lián)鎖；
（5） 巡檢按鈕。主機室和輻照室內應設置“巡檢按鈕”，并與控制臺聯(lián)鎖。加速器開機前，操作人員進入主機室和輻照室按序按動“巡檢按鈕”，巡查有無人員誤留。
（6） 防人誤入裝置。在主機室和輻照室的人員出入口通道內設置三道防人誤入的安全聯(lián)鎖裝置（一般可采用光電裝置），并與加速器的開、停機聯(lián)鎖；
（7） 急停裝置。在控制臺上和主機室、輻照室內設置緊急停機裝置（一般為拉線開關或按鈕），使之能在緊急狀態(tài)下終止加速器的運行。輻照室及其迷道內的急停裝置應采用拉線開關并覆蓋全部區(qū)域。主機室和輻照室內還應設置開門機構，以便人員離開控制區(qū)；
（8） 劑量聯(lián)鎖。在輻照室和主機室的迷道內設置固定式輻射監(jiān)測儀，與輻照室和主機室的出入口門等聯(lián)鎖。當主機室和輻照室內的輻射水平高于儀器設定的閾值時，主機室和輻照室門無法打開；
（9） 通風聯(lián)鎖。主機室、輻照室通風系統(tǒng)與控制系統(tǒng)聯(lián)鎖，加速器停機后，只有達到預先設定的時間后才能開門，以保證室內臭氧等有害氣體濃度低于允許值；
（10） 煙霧報警。輻照室應設置煙霧報警裝置，遇有火險時，加速器應立即停機并停止通風。
6.3 其他要求
6.3.1 電氣系統(tǒng)
（1） 必須按加速器裝置及廠房建設和公用工程的供電條件設計，確保電壓電流的穩(wěn)定度。
（2） 主機室、輻照室、控制室應設置應急照明系統(tǒng)。
（3） 各供電系統(tǒng)及相關設備應有可靠的接地系統(tǒng)。
（4） 凡有高壓危險的部位，應設置高壓聯(lián)鎖、高壓放電保護裝置。
6.3.2 給水系統(tǒng)
（1） 應根據(jù)加速器裝置總用水要求，提供有一定裕量的水流量和水壓。
（2） 根據(jù)加速器裝置和束下裝置等設備工藝要求的水質、水溫、熱交換負荷進行設計。
6.3.3 通風系統(tǒng)
（1） 主機室和輻照室應設置通風系統(tǒng)，以保證輻照分解產(chǎn)生的臭氧等有害氣體濃度滿足 GBZ2.1 的規(guī)定。有害氣體的排放應滿足 GB3095 的規(guī)定。
（2） 臭氧的產(chǎn)生和排放，其計算模式和參數(shù)見附錄 B。
（3） 輻照室內的主排氣口應設置在易于排放臭氧的位置，例如掃描窗下方的位置。
4
（4） 排風口的高度應根據(jù) GB3095 的規(guī)定、有害氣體排出量和輻照裝置附近環(huán)境與氣象資料計算確定。
6.3.4 防火系統(tǒng)
輻照室和主機室的耐火等級應不低于二級，并設置火災報警裝置和有效的滅火設施。
7
日常檢修（管理）及記錄
7.1 裝置的維護與維修
輻照裝置營運單位必須制定輻照裝置的維護檢修制度，定期巡視檢查（檢驗）每臺加速器的主要安全設備，保持輻照裝置主要安全設備的有效性和穩(wěn)定性。安全設施的變更，需經(jīng)設計單位認可，并經(jīng)監(jiān)管部門同意后才能進行。
7.1.1 日檢查
電子加速器輻照裝置上的常用安全設備應每天進行檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況時必須及時修復。常規(guī)日檢查項目應至少包括下列內容：
（1） 工作狀態(tài)指示燈、報警燈和應急照明燈；
（2） 輻照裝置安全聯(lián)鎖控制顯示狀況；
（3） 個人劑量報警儀和便攜式輻射監(jiān)測儀器工作狀況。
7.1.2 月檢查
電子加速器輻照裝置上的重要安全設備或安全程序應每月定期進行檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況時必須及時修復或改正。月檢查項目至少應包括：
（1） 輻照室內固定式輻射監(jiān)測儀設備運行狀況；
（2） 控制臺及其他所有緊急停止按鈕；
（3） 通風系統(tǒng)的有效性；
（4） 驗證安全聯(lián)鎖功能的有效性；
（5） 煙霧報警器功能正常。
7.1.3 半年檢查
電子加速器輻照裝置的安全狀況應每 6 個月定期進行檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況時必須及時采取改正措施。其檢查范圍至少應包括：
（1） 配合年檢修的檢測；
（2） 全部安全設備和控制系統(tǒng)運行狀況。
7.2 記錄
輻照裝置營運單位必須建立嚴格的運行及維修維護記錄制度，運行及維修維護期間應按規(guī)定完成運行日志的記錄，記錄與裝置有關的重要活動事項并保存日志檔案。記錄事項一般不少于下列內容：
（1） 運行工況；
（2） 輻照產(chǎn)品的情況；
（3） 發(fā)生的故障及排除方法；
（4） 外來人員進入控制區(qū)情況；
（5） 個人劑量計佩戴情況；
5
（6） 個人劑量、工作場所和周邊環(huán)境的輻射監(jiān)測結果；
（7） 檢查及維修維護的內容與結果；
（8） 其它。
6
附錄 A 電子加速器輻照裝置的屏蔽防護計算
（資料性附錄，依據(jù) NCRP-51 和 NCRP-151 報告 ）
A.1 輻射源項
電子束轟擊靶、各結構材料和輻照產(chǎn)品都會產(chǎn)生韌致輻射（X 射線），X 射線是電子加速器輻照裝置輻射防護設計中的主要輻射源。
表 A.1 給出了單能電子入射到高 Z 厚靶（Z＞73）上，在距靶 1 米處的 X 射線發(fā)射率 Q。
表 A.1 X 射線發(fā)射率（單位：Gy?m ?mA-1?min-1）
X 射線穿過物質時呈近似指數(shù)規(guī)律衰減，屏蔽計算時首先須確定 X 射線的透射比 Bx，
使劑量率在經(jīng)過該屏蔽體厚度后，按該透射比的值減弱到允許值。
A.2 直射 X 射線的屏蔽
A.2.1 確定 X 射線的透射比 BX
?H d2 ?
Bx ? ?1?10?6
?
?
?
（A-1）
M
D T
?
10
?
式中：
Bx—— X 射線的屏蔽透射比，指在屏蔽體入射面的吸收劑量率，經(jīng)屏蔽厚度按該透射比減弱，使屏蔽體的出射面劑量率達到所要求的水平；
HM—— 參考點最大允許周圍劑量當量率（μSv?h-1）；
d—— X 射線源與參考點之間的距離（m）；
T—— 居留因子。當參考點位置為人員全居留時取值 1，部分居留時可取 1/4，偶然居留時可取 1/16。常數(shù)（1×10-6）為單位轉換系數(shù)。
D10—— 距離 X 射線輻射源 1m 處的標準參考點的吸收劑量率（Gy?h-1）
D10=60?Q?I?fe
（A-2）
式中：
Q—— X 射線發(fā)射率（Gy?m2?mA-1?min-1）；
I—— 電子束流強度（mA）；
fe——X 射線發(fā)射率修正系數(shù)。
表A.1中給出的數(shù)據(jù)是電子束打高Z靶的數(shù)據(jù)，通常被輻照的物質很少為高Z材料，因此需要對靶進行修正。被輻照的靶材料為“鐵、銅”時，0°方向的修正系數(shù)fe為0.7，90°方向的修正系數(shù)f 為0.5；被輻照的靶材料為“鋁、混凝土”時，0°方向的修正系數(shù)f 為0.5，
e
e
90°方向的修正系數(shù)fe為0.3。
7
A.2.2 屏蔽厚度的求解
屏蔽厚度的計算可以采用兩種方法：曲線圖解法和十分之一值層法。這里僅給出十分之一值層法，曲線圖解法可在 NCRP-51 報告中查到。用屏蔽材料的十分之一值層來表示屏蔽厚度
B =10-n 或 n=log (1/B ）
（A-3）
x
10
x
計算屏蔽體厚度，可以保守地估算為：
S=T1+(n-1)Te
（A-4）
式中：
S—— 屏蔽體厚度(cm)；
T1—— 在屏蔽厚度中，朝向輻射源的第一個十分之一值層(cm)；
Te—— 平衡十分之一值層，該值近似于常數(shù)(cm)；
n—— 為十分之一值層的個數(shù)。
表 A.2、A.3 給出普通混凝土、鋼和鉛的 T 和 T 值。
1
e
表 A.2 寬束 X 射線在幾種主要材料中的第一個十分之一值層厚度
（單位：cm）
入射電子能
量(MeV)
混凝土
鐵
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
4.0
5.0
7.5
10.0
15.2
3.8
18.5
5.5
20.4
6.8
22.1
7.7
24.2
8.3
26.1
8.7
30.5
9.2
32.5
9.7
36.8
10.3
5.6
41
10.5
5.7
鉛
0.5
1.5
2.6
3.35
4.7
4.5
5.0
5.3
表 A.3 寬束 X 射線在幾種主要材料中的平衡十分之一值層厚度
（單位：cm）
入射電子能
量(MeV)
混凝土
鐵
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
4.0
5.0
7.5
10.0
11.9
3.3
15.0
5.0
18.3
6.2
20.1
7.0
22.5
7.7
24.7
8.2
30.5
9.2
32.5
9.7
36.8
10.3
5.7
38.6
10.5
5.6
鉛
1.2
2.6
3.65
4.2
4.1
4.9
5.3
5.5
A.2.3 側向 X 射線的屏蔽
對于電子加速器輻照裝置，很多情況下需要考慮側向（相對電子束 90°方向）X 射線的屏蔽，此時應將等效入射電子能量作為側向入射電子的能量，如下表 A.4 所示，然后按等效入射電子能量的特性參數(shù)，根據(jù)直射 X 射線屏蔽的方法進行計算。
表 A.4 90°方向電子的相應等效能量
（單位：MeV）
入射電子能量
1.0
0.7
1.5
1.0
2.0
1.3
2.5
1.6
3.0
1.9
4.0
2.5
5.0
3.1
7.5
4.6
10.0
6.0
等效入射電子能量
A.3 散射輻射的屏蔽
在加速器裝置的屏蔽設計中，有三種情況必須考慮散射輻射：
（1） 迷道和防護門；
8
（2） 天空反散射；
（3） 孔道。
A.3.1 迷道和防護門
A.3.1.1 防護電子的迷道，為防止電子在迷道入口處的照射，最簡單的屏蔽方法是使迷道路徑長度大于電子在空氣中的射程，這個長度可以是迷道的直線距離，或者是迷道中最短的各個中間距離之和。
A.3.1.2 防護 X 射線的迷道，下面的計算方法可保守地估算迷道外入口的劑量率：
D ? A ?? A ?
j
?
1
H
?
10
1
1
2
2
（A-5）
1,rj
?
?
2
d .d .d ...d
rj
1
r1
r 2
式中：
? 1—— 入射到第一個散射體的 X 射線的散射系數(shù)；
? 2—— 從以后的物質散射出來的 0.5MeV 的 X 射線的散射系數(shù)（假設對以后所有散射
過程是相同的）；
A1—— X 射線入射到第一散射物質的散射面積（m2）；
A2—— 迷道的截面積（m2,假設整個迷道的截面積近似常數(shù)，高寬之比在 1～2 之間）；
d1—— X 射線源與第一散射物質的距離(m)；
d ，d …d —— 沿著迷道長軸的中心線距離；
drj / A21/2 的比值應在 1～6 之間；
r1
r2
rj
j—— 指第 j 個散射過程。
在任何迷道的設計中，沿 X 射線源方向的線路，所設計迷道墻厚度的總和應不小于直射所需屏蔽墻的厚度。
A.3.1.3 防護門
（1） 設有防護門的加速器裝置，門的關閉必須確保門外人員的輻射安全；
（2） 加速器門的結構材料最常用的有混凝土、鋼和鉛。由于鉛易變形，通常安裝在鋼結構上，或夾在兩層鋼板中間；
（3） 門與入口要有足夠的搭接，在門的頂部和兩邊至少重疊10倍于門與墻之間的縫隙。門可安裝在門洞內側，以減少邊界輻射泄露問題；
（4） 門的底部存在輻射漏束，需要根據(jù)具體情況進行防護；
（5） 重型屏蔽門應由電氣、液壓、或氣動裝置驅動，并設置有防止夾人功能。
A.3.2 天空反散射
加速器產(chǎn)生的輻射源通過屋頂泄漏，再經(jīng)過天空中大氣的反散射，返回至加速器周圍的地面附近，形成附加的輻射場，這種現(xiàn)象稱為天空反散射。
A.3.2.1 天空反散射的計算
根據(jù) NCRP-151 號報告，計算公式為
?
?
?
?
?
2.5 ?10 ? 2 ? B D10
?
1.3
xs
（A-6）
?
H ?
（ d d ）
2
i
s
式中：
H——在距離 X 射線輻射源 dS 處地面，天空反散射的 X 射線周圍劑量當量率（Sv?h-1）；
9
BXS—— X 射線屋頂?shù)钠帘瓮干浔龋?
? —— 由 X 射線源與屏蔽墻對向的立體角（Sr）；
di—— 在屋頂上方 2m 處離靶的垂直距離（m）；
ds—— X 射線源至 P 點的距離（m）。
A.3.2.2 廠房屋頂厚度
屋頂?shù)钠帘瓮干浔?Bxs 為：
? H d
2
i
d
2
s
?
Bxs ? 4 ?10-5
M
（A-7）
?
?
?
D10 ?1.3
?
式中：
HM——P 點所在位置的最大允許周圍劑量當量率（μSv?h-1）。
計算出屋頂屏蔽透射比 Bxs 后，按上述十分之一值層求解法計算出屋頂?shù)钠帘魏穸取?
圖 A.1 X 射線天空反散射示意圖
A.3.2.3 X 射線通過屋頂?shù)膫认蛏⑸?
當加速器近鄰有高層建筑時，則 X 射線通過屋頂后側向散射對建筑物造成輻射影響，
見圖 A.2。
10
圖 A.2 X 射線的側向散射
通過混凝土屋頂 X 射線的側向散射可用以下經(jīng)驗公式計算：
D10 Ff(θ）
（A-8）
Η ?
??t-T ??
1?
1
?
?
Te
? ?
d
2
R
10
式中：
H—— X 射線側向散射周圍劑量當量率（Sv?h-1）；
D10—— 靶上方 1 米處 X 射線的吸收劑量率（Gy?h-1）；
F—— 靶上方 1 米處照射野的面積（m2）；
f(θ)—— 由表 A.5 中給出的 X 射線的角度分布函數(shù)；
dR—— 從屋頂上方束流中心到關注點的距離（m）；
t—— 屋頂?shù)暮穸龋╩）；
T 、T 分別為屋頂屏蔽材料的第一個和平衡十分之一值層（m）。
1
e
表 A.5 X 射線的角度分布函數(shù) f（θ）
角度分布函數(shù) f(θ)
角度(θ)
20
30
40
50
60
70
80
85
0.38
0.26
0.16
0.10
0.065
0.035
0.014
0.005
A.4 主機室的屏蔽
電子加速器輻照裝置設備設計制造單位提供加速器在主機室的束流損失，按此值根據(jù)
A.2、A.3 方法計算主機室的屏蔽設計。
11
附錄 A 示例 10MeV 電子加速器輻照裝置輻射屏蔽計算
1. 基本參數(shù)
1.1 加速器參數(shù)
電子加速器的電子束能量為 10MeV，電子束流強度為 2mA，束流功率為 20 kW。
1.2 輻照室、主機室結構尺寸
輻照室內凈空尺寸為長 17m×寬 7.5m×高 2.2m，最外側迷道的高度為 1.7 米，屏蔽墻均采用普通混凝土。輻照室周圍布置有輻照加工區(qū)、風機房、配電房、其他輔助用房等（見圖A.3）。
主機室內凈空尺寸為長 8.3m×寬 5.0m×高 8.0m，屏蔽墻均采用普通混凝土，門口處安裝鉛防護門。周圍布置有水冷室、控制室、其他輔助用房等（見圖 A.4）。
圖 A.3 輻照室及直射輻射計算點
圖 A.4 主機室及直射輻射計算點
12
2.屏蔽計算
2.1 廠房屏蔽墻計算
2.1.1 X 射線發(fā)射率
（1）輻照室 X 射線發(fā)射率
°
此處計算的是 X 射線側向屏蔽，因此需要給出 10MeV 電子側向（90 方向）X 射線發(fā)°射率，根據(jù)附錄 A 表 A.1，10MeV 入射電子在距靶 1 米處側向 90 的 X 射線發(fā)射率為 13.5Gy?m2?mA-1?min-1，保守計算考慮，X 射線發(fā)射率修正系數(shù)在示例中取值為 1。當束流強度為 2mA，則根據(jù)附錄 A 公式（A-2），輻照室距離 X 射線輻射源 1m 處的標
準參考點的吸收劑量率為：
D10(90o)=60×13.5×2×1 Gy?h-1=1.62×103 Gy?h-1
依據(jù)附錄 A 表 A.4，10MeV 電子在側向屏蔽能量取相應等效能量為 6MeV。
（2）主機室加速器束流損失所致 X 射線發(fā)射率
不同類型的電子加速器在加速過程中的束流損失有很大差異，其資料應由設計單位或生產(chǎn)廠家提供。本計算設定束流損失率為 2%（即電子束流強度為 4×10-2mA），束流損失點的
°
能量為 3MeV。根據(jù)附錄 A 表 A.1，3MeV 入射電子在距靶 1 米處側向 90 的 X 射線發(fā)射率
3.2 Gy?m2?mA-1?min-1，保守計算考慮，X 射線發(fā)射率修正系數(shù)在示例中取值為 1。
當束流強度為 4×10-2mA，則根據(jù)附錄 A 公式（A-2），主機室距離 X 射線輻射源 1m 處
的標準參考點的吸收劑量率為：
D10(90o)=60×3.2×4×10-2×1 Gy?h-1=7.68 Gy?h-1
依據(jù)附錄 A 表 A.4，3MeV 入射電子在側向屏蔽能量取相應等效能量 1.9MeV。
2.1.2 透射比 BX 的計算
根據(jù)附錄 A 公式（A-1），其中參考點（距離屏蔽體外側 0.3 米處）最大允許周圍劑量當
量率（μSv?h-1）HM 取 2.5，居留因子 T 保守取 1，計算出 X 射線的透射比 Bx 見表 A.6。
表 A.6 直射輻射屏蔽透射比計算結果
樓層
參考點
位置
距離 d（m） D10（Gy?h-1
）
HM（μSv?h-1）
T
Bx
A
B
生產(chǎn)作業(yè)區(qū)
樓梯間
11.3
12.4
12.5
4.8
1.62×10
3
3
3
3
3
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1.97×10-7
2.37×10-7
2.41×10-7
3.56×10-8
1.70×10-7
4.70×10-6
1.73×10-5
7.50×10-6
6.89×10-6
一層
輻照室
周圍
1.62×10
1.62×10
1.62×10
1.62×10
7.68
C
東墻外車道
南墻外車道
風機房
D
E
10.5
3.8
2A
2B
2C
2D
控制室
二層
主機室
周圍
辦公室及會議室
南墻外車道
調制器室
7.3
7.68
4.8
7.68
4.6
7.68
2.1.3 屏蔽厚度的計算
首先根據(jù)附錄 A 公式（A-3），采用表 A.6 中的 Bx 值，計算出 n 值。
再由附錄 A 表 A.2 和表 A.3 查出混凝土的 T 和 T 值：對于輻照室，入射電子能量為
1
e
6MeV，混凝土的 T 和 Te 值分別為 T 35.5cm，T =35.5cm；對于主機室當入射電子能量為
1
1=
e
13
1. 9MeV 時，混凝土的 T 和 T 值分別為 T =22.1cm，T =20.1cm。
1
e
1
e
最后根據(jù)附錄 A 公式 A-4 計算出對應混凝土的厚度見表 A.7。
表 A.7 直射輻射屏蔽墻厚度計算結果
樓層
參考點
位置
Bx
n
混凝土厚度（m）
A
B
生產(chǎn)作業(yè)區(qū)
樓梯間
1.97×10-7
2.37×10-7
2.41×10-7
3.56×10-8
1.7×10-7
4.7×10-6
1.73×10-5
7.5×10-6
6.89×10-6
6.71
6.62
6.62
7.45
6.77
5.33
4.76
5.12
5.16
2.38
2.35
2.34
2.64
2.40
1.09
0.98
1.05
1.06
一層
輻照室
周圍
C
東墻外車道
南墻外車道
風機房
D
E
2A
2B
2C
2D
控制室
二層
主機室
周圍
辦公室及會議室
南墻外車道
調制器室
由圖 A.3 和圖 A.4 可知，輻照室及主機室直射輻射屏蔽墻的設計厚度均大于計算結果，
滿足防護要求。
2.2 迷道散射計算
根據(jù)附錄 A 公式（A-5），對于能量大于 3 MeV 的 X 射線認為其散射一次后的能量均為
0.5 MeV；對于初級 X 射線，散射系數(shù)α1 取值 5×10-3，對于一次散射后的 X 射線散射系數(shù)α2
（假設一次散射后的反射過程一樣，E=0.5 MeV）取值為 2×10-2。輻照室迷道散射計算的 D10
取值為：D10(90o) =1.62×103 Gy?h-1。
輻照室迷道散射面積的確定：A1 為第一次散射寬度與高度的乘積，之后的散射面積均
為迷道寬度與高度的乘積，根據(jù)圖 A.5，對于 G 點：A1=（2.85+3.68）×2.2=14.4m2；對于 H
點：A =（2.72+3.68）×2.2=14.1m2，A = A =2.5×2.2=5.5 m2， A = A =2.5×1.7=4.25 m2；第
1
2
3
4
5
一個散射面的散射點保守地取在靠近迷道處。
主機室迷道散射計算的 D 取值為：D (90o)=7.68 Gy?h-1，根據(jù)圖 A.6，其第一散射面積
10
10
A1=2.89×8=23.1m2。
輻照室和主機室的迷道散射計算結果見表 A.8。
表 A.8 迷道散射計算結果
路徑
輻射劑量率
樓層
參考點
散射次數(shù) j
d ,d …d
rj
μSv?h-1
1
r1
一樓
輻照室
G
H
5
5
1
6.25,4.75,5.5,4.0,4.5,2.25
8.25,4.75,5.5,4.0,4.5,2.25
4.5,5.5
2.33×10-4
1.30×10-4
二樓主機室
2E
1.45×10
3
注：圖中參考點位于屏蔽門內，還應考慮 X 射線直射劑量的疊加影響。
14
圖 A.5 輻照室散射路徑示意圖
圖 A.6 主機室散射路徑示意圖
由表 A.8 可知，輻照室迷道入口處周圍劑量當量率為 2.33×10-4μSv?h-1，遠小于最大
允許周圍劑量當量率 2.5 μSv?h-1，所以，輻照室迷道的設計是合理的。主機室迷道入口
處周圍劑量當量率為 1.45×10 μSv?h-1，遠大于最大允許周圍劑量當量率 2.5 μSv?h-1，
3
所以，主機室必須增設防護門。
2.3 防護門的屏蔽計算
首先計算透射比 B =H /H ，其 中 H 為屏蔽門外側最大允許周圍劑量當量率（μSv?h-1），
M
0
M
X
取 2.5；H0 為屏蔽門內側吸收劑量率（μSv?h-1）。
15
B =2.5/1.45×103=1.72×10-3 ，n=log （1/1.72×10-3）=2.76。為留出保守裕度，n 值取 3。
x
10
當 n=3 時，Bx=1.0×10-3。
再由附錄 A 表 A.2 和表 A.3 查出鉛的 T1 和 Te 值：對于主機室當入射電子能量為 1.9MeV
時散射一次后 X 射線的能量為 0.5MeV，鉛的 T 和 T 值分別為 T =0.5cm，T =1.19cm。
1
e
1
e
最后根據(jù)附錄 A 公式（A-4）計算出對應鉛防護門的厚度見表 A.9。
表 A.9 防護門的屏蔽厚度計算結果
H0（μSv?h-1
）
HM（μSv?h-1
）
Bx
n
3
鉛防護門厚度（cm）
2.88
1.45×10
3
2.5
1.0×10-3
因此，當鉛防護門的厚度為 2.88cm 時，屏蔽門外的劑量率為 1.45 μSv?h-1，滿足小于 2.5
μSv?h-1 的防護要求。
2.4 廠房屋頂厚度
屋頂厚度首先應考慮直射的防護，本計算設定加速器開機時主機室內及其屋頂上方均無
人到達，因此，對屋頂直射的防護主要應考慮圖 A.4 和圖 A.7 從一層輻照室 X 射線源直射
到二層主機室周圍輔助房間的劑量。
表 A.10 一層輻照室屋頂厚度計算結果
樓層
參考點
位置
Bx
n
混凝土厚度（m） 所需樓板厚度（m）
2A
2B
2C
2D
控制室
辦公室及會議室
南墻外車道
調制器室
4.14×10-8
9.88×10-8
5.55×10-8
5.2×10-8
7.38
7.0
2.62
2.49
2.58
2.58
1.55
—
二層
主機室
周圍
7.26
7.28
0.76
1.43
對于天空反散射，這里要綜合考慮輻照室和主機室輻射對參照點 P 的劑量貢獻，根據(jù)附
錄 A 公式（A-7）屋頂天空反散射計算結果見表 A.11。
假設 P 點位于公眾所能達區(qū)域，區(qū)域居留因子取 1/4，因此 P 點所在位置的最大允許周
圍劑量當量率：
HM=0.1mSv/（8760h×1/4）=4.57×10-2μSv?h-1
圖 A.7 廠房屋頂厚度計算示意圖
16
表 A.11 屋頂天空反散射計算結果
樓層
D10（Gy?h-1
）
HM（μSv?h-1
）
Ω
di（m） ds（m）
Bxs
所需屋頂厚度（m）
一樓輻照室
二樓主機室
1.62 ×10
3
4.57×10-2
4.57×10-2
0.18
0.20
14.1
10.5
20
20
8.3×10-4
8.5×10-2
1.09
0.24
7.68
可見，天空反散射對 P 點的計量貢獻主要來自輻照室。
因此，根據(jù)表 A.7, A.10 和 A.11 的計算結果，只要輻照室屋頂?shù)暮穸却笥?1.55m，二樓
輔助房間的劑量率即小于 2.5 μSv?h-1，P 點的劑量率遠小于 4.57×10-2 μSv?h-1，滿足對應區(qū)域
年劑量率要求，本示例一樓輻照室屋頂厚度保守取 1.7 米，二樓主機室屋頂厚度保守取 1.5m。
2.5 X 射線通過頂蓋的側向散射
當加速器近鄰有高層建筑時，則 X 射線通過屋頂后側向散射將成為對建筑物的主要貢
獻。
通過混凝土屋頂 X 射線的側向散射采用附錄公式 A-8 計算, 二樓主機室屋頂?shù)暮穸?t 取
值為 1.5m，本計算中假定角度θ為 40°以及高層建筑距輻照室屏蔽體外側的水平距離為 20m。
X 射線的側向散射計算結果見表 A.12。
表 A.12 X 射線的側向散射計算結果
樓層
D10（Gy?h-1
1.62×10
7.68
）
F（m
2
）
f(θ)
0.16
0.16
dR（m） t（m） T （m） T （m） H（μSv?h-1
）
1
e
一樓輻照室
二樓主機室
3
0.16
24
38.12
38.12
1.5
1.5
0.355
0.355
1.699
8.79×10-4
0.221
0.201
H 值大于公眾的允許劑量水平，說明本示例在 20m 之內不允許有高層建筑；若建筑物
高度或其距離不可改變，則應增加屋頂厚度。
17
附錄 B 有害性氣體的產(chǎn)生和排放計算
（資料性附錄）
空氣在輻射照射下產(chǎn)生臭氧（O ）和氮氧化物（NO ）等有害氣體。氮氧化物的產(chǎn)額約
3
X
為臭氧的三分之一，且以臭氧的毒性最高，所以主要是考慮臭氧的產(chǎn)生及其防護。
B.1 臭氧的產(chǎn)生
平行電子束所致 O3 的產(chǎn)生率可以用以下公式進行保守的估算：
P=45dIG
（B-1）
式中：
P——單位時間電子束產(chǎn)生 O3 的質量（mg/h）；
I——電子束流強度（mA）；
d——電子在空氣中的行程（cm），應結合電子在空氣中的線阻止本領 s=2.5keV/cm 和
輻照室尺寸選取；
G——空氣吸收 100eV 輻射能量產(chǎn)生的 O3 分子數(shù)，保守值可取為 10。
B.2 輻照室臭氧的平衡濃度
在加速器正常運行期間，臭氧不斷產(chǎn)生，考慮到室內連續(xù)通風和臭氧自身的化學分解（有
效化學分解時間約為 50 分鐘），輻照室空氣中臭氧的平衡濃度隨輻照時間 t 的變化為：
?
?
?
t ?
PT
V
?
（B-2）
C ?t ? ?
e
1 ? e
T
e
?
?
?
?
式中：
C（t）——輻照室空氣中在 t 時刻臭氧的濃度（mg/m3）；
P——單位時間電子束產(chǎn)生 O3 的質量（mg/h）；
Te ——對臭氧的有效清除時間（h）
TV ? T
d
（B-3）
Te ?
TV ? T
d
TV——輻照室換氣一次所需時間（h）；
Td——臭氧的有效化學分解時間（h），約為 50 分鐘。
此種情況下，T <
V
d
e
V
PT
V
C
?
e
（B-4）
S
B.3 臭氧的排放
加速器長期正常運行期間，室內臭氧達到飽和平衡濃度，通常情況下，該濃度大大高于
GBZ2.1 所規(guī)定的工作場所最高容許濃度。因此，當加速器停止運行后，人員不能直接進入
輻照室，風機必須繼續(xù)運行，室內臭氧濃度隨時間急劇下降，濃度變化的平衡方程為：
dC/dt= -C/Te
（B-5）
當 t=0 時,
C=Cs
（B-6）
18
得到濃度隨時間的變化公式為：
由此可得：
t
?
C ? C s e
T
（B-7）
（B-8）
e
關閉加速器后風機運行的持續(xù)時間公式為：
C
C
T ? ? T e ln
0
s
式中：
C ——GBZ2.1 規(guī)定的臭氧的最高容許濃度，C = 0.3mg/m3。
0
0
T——為使室內臭氧濃度低于規(guī)定的濃度所須時間（h）。
B.4 X 射線產(chǎn)生的臭氧
在輻射加工中，只有僅利用 X 射線的廠房，需要考慮 X 射線產(chǎn)生的臭氧。而電子束和
X 射線同時使用的廠房，只計算電子束產(chǎn)生臭氧就足夠了。
如 X 射線在距靶 1 米處的周圍劑量當量率為 D10，則 X 射線產(chǎn)生的臭氧可用下式估算：
P=2×10-9 D10SL
（B-9）
式中：
P——臭氧的產(chǎn)生率（L?s-1）；
D10——X 射線在距靶 1 米處的周圍劑量當量率（Gy?s-1）；
S——受輻照區(qū)域的大小（m2）；
L——X 射線在空氣中路徑長度（m）。
19
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