在手套箱中操作放射性物料時(shí)的輻射防護(hù)分析

1、在手套箱中操作放射性物料時(shí)的輻射防護(hù)分析摘 要：在處理乏燃料時(shí)，一般都會(huì)在手套箱中將對(duì) 具有較強(qiáng)放射性的物料進(jìn)行操作和處理。由于物料具有較強(qiáng) 的放射性和污染性，因此，我們需要對(duì)手套箱中的源項(xiàng)以及 輻射屏蔽進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚砗头治?，將手套箱中的操作源?xiàng)總 活度以及不同類(lèi)型的射線強(qiáng)度范圍進(jìn)行精確的測(cè)定，對(duì)操作 人員的時(shí)限進(jìn)行評(píng)估，以在最大程度上保證人員人身安全。 通過(guò)一定的分析和計(jì)算，我們得到這樣的結(jié)果，粒子對(duì)帶有 一定厚度且完好無(wú)損的手套的手以及人整體的輻射是可以 忽略不計(jì)的，為了進(jìn)一步降低中子對(duì)人員的輻射，我們需要 將手套箱中的中子產(chǎn)額較高的核素以及整體的操作量進(jìn)行 嚴(yán)格控制。除此之外，我們應(yīng)該要

2、對(duì)90Sr、90Y、137Cs 等純X射線核素的凈化效率進(jìn)行科學(xué)、 嚴(yán)格地控制，這樣才能 夠在一定程度上保證人員在操作的過(guò)程中不受到射線對(duì)手 部的過(guò)量照射劑量以及其軔致輻射產(chǎn)生的光子對(duì)人體的二 次輻照的傷害。關(guān)鍵詞：手套箱輻射屏蔽；輻射劑量；輻射；手套箱中圖分類(lèi)號(hào)： TL752 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 在手套箱中進(jìn)行放射性物料的操作和樣本的分析過(guò)程 中，進(jìn)行輻射防護(hù)必須要從各個(gè)方面的因素進(jìn)行考慮，比如 穿戴的手套的厚度、手套箱的輻射屏蔽防護(hù)、燃料對(duì)手部的 輻射等。由于在手套箱中的放射性物料的組成元素較為復(fù) 雜，其中有鈾、钚、镎等錒系元素，同時(shí)還會(huì)有其他的放射 性核素， 90Sr、90Y、137Cs、

3、59Fe 等。其中，放射性核素放 射出的射線有不同的粒子和中子， 甚至有時(shí)候還會(huì)出現(xiàn) X 射 線。所以，我們必須要在進(jìn)行手套箱的防輻射設(shè)計(jì)時(shí)，要根 據(jù)不同的具體情況進(jìn)行具體分析和設(shè)計(jì)。一、手套箱中的物料源項(xiàng)分析 通常情況下，在手套箱中的放射性物料的組成元素較為 復(fù)雜，會(huì)涉及到多種元素，每種元素都有自己的輻射特性， 需要根據(jù)情況對(duì)其進(jìn)行具體分析。在進(jìn)行輻射防護(hù)設(shè)計(jì)的過(guò) 程中，我們通常會(huì)選擇不同輻射類(lèi)型、對(duì)劑量貢獻(xiàn)較大的物 料源項(xiàng)進(jìn)行分析計(jì)算。一般我們根據(jù)物料的物質(zhì)形態(tài)進(jìn)行不 同的設(shè)計(jì)，如在某些場(chǎng)合中用于沉淀、過(guò)濾、干燥烘焙的手 套箱。在計(jì)算中，假定手套箱中錒系元素組成與物料參數(shù)見(jiàn) 表 1 。在進(jìn)

4、行放射性物料的處理過(guò)程中，我們首先必須要把溶 液形態(tài)的物料通過(guò)沉淀手套箱進(jìn)行沉淀，將沉淀之后的浮在 上層的具有放射性的溶液進(jìn)行去除，然后將底層的沉淀物放 入過(guò)濾手套箱，這樣就能將物料總活度降低一半。然后再將 過(guò)濾之后的物料在干燥烘焙箱進(jìn)行焙燒處理，此時(shí)的放射性 核素組分和活度與過(guò)濾手套箱的源項(xiàng)整體基本相同。二、進(jìn)行手套箱屏蔽計(jì)算的相關(guān)參數(shù)前面提到的3種手套箱都是長(zhǎng)70cm,寬70cm,高100cm 的箱體，材質(zhì)一般都是碳鋼， 其中碳鋼的密度必 ?在 7.8g?cm-3 之上，操作放射性物料的人員在工作過(guò)程中應(yīng)該要穿戴密度 1g?cm-3 以上、厚度為 1mm 的鉛橡膠手套。 在進(jìn)行操作的過(guò) 程

5、中，人員離放射性物料的距離要在 30cm 之上，每天約生 產(chǎn)200g產(chǎn)品，每個(gè)手套箱每天處理物料的時(shí)間為1h, 般每年工作 100 天。三、手套箱輻射屏蔽1. 手套箱輻射屏蔽的計(jì)算方法程序 進(jìn)行手套箱輻射屏蔽的計(jì)算， 我們采用 MCNP 程序， 這個(gè)程序是在蒙特卡洛算法基礎(chǔ)上進(jìn)行中子、光子、電子的輸 運(yùn)問(wèn)題計(jì)算的程序。 MCNP 可以將模型幾何進(jìn)行準(zhǔn)確地描 述，還可以將模擬粒子運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程進(jìn)行確定，最終得到較為 準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。2. 手套箱物料源項(xiàng)分析手套箱中源項(xiàng)輻射出的射線主要有a粒子、B射線、I射線和中子。a粒子就是鈾、钚、镎等錒系放射性元素的衰 變時(shí)出現(xiàn)的，a粒子沒(méi)有較強(qiáng)的穿透能力，會(huì)直接

6、被手套箱 屏蔽掉，因此在進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，可以將其直接忽略。中 子的產(chǎn)生主要是鈾、钚、镎等錒系放射性元素自發(fā)裂變和(a , n)反應(yīng)的，我們可以在表 2中看出，其中自發(fā)裂變的中子平均能量有 2MeV 。這樣根據(jù)表 1中的質(zhì)量和表 2 中 給出的數(shù)據(jù)就可以將中子能譜進(jìn)行計(jì)算，得出輻射屏蔽的數(shù) 值然后進(jìn)行輸入。Y射線是由137Ba和60Co以及U、Pu、Np元素的各同 位素衰變得來(lái)的，a射線主要由物料中 90Sr、90丫、137CS 和60Co衰變輻射出的，同理可以根據(jù)表 1得出最后的B射 線的能譜，最后作為輻射屏蔽計(jì)算并輸入數(shù)據(jù)。B射線被放射源物質(zhì)本身或者周?chē)奈镔|(zhì)阻止時(shí)就軔 致輻射就會(huì)出現(xiàn)光子

7、 （x 射線），也會(huì)對(duì)照射劑量有一定的貢 獻(xiàn)。在進(jìn)行輻射屏蔽分析的過(guò)程中，由于其具有一定的保守 性，可以采用埃文斯公式： （k）=C（E-k）。其中，k代表軔致輻射光子能量；E是a粒子的初始能量； C 是由軔致輻射固有強(qiáng)度決定的常數(shù)。在計(jì)算的過(guò)程中 由于具有一定的保守性，沒(méi)有考慮到軔致輻射和考慮軔致輻 射的光子能譜比較。3. 手套箱輻射屏蔽計(jì)算 根據(jù)手套箱對(duì)中子的輻射屏蔽計(jì)算的結(jié)果，我們可以知 道，手套箱外的中子劑量在 0.06v?h 之內(nèi)，因此，對(duì)于手套 箱外總劑量的貢獻(xiàn)較小，可以通過(guò)表 1 和表 2 進(jìn)行分析，得 到中子的產(chǎn)額較高的 Pu 元素質(zhì)量份額很小，因此，貢獻(xiàn)也 較小。根據(jù)手套箱對(duì)

8、 a 射線的輻射屏蔽計(jì)算結(jié)果，其中我們可 以了解到，各手套箱外的 B射線的劑量率為0,因此，手套 箱本身的碳鋼材質(zhì)能夠?qū)?a射線屏蔽，一般來(lái)說(shuō)，我們通常使用 Katz 和 Penfold 經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。針對(duì)手套箱對(duì)光子的輻射屏蔽設(shè)計(jì)，由于軔致輻射的光 子和未考慮軔致輻射的光子不同的兩種情況，要進(jìn)行分別計(jì) 算。在考慮軔致輻射的情況下，劑量率會(huì)直接提高增加約 20%25%，因此，軔致輻射對(duì)光子劑量的貢獻(xiàn)較大。在手 套箱中物料包含有 90Sr、90丫、137CS等純B放射性核素強(qiáng) 源的情況下，因此，在這種情況下，必須要考慮B射線的照射因素，還要充分考慮 B射線引起的軔致輻射。此時(shí)如果將 屏蔽后的劑量率設(shè)定為小于 5v?h,不考慮軔致輻射，過(guò)濾手 套箱和干燥烘焙手套箱就能夠進(jìn)行屏蔽，如果要將實(shí)際存在 的軔致輻射的情況考慮進(jìn)來(lái)的話，就必須要對(duì)手套箱的屏蔽 進(jìn)行相應(yīng)加強(qiáng)。結(jié)語(yǔ)綜上所述，我們應(yīng)該要將各種類(lèi)型的射線對(duì)工作人員的 輻射傷害進(jìn)行分析和說(shuō)明，將放射性物料中中子產(chǎn)額較高的 核素的含量和總體的操作量進(jìn)行嚴(yán)格控制。除此之外，我們 應(yīng)該要對(duì)90Sr、90Y、137Cs等純B射線核素的凈化效率進(jìn) 行科學(xué)、嚴(yán)格地控制，這樣才能夠在一定程度上保證人們?cè)?操作的過(guò)程中不受到 a 射線對(duì)手部的照射劑量以及其軔致 輻射產(chǎn)生的光子對(duì)人體的二次輻照的傷害。參考文獻(xiàn)1 N