在手套箱中操作放射性物料时的辐射防护分析

1、在手套箱中操作放射性物料时的辐射防护分析摘 要：在处理乏燃料时，一般都会在手套箱中将对 具有较强放射性的物料进行操作和处理。由于物料具有较强 的放射性和污染性，因此，我们需要对手套箱中的源项以及 辐射屏蔽进行适当地处理和分析，将手套箱中的操作源项总 活度以及不同类型的射线强度范围进行精确的测定，对操作 人员的时限进行评估，以在最大程度上保证人员人身安全。 通过一定的分析和计算，我们得到这样的结果，粒子对带有 一定厚度且完好无损的手套的手以及人整体的辐射是可以 忽略不计的，为了进一步降低中子对人员的辐射，我们需要 将手套箱中的中子产额较高的核素以及整体的操作量进行 严格控制。除此之外，我们应该要

2、对90Sr、90Y、137Cs 等纯X射线核素的净化效率进行科学、 严格地控制，这样才能 够在一定程度上保证人员在操作的过程中不受到射线对手 部的过量照射剂量以及其轫致辐射产生的光子对人体的二 次辐照的伤害。关键词：手套箱辐射屏蔽；辐射剂量；辐射；手套箱中图分类号： TL752 文献标识码： A 在手套箱中进行放射性物料的操作和样本的分析过程 中，进行辐射防护必须要从各个方面的因素进行考虑，比如 穿戴的手套的厚度、手套箱的辐射屏蔽防护、燃料对手部的 辐射等。由于在手套箱中的放射性物料的组成元素较为复 杂，其中有铀、钚、镎等锕系元素，同时还会有其他的放射 性核素， 90Sr、90Y、137Cs、

3、59Fe 等。其中，放射性核素放 射出的射线有不同的粒子和中子， 甚至有时候还会出现 X 射 线。所以，我们必须要在进行手套箱的防辐射设计时，要根 据不同的具体情况进行具体分析和设计。一、手套箱中的物料源项分析 通常情况下，在手套箱中的放射性物料的组成元素较为 复杂，会涉及到多种元素，每种元素都有自己的辐射特性， 需要根据情况对其进行具体分析。在进行辐射防护设计的过 程中，我们通常会选择不同辐射类型、对剂量贡献较大的物 料源项进行分析计算。一般我们根据物料的物质形态进行不 同的设计，如在某些场合中用于沉淀、过滤、干燥烘焙的手 套箱。在计算中，假定手套箱中锕系元素组成与物料参数见 表 1 。在进

4、行放射性物料的处理过程中，我们首先必须要把溶 液形态的物料通过沉淀手套箱进行沉淀，将沉淀之后的浮在 上层的具有放射性的溶液进行去除，然后将底层的沉淀物放 入过滤手套箱，这样就能将物料总活度降低一半。然后再将 过滤之后的物料在干燥烘焙箱进行焙烧处理，此时的放射性 核素组分和活度与过滤手套箱的源项整体基本相同。二、进行手套箱屏蔽计算的相关参数前面提到的3种手套箱都是长70cm,宽70cm,高100cm 的箱体，材质一般都是碳钢， 其中碳钢的密度必 ?在 7.8g?cm-3 之上，操作放射性物料的人员在工作过程中应该要穿戴密度 1g?cm-3 以上、厚度为 1mm 的铅橡胶手套。 在进行操作的过 程

5、中，人员离放射性物料的距离要在 30cm 之上，每天约生 产200g产品，每个手套箱每天处理物料的时间为1h, 般每年工作 100 天。三、手套箱辐射屏蔽1. 手套箱辐射屏蔽的计算方法程序 进行手套箱辐射屏蔽的计算， 我们采用 MCNP 程序， 这个程序是在蒙特卡洛算法基础上进行中子、光子、电子的输 运问题计算的程序。 MCNP 可以将模型几何进行准确地描 述，还可以将模拟粒子运输的过程进行确定，最终得到较为 准确的计算结果。2. 手套箱物料源项分析手套箱中源项辐射出的射线主要有a粒子、B射线、I射线和中子。a粒子就是铀、钚、镎等锕系放射性元素的衰 变时出现的，a粒子没有较强的穿透能力，会直接

6、被手套箱 屏蔽掉，因此在进行计算的过程中，可以将其直接忽略。中 子的产生主要是铀、钚、镎等锕系放射性元素自发裂变和(a , n)反应的，我们可以在表 2中看出，其中自发裂变的中子平均能量有 2MeV 。这样根据表 1中的质量和表 2 中 给出的数据就可以将中子能谱进行计算，得出辐射屏蔽的数 值然后进行输入。Y射线是由137Ba和60Co以及U、Pu、Np元素的各同 位素衰变得来的，a射线主要由物料中 90Sr、90丫、137CS 和60Co衰变辐射出的，同理可以根据表 1得出最后的B射 线的能谱，最后作为辐射屏蔽计算并输入数据。B射线被放射源物质本身或者周围的物质阻止时就轫 致辐射就会出现光子

7、 （x 射线），也会对照射剂量有一定的贡 献。在进行辐射屏蔽分析的过程中，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代表轫致辐射光子能量；E是a粒子的初始能量； C 是由轫致辐射固有强度决定的常数。在计算的过程中 由于具有一定的保守性，没有考虑到轫致辐射和考虑轫致辐 射的光子能谱比较。3. 手套箱辐射屏蔽计算 根据手套箱对中子的辐射屏蔽计算的结果，我们可以知 道，手套箱外的中子剂量在 0.06v?h 之内，因此，对于手套 箱外总剂量的贡献较小，可以通过表 1 和表 2 进行分析，得 到中子的产额较高的 Pu 元素质量份额很小，因此，贡献也 较小。根据手套箱对

8、 a 射线的辐射屏蔽计算结果，其中我们可 以了解到，各手套箱外的 B射线的剂量率为0,因此，手套 箱本身的碳钢材质能够将 a射线屏蔽，一般来说，我们通常使用 Katz 和 Penfold 经验公式进行计算。针对手套箱对光子的辐射屏蔽设计，由于轫致辐射的光 子和未考虑轫致辐射的光子不同的两种情况，要进行分别计 算。在考虑轫致辐射的情况下，剂量率会直接提高增加约 20%25%，因此，轫致辐射对光子剂量的贡献较大。在手 套箱中物料包含有 90Sr、90丫、137CS等纯B放射性核素强 源的情况下，因此，在这种情况下，必须要考虑B射线的照射因素，还要充分考虑 B射线引起的轫致辐射。此时如果将 屏蔽后的剂量率设定为小于 5v?h,不考虑轫致辐射，过滤手 套箱和干燥烘焙手套箱就能够进行屏蔽，如果要将实际存在 的轫致辐射的情况考虑进来的话，就必须要对手套箱的屏蔽 进行相应加强。结语综上所述，我们应该要将各种类型的射线对工作人员的 辐射伤害进行分析和说明，将放射性物料中中子产额较高的 核素的含量和总体的操作量进行严格控制。除此之外，我们 应该要对90Sr、90Y、137Cs等纯B射线核素的净化效率进 行科学、严格地控制，这样才能够在一定程度上保证人们在 操作的过程中不受到 a 射线对手部的照射剂量以及其轫致 辐射产生的光子对人体的二次辐照的伤害。参考文献1 N