在线分析仪安全操作手册.docx

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在线分析仪安全操作手册

CBOmni分析仪系统

适用于水泥和矿石应用行业

分析仪手册：

辐射安全性

文档编号：

020447（修订级别/）

©2007赛默飞世尔科技有限公司版权所有。

专有信息

本文档所含信息均为赛默飞世尔科技专有，未经赛默飞世尔科技书面许可，不得复制。

版本

修订级别日期备注

/2007年5月第一版

如何使用本手册

本指南描述了与ThermoScientificCB-Omni分析仪系统安装和操作相关的辐射安全问题。

尽管分析仪附近的可出入区域的辐射级别相对较低，但谨慎起见，应了解必要的预防措施，确保人员受到的辐照尽可能小。

辐射基本原理概述一节旨在使读者熟悉操作放射性物质时使用的术语和概念。

辐射原理之后对系统进行了简要描述。

另外还讨论了放射源的位置和强度，也就是分析仪周围特定位置的辐射级别。

这些信息用于计划和实施维护操作，并尽可能降低对人员的辐照。

控制区也进行了限定，并包含分析仪安全程序。

附录A是美国联邦政府（NRC）要求的材料许可证申请表的示例。

会提供针对CB-Omni分析仪系统的完整申请表，留有空白处填写公司具体信息。

版本

本手册第一版的修订级别是“/”（只显示在封面的手册文档号之后）。

后续版本通过字母A、B......进行标识。

如果技术数据或格式变更只影响部分页面，则赛默飞世尔科技可能会发行只包含变更页面的“局部”修订版以加快修订过程。

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适用的分析仪型号

本手册中的信息适用于以下分析仪：

设备类型注册号型号别名

CB-Omni元素分析仪CA1046D102SNBA不适用

惯例

指南中出现的备注、注意和警告如下：

备注：

包含与主题相关的额外信息。

▲

注意：

提醒用户可能产生数据丢失或设备损坏的情况，并说明如何避免这些问题。

▲

警告：

提醒用户可能导致人身伤害的危险情况，并说明如何避免这些问题。

▲

免责声明：

赛默飞世尔科技已尽力识别可能产生注意或警告条件的所有情况。

但我们并不能保证可能要求使用“注意”或“警告”的所有情况都已包含在内。

目录

版本ii

适用的分析仪型号ii

惯例ii

第1章辐射基本原理1

辐射类型1

术语和定义2

ALARA5

辐射及其危害6

我们受到的辐射量是多少？

6

辐射剂量6

第2章系统描述1

Cf-252的半衰期2

Cf-252双层封装的密封源2

Cf-252源囊操作棒3

Cf-252装运储存专用屏蔽罐3

安装Cf-252放射源的分析仪源管4

将装载的放射源插入分析仪4

现场使用装运罐临时储存Cf-2525

Cf-252健康危害量化分析5

第3章操作时的剂量水平1

第4章维护时的剂量水平1

第5章控制区1

第6章剂量测定要求1

第7章系统安全程序1

紧急情况下距分析仪的安全距离1

泄露试验与分析仪辐射监测2

维护安全程序3

火灾、爆炸、飓风的应急程序3

机械或电气作业的安全程序3

标准品装入分析仪的安全程序4

由合格人员操作中子源4

附录ANRC材料许可证申请表1

材料许可证申请表3

1-4项3

第5项3

第6项3

第7项4

第8项5

第9项5

第10项5

外部组织执行的服务5

控制区5

人员监控设备6

泄露试验6

上锁程序6

应急程序6

废物管理7

图片

图2-1.CB-Omni分析仪系统1

图2-2.Cf-252在焊接囊中双层封装3

图2-3.Cf-252源囊和操作棒3

图2-4.Cf-252放射源装运储存罐4

图2-5.分析仪源管4

图2-6.临时储存Cf-2525

图3-1.CB-Omni分析仪周围的可出入区域1

图4-1.不同位置的剂量水平2

图5-1.CB-Omni的建议控制区2

图7-1.辐射剂量率与距离关系图2

图A-1.NRC表3132

图A-2.CB-Omni放射源位置4

表格

表1-1.剂量限值7

表1-2.剂量源7

表4-1.低氢材料的CB-Omni辐射监测2

第1章

辐射基本原理

某些元素（包括天然元素和人造元素）可归类为不稳定元素，或称之为放射性元素。

不稳定状态下的元素将以粒子或能量包（称为波或光子）的形式向外放射能量，从而最终转变成稳定状态。

放射这一能量的过程称之为放射性衰变。

被放射的粒子或波称之为辐射。

辐射类型

辐射有四种基本类型（图片不按比例）：

中子

中子与质子一起位于原子核内，中子呈电中性，不会受到原子核周围电子或原子核内质子的排斥，因此中子能被吸入其他原子核中。

中子可穿透身体内脏器官，也能在空气中传播很远的距离。

阻挡中子的最佳材料是含有大量氢元素的材料，如聚乙烯、混凝土或水。

CB-Omni分析仪中使用的就是中子源。

β粒子

β粒子可描述为是从原子核中放射出的电子。

它的质量很小，带有正电荷或负电荷，在空气中的传播距离约为3m（10-12英尺）。

β粒子会损伤皮肤内层和眼睛晶状体，还会造成吸入危害，但只要一张很薄的金属箔、颜料或几层衣物就能轻易阻挡β粒子。

CB-Omni分析仪中通过Cf源囊壁来阻挡β粒子。

α粒子

α粒子就是氦原子，电子全部剥离。

它在基本类型的辐射中质量最大，带正电荷，可在短距离内沉积大量能量。

由于其质量和电荷原因，α粒子无法传播很远的距离。

人体皮肤可以轻易阻挡α粒子，因此除非吸入α粒子，否则其不会被视为是生物威胁。

α粒子在空气中的传播距离只有几英寸。

在CB-Omni分析仪中，α粒子装在Cf源囊中。

γ和X射线

γ射线和X射线都属于电磁辐射，既无质量也不带电荷。

这两种射线的传播距离都非常远，可以使用混凝土、铅或钢等致密材料予以最有效的阻挡。

α和β粒子对细胞造成的局部损伤更加严重，而γ射线辐照常常被称为“全身”辐照，因为其作用范围更大。

在CB-Omni分析仪中，γ射线由中子源产生。

术语和定义

为了遵循适用于辐射作业人员的政策、程序和条例，必须首先认识并了解行业中使用的专业术语。

活度－放射性物质的蜕变率（转化）或衰变率。

活度单位是居里（Ci）和贝克勒尔（Bq）。

1居里=3.7x1010次蜕变/秒

1Bq=1次蜕变/秒

ALARA－“可以合理达到最低水平”的首字母缩写。

贝克勒尔（Bq）－见“活度”。

污染物－存在不需要的放射性物质。

污染物可分为五类：

表面污染物－位于物体表面。

表面污染物有两类。

松散污染物－可以从一个物体转移到另一个物体，由物体转移到人等。

固定污染物－普通清洁、擦试或涂污无法除去的污染物。

大气污染物－悬浮在空气中。

水污染物－悬浮在水中。

居里－见“活度”。

剂量或吸收剂量－通过电离辐射单位质量被辐射物质吸收的辐射能量。

吸收剂量的单位是拉德和戈端（Gy）。

CB-Omni分析仪周围的大部分辐射剂量均来自中子辐射或γ辐射，原因在于分析仪中是使用锎（Cf-252）放射源产生α、γ和中子辐射。

α粒子在密封的源囊内部会被阻挡。

拉德（rad）－吸收剂量单位。

1拉德=100尔格/克

辐射－从不稳定形式释放出的电磁能量波或粒子。

能量波或粒子看不见、摸不着，也听不到。

辐射有四类：

α、β、γ/X射线和中子。

放射性物质－由不稳定原子构成的固态、液态或气态物质，通过释放四类辐射（α、β、中子或γ）中的任意一种来放射能量。

雷姆（rem）－剂量当量单位。

剂量当量（雷姆）等于吸收剂量（拉德）乘以品质因数（Q）。

1毫雷姆（mrem）等于1/1000雷姆。

西弗（Sv）－剂量当量的SI（国际标准）单位。

●1Sv=100rem

品质因数（Q）－描述生物损伤可能性的修正因数。

它用于从吸收剂量换算出剂量当量。

对于β和γ辐射，Q=1

对于α粒子，Q=20

对于能量未知的中子，Q=10

监测－由保健物理技术人员开展以确定作业场所两种辐射危害的流程：

辐射级别－用剂量率表示，单位为雷姆/小时或西弗/小时。

污染级别－用放射性活度表示，单位为dpm/100cm2（dpm=每分钟的蜕变数）。

非限制区－被许可方不限制或控制出入的区域。

限制区－被许可方限制出入的区域，目的是保护人员免受辐照或放射性材料辐照产生的过度危害。

辐射区－人员可以出入的区域，该区域中的辐射级别会使距离辐射源或任何辐射穿透表面20cm2范围内的人员在1小时内受到的辐射剂量大于5mrem（50µSv）。

高辐射区－在30cm2范围内1小时内的剂量当量大于100mrem（1mSv）的辐射区域。

高辐射区－在100cm2范围内1小时内的剂量当量大于500rad（5Gy）的辐射区域。

辐射剂量单位

●雷姆（rem）剂量单位（美制）

●西弗（Sv）辐射当量剂量国际单位

1mSv=1/1000Sv

1mSv=100mrem（m=1/1000）

1µSv=1/1000mSv（µ=1/1000000）

1µSv=0.1mrem,

10µSv=1mrem

辐射剂量计算

●记录监测仪中的剂量率

●辐射剂量单位为毫雷姆（mrem）或毫西弗（mSv）。

●记录监测仪中的剂量率

●剂量=剂量率X作业时间

－即5mR/小时X2小时=10mrem

放射性活度可以根据物质中的元素在一段时间内的放射次数或蜕变次数进行量化。

放射性活度的SI单位是贝克勒尔（Bq），表示每秒发生一次蜕变。

而单位居里（Ci）等于每秒发生3.7x1010次蜕变。

ThermoScientific分析仪中的放射源强度以及医疗设备中使用的放射源强度通常都在毫居里（1/1000居里或37MBq）范围内。

辐照量的单位是伦琴（R）。

它表示与1kg干燥空气作用产生0.000258库伦电荷时的辐射量。

吸收剂量表示单位质量物质所沉积的能量。

测量单位为rad（辐射吸收剂量）。

辐射剂量的SI单位是戈端（Gy），其中1Gy等于1kg物质吸收1焦耳的能量。

rad和Gy的换算关系是：

1Gy=100rad。

人体接受到的辐射剂量当量用单位rem（人体伦琴当量）表示。

辐射剂量当量的SI单位是西弗（Sv）。

rem和Sv的换算关系是：

1Sv=100rem。

rem和西弗表示的是四类辐射吸收的能量（rad和Gy）及其对人体产生的生物效应。

尽管有两种不同类型的辐射可以沉积等量能量，但衣物接触能量更高和质量更大的粒子会导致更严重的损伤。

本手册中提供的剂量限值均基于国际原子能机构发布的《国际电离辐射防护和辐射源安全基本标准》以及其他世界卫生和安全组织的规定。

同时符合美国联邦法规第10编文件中由美国核管理委员会（USNRC）公布的剂量限值。

国际剂量限值一般对剂量限制的规定没有那么具体。

例如，国际和美国一年内公众受到的辐照限值均为100mrem（1mSv）；然而USNRC另外规定了限制2mrem/小时（20μSv/小时）以进一步控制公众辐照量。

ThermoScientific分析仪系统的设计符合国际和美国限值要求。

一般情况下，只有与剂量率数据相对比时才引用最严格的限值。

除美国之外的国家或美国境内的协议州，工业剂量限值可能会有所不同，因此须遵循所在国或所在州的当地法规要求。

ALARA

无论剂量水平有多低，都要求人员受到的辐射剂量保持在可以合理达到的最低水平（ALARA）。

ALARA原则被国际辐射防护机构采用，旨在确保受到的辐射剂量不仅要低于限值，而且又有必要的合理水平。

为了符合ALARA政策，进入辐射区或在辐射区作业时须遵循一定的规范。

使用诸如Cf-252的中子或γ放射性同位素时，作业人员可以通过以下三种方法限制受到的辐射剂量：

●尽量远离放射源。

剂量率与距离的平方成反比。

例如，作业人员距离放射源1.0m时受到的辐射量要比距离0.5m时少四倍。

（D1/D2）2=（1.0/0.5）2=4

●

尽量减少辐照剂量的3种方法

●尽量远离放射源

放射源剂量率与“距离的平方”成反比

●尽量缩短在放射源附近作业的时间

计划并演习作业，以实现高效作业。

●最可能加强人员与放射源之间的屏蔽防护

特别是面向人体内脏器官方向的屏蔽防护（遮挡身体）

备注：

胳膊、手、腿、脚和皮肤承受的剂量是身体的10倍以上。

尽可能加强屏蔽防护。

使用能屏蔽γ射线的铅或铋和屏蔽中子的聚乙烯或水等含硼、含氢物质。

●对于瞬发γ中子活化分析（PGNAA）常用的γ射线，每使用1.25cm（0.5英寸）的铅或铋，剂量率约降低因数2。

●对于中子射线，屏蔽防护中每使用5cm（2英寸）聚乙烯或水，剂量率约降低因数2。

●尽量缩短辐照时间。

计划并演习作业，以便省时高效地完成作业。

不直接操作放射源，应远离放射源。

作业人员有责任通过时间、距离和屏蔽这三种方法使自己的辐射剂量符合ALARA的要求。

剂量=剂量率x作业时间

执行起来速度很快的简单程序相对于包括辅助屏蔽防护/增加辐射距离的放射源操作工具的较复杂程序来说，辐射剂量的降低幅度较小。

因此最好事先计划并采用仿制源囊来演习作业程序，演习目标如下：

●规划和组织放射源及其周围的各项作业。

●优化程序，以尽可能减少辐射剂量。

●练习如何快速、可靠地完成任务。

有效屏蔽防护材料

●α粒子纸张、聚酯薄膜

●β粒子铝箔、锡箔

●X射线1/4英寸厚的铅或铋

●γ射线2英寸厚的铅或铋

●中子聚乙烯+硼酸

10英寸（254mm）或更厚

一般情况下，½英寸厚的铅板或铋板可以将γ射线剂量降低50%，2英寸厚的聚乙烯可以将中子剂量降低50%。

对于无法使用厚重屏蔽防护材料的情况，请寻找其他方法来遮挡身体，如躲在分析仪外壳等固定屏蔽物后面。

在辐射区作业时，胳膊、手、腿和脚受到的辐射量是身体的10倍。

赛默飞世尔科技工程师已经把ALARA政策融入分析仪系统的设计中，以下章节将予以相应描述。

辐射及其危害

本部分摘自以下文件：

http:

//www.physics.isu.edu/radinf/risk.htm

另请参阅：

http:

//www.physics.isu.edu/radinf/radrus.htm

我们受到的辐射量是多少？

地球辐射

在地球上，我们持续受到多种辐射源的辐照：

-宇宙和地表射线~55mrem/年

–人体内的放射性同位素（K-40）~39mrem/年

–环境中的放射性同位素（氡）~200mrem/年

–医疗程序（X射线和γ射线）~53mrem/年

–空气传播+其它~13mrem/年

总计~360mrem/年或~1mrem/天

西弗~3600μSv/年或~10μSv/天

1992年，除了地球的本底辐射剂量之外，美国核能作业人员受到的平均辐射剂量是300mrem（3mSv）全身当量。

辐射剂量

表1-1和表1-2对比了不同放射源的限值、剂量和剂量率。

这些数据大部分来自EricHall和BEIRV所著的《分子辐射生物学》（美国国家科学院）。

除非另有说明，否则所有数据均为TEDE（全身总量）。

1980-1985年间的X射线剂量可能低于如今的剂量。

表1-1.剂量限值

辐照限值

辐照量

职业剂量限值（US-NRC）

5,000mrem/年（50mSv/年）

未成年人职业辐照限值

500mrem/年（5mSv/年）

胎儿和孕妇职业辐照限值

500mrem/年（5mSv/年）

许可操作中的公众剂量限值（NRC）

100mrem/年（1mSv/年）

职业限值（眼睛）

1,500mrem/年（150mSv/年）

职业限值（皮肤）

50,000mrem/年（500mSv/年）

职业限值（四肢）

50,000mrem/年（500mSv/年）

表1-2.剂量源

辐照源

辐照量

美国公众受到所有放射源辐照的平均剂量

360mrem/年（3.6mSv/年）

美国公众受到天然放射源辐照的平均剂量

300mrem/年（3mSv/年）

美国公众受到医疗放射源辐照的平均剂量

53mrem/年（0.53mSv/年）

美国公众受到武器辐射的平均剂量

<1mrem/年（10μSv/年）

美国公众受到核能辐照的平均剂量

<0.1mrem/年（1μSv/年）

燃煤发电厂

0.165mrem/年（1.65μSv/年）

来自电视机的X射线（1英寸范围）

0.500mrem/年（5μSv/年）

乘飞机（39,000英尺）

0.500mrem/年（5μSv/年）

核电厂（正常运行时在厂界测得值）

0.600mrem/年（6μSv/年）

家庭天然气

9mrem/年（90μSv/年）

平均天然本底辐射

0.008mrem/年（.08μSv/年）

美国平均宇宙辐射

27mrem/年（270μSv/年）

美国平均地表辐射

28mrem/年（280μSv/年）

地表本底辐射（大西洋海岸）

16mrem/年（160μSv/年）

地表本底辐射（洛矶山脉）

40mrem/年（400μSv/年）

宇宙辐射（海平面）

26mrem/年（260μSv/年）

宇宙辐射（丹佛）

50mrem/年（500μSv/年）

本底辐射总量（美国东部、西部和中部）

46mrem/年（460μSv/年）

本底辐射总量（科罗拉多高原）

90mrem/年（900μSv/年）

本底辐射总量（大西洋和美国海湾地区）

23mrem/年（230μSv/年）

人体内的放射性核素

39mrem/年（390μSv/年）

建筑材料（混凝土）

3mrem/年（30μSv/年）

辐照源

辐照量

饮用水

5mrem/年（50μSv/年）

怀表（夜光表面）

6mrem/年（60μSv/年）

眼镜（含钍）

6-11mrem/年（60-110μSv/年）

大西洋岸至太平洋岸的往返飞机

5mrem（50μSv）

胸部X线

8mrem（80μSv）

四肢X线

1mrem（10μSv）

牙齿X线

10mrem（100μSv）

头/颈X线

20mrem（200μSv）

颈椎X线

22mrem（220μSv）

腰椎X线

130mrem（1.3mSv）

盆腔X线

44mrem（440μSv）

髋部X线

83mrem（830μSv）

鞋型选配用X线透视装置（现已不用）

170mrem（1.7mSv）

上消化道

245mrem（2.45mSv）

下消化道

405mrem（4.05mSv）

CT（头和身体）

1,100mrem（11mSv）

甲状腺治疗（甲状腺辐照剂量）

10,000,000mrad（100Gy）

甲状腺治疗（全身辐照剂量）

7,000mrem（70mGy）

辐射病立即发作

75,000mrad（750mGy）

造血系统综合症发作

300,000mrad（3Gy）

胃肠系统综合症发作

1,000,000mrad（10Gy）

脑血管综合症发作

10,000,000mrad（100Gy）

白内障阈剂量（眼睛辐照剂量）

200,000mrad（2Gy）

预计不接受医疗处理会导致50%死亡率的辐射剂量

400,000mrad（4Gy）

遗传效应加倍剂量

100,000mrad（1Gy）

癌症加倍剂量

500,000mrad（5Gy）

引起千分之一癌症发生率的辐射剂量

1,250mrem（12.5mGy）

考虑的治疗性流产阈剂量（子宫辐照剂量）

10,000mrem（100mGy）

SL1反应堆事故中幸存者受到最高辐射剂量

27,000mrem（270mGy）

三里岛事故（事故期间厂区的辐射剂量）

80mrem（0.8mGy）

第2章

系统描述

CB-Omni分析仪系统用于在散装固体物料流经现有工厂输送带上的分析仪时测量物料的元素成份（见图2-1）。

锎-252放射源位于输送带下方的放射源块组件中。

它放射的中子会被输送带上的物料吸收。

然后物料中各种元素会放射出不同特征能量的γ射线，位于输送带放射源块组件相对位置上的探测器组件中的探测器对γ射线进行测量。

电控箱处理来自探测器的信号，处理后发送到操作员控制台以对产品成份或工艺流程进行状态或工厂控制。

分析仪电控箱

操作员控制台

CB-Omni分析仪组件

参考标准品

图2-1.CB-Omni分析仪系统

本部分描述的许可设备称为元素分析仪，型号NBA。

该设备经过许可，最高可装入80微克的锎-252（43mCi）。

术语“放射源”用于描述实际使用的放射源，放射源最多可由六个不同放射源构成，可同时装入使用。

Cf-252是一种具有两种衰变方式的放射性同位素：

（1）α粒子衰变（T½=2.73年）；

（2）自发裂变（T½=85.5年），因此其复合半衰期为T½=2.65年。

在自发裂变期间，Cf-252会分裂成两个中间原子量的原子，如铁（Fe）和铪（Hf），同时会平均产生3.76个中子并伴生少量γ射线。

α粒子和裂变碎片处于双面焊源囊中。

根据美国法规要求，赛默飞世尔科技或合格的专业人员须每六个月对所有源囊进行一次检查（泄漏试验），以确保源囊完好无泄漏。

中子和γ射线能轻易穿透源囊。

主要原因在于分析仪的物理尺寸旨在提供生物性屏蔽防护。

此类屏蔽物会吸收中子，并在捕获中子时产生次级γ射线，同时输送带上的石料产品会放射出瞬时γ射线。

本手册中提供的所有剂量率均由中子和γ射线两部分组成。

Cf-252的半衰期

Cf-252的半衰期是2.646年或966天，即在这一段时间后，Cf-252元素质量将减少一半。

以下方程描述了收到元素Qo之后经过T天所剩的质量Q：

；Cf-252的衰变方程

由于存在这种天然衰变，分析仪中的放射源约每2.5年需补充一次，以达到原来的质量，因为经过这一段时间后，放射源的强度只有其原始值的50%。

放射性同位素放射出的辐射量总是与放射源强度成正比，如上述公式所示。

Cf-252双层封装的密封源

Cf-252通过放射出α粒子以及自发裂变而衰变成两个重粒子。

在裂变过程中，会释放出γ射线和中子。

裂变产生的γ射线和所有中子（每次裂变释放3-5个）绝大部分都能轻易穿透源囊，并扩散到输送带上分析仪将要分析的石料产品、矿物质、煤或其他物料。

Cf-252裂变过程产生的γ射线会穿透源囊，被分析仪机体本身捕获。

然而α粒子和重原子核（通常称为裂变碎片）仍位于放射源封装中。

因此我们把Cf-252放射性物质类型称为“密封源”。

赛默飞世尔科技绝不会打开这些源囊。

只有获得专门许可的放射性物质制造商才有权在自己工厂利用十分专业的设备来打开密封源。

源囊分解图

组装好的源囊

内囊

外囊

CF-252镀在钯线上或镀在陶瓷粒中

图2-2.Cf-25