一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法与流程

本发明属于辐射防护
技术领域：
，涉及一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法。
背景技术：
：随着公众环保意识的提高，特别是日本福岛核事故后，核与辐射安全备受关注，核事故以及其它自然灾害后如何对大量样品进行精准的取样分析，成为摆在核与辐射环境安全监控应急中的难题。在此背景下，大空间低本底实验室的概念应用而生。低本底实验室是环境放射性测量、人体内污染监测等低水平辐射测量分析工作的基础。考虑核与辐射事故情况下，需要开展大量样品的精准测量工作，如何设计和建造大空间低本底实验室成为近年我国辐射防护领域的一项迫切任务，但在此方面进展还较小。技术实现要素：本发明的目的是提供一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法，以大幅降低设计与建造的实验室的天然放射本底。为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法，所述的设计与建造方法依次包括如下步骤：结构与屏蔽设计、低本底建造和屏蔽材料比选、模拟计算、通风系统设计、结构件制造加工控制、施工控制、验收测量。在一种优选的实施方案中，本发明提供一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法，其中所述的结构与屏蔽设计步骤采用低本底混凝土浇筑配合铅/碳钢/不锈钢板多层屏蔽方案。在一种优选的实施方案中，本发明提供一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法，其中所述的低本底建造和屏蔽材料比选步骤对铅、铁和不锈钢屏蔽材料中的主要放射性核素进行放射性比选。在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法，其中所述的主要放射性核素为235u、226ra、232th、40k、137cs、60co、210pb。在一种优选的实施方案中，本发明提供一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法，其中所述的模拟计算步骤包括混凝土中发射的光子能量分析、源项分析、建立混凝土结构模型与增加屏蔽层结构模型。在一种优选的实施方案中，本发明提供一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法，其中所述的通风系统设计步骤中增加风冷恒温恒湿空气处理机组，增加活性炭吸附装置或放射性气溶胶的空气净化装置。在一种优选的实施方案中，本发明提供一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法，其中所述的通风系统设计步骤中增加实验室内的通风换气次数、保持室内为正压和/或对墙面贯穿孔采取密封。在一种优选的实施方案中，本发明提供一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法，其中所述的结构件制造加工控制步骤中制造加工控制的结构件包括钢制预埋件、屏蔽门、屏蔽结构件。在一种优选的实施方案中，本发明提供一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法，其中所述的结构件制造加工控制步骤中对结构件所用材料、运输、制造全过程进行放射性低本底控制。在一种优选的实施方案中，本发明提供一种大空间低本底放射实验室的设计与建造方法，其中所述的施工控制步骤中对所用辅材及工具严格控制，避免造成污染；交叉作业时做好衔接，避免作业由于施工或用材不当造成污染。本发明的有益效果在于，利用本发明的大空间低本底放射实验室的设计与建造方法，可以大幅降低设计与建造的实验室的天然放射本底。附图说明图1为示例性的本发明的大空间低本底放射实验室的设计与建造方法设计与建造的实验室的结构简图。该实验室由混凝土层1、屏蔽门2、通风系统3、屏蔽层4、实验室内部空间组成。在混凝土层1的内部空间的下部再设屏蔽层4，屏蔽层4内形成实验室内部空间。通风系统3的底部与实验室内部空间的顶部5相连，通风系统3穿过屏蔽层4。在混凝土层1的侧面外侧设计建造有屏蔽门2。模拟计算测量点7位于实验室内部空间正中间距离地面6位置为1米处。具体实施方式以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。示例性的本发明的大空间低本底放射实验室的设计与建造方法如下所示。1本底调查低本底实验室内本底主要由以下四方面构成：宇宙射线、氡、地球天然γ辐射和建筑材料中核素产生的辐射。首先对低本底实验室拟建地址区域环境辐射水平进行调查，了解宇宙射线在区域所贡献的空气吸收剂量率。对实验室拟建区域的地球天然γ辐射(如土壤、水、空气)进行测量，为后期模拟计算提供准确数据。特别是依据gb/t11743-2013《土壤中放射性核素的γ能谱分析方法》对周围土壤进行分析，必要时要更换周围土壤以达到降低环境本底的目的。2结构与屏蔽设计一般推荐在地下建设低本底实验室，地上建筑物也能起到屏蔽宇宙射线的作用，有效降低宇宙射线对实验室本底值的贡献。实验室结构设计采用低本底混凝土浇筑配合铅/碳钢/不锈钢板等多层屏蔽方案，充分考虑结构的安全性、可靠性。3低本底建造和屏蔽材料比选所用材料包括建造和屏蔽材料必须经过材料比选，材料比选作为低本底屏蔽系统实施的最重要的一个环节，其对低本底实验室的本底起着决定性作用。材料比选所用的分析方法依据gb/t11743-2013《土壤中放射性核素的γ能谱分析方法》、gb/t11743-1989《用半导体γ谱分析低比活度γ放射性样品的标准方法》和gb6566-2010《建筑材料放射性核素限量》。为保证低本底实验室建成后的本底值达到设计指标，低本底实验室所用的建筑材料和预埋件必须经过严格的本底比选。所用的铅、铁和不锈钢等屏蔽材料对铅室内空气吸收剂量率的影响较大，必须对材料中的235u、226ra、232th、40k、137cs、60co、210pb等主要放射性核素经过放射性比选后选取低放射性材料进行加工制造。4模拟计算4.1混凝土中发射的光子能量分析4.1.1238u衰变为234th，后者衰变为234mpa，进而开始234u的衰变链因234th(25.5h)和234mpa(1.17min)的半衰期较短，与238u处于长期平衡(活度相等)。234u半衰期较长不需要考虑其后的衰变。所以，仅考虑238u、234th、234mpa衰变发射的一系列x、γ光子。发射的光子：0.063(3.5％)、1.093(4％)、0.765(0.30％)、1.100(0.6％)、0.100(50％)、0.70(24％)、0.90(70％)。4.1.2232th衰变为228ra，后者衰变为228ac，进而进入衰变链，直到衰变为208pb(稳定)由于相比232th(1.41×1010a)的半衰期，中间衰变的核素的半衰期很短，与232th处于长期平衡(活度相当)。所以，考虑232th、228ra、228th、224ra、220rn、216po、212pb、212bi、208tl衰变发射的一系列x、γ光子。发射的光子：0.34(15％)、0.908(25％)、0.96(20％)、0.084(1.6％)、0.214(0.3％)、0.241(3.7％)、0.55(0.07％)、0.239(47％)、0.3(3.2％)、0.04(2％)、0.727(7％)、1.620(1.8％)、0.511(23％)、0.583(86％)、0.86(12％)、2.614(100％)。4.1.3226ra衰变为222rn，后者衰变为218po，进而进入衰变链，直到衰变为210pb(21a)由于210pb的半衰期较长，不需要考虑其后的衰变。所以考虑226ra、222rn、218po、214pb、214bi、210tl、210pb衰变发射的一系列x、γ光子。并且由于以上核素半衰期较短，与226ra处于长期平衡(活度相等)。发射的光子：0.189(4％)、0.510(0.07％)、0.295(19％)、0.352(36％)、0.609(47％)、1.12(17％)、1.764(17％)、0.799(0.014％)、0.296(80％)、0.795(100％)、1.31(21％)。4.1.440k发射出能量为1.460mev，分支比为11％的γ光子4.2源项分析238u核素衰变产生的源项：能量mev0.0631.0930.7651.1000.1000.700.90活度bq/m3723.68827.0662.03124.0610338.34962.3814473.62232th核素衰变产生的源项：能量mev0.0840.2140.550.2390.30.040.727活度bq/m3262.1849.16606.2911.477701.56524.36327.73226ra核素衰变产生的源项：能量mev0.1890.5100.2950.3520.6091.121.764活度bq/m3801.4414.033806.8672139416.973406.143406.1440k核素衰变产生的源项：能量mev1.460活度bq/m315647.944.3建立混凝土结构模型使用mercurad软件建立混凝土结构模型，六面混凝土层厚度大于500mm。根据各组成源项信息经软件模拟计算得到混凝土结构中空气吸收剂量率。4.4增加屏蔽层结构模型使用mercurad软件在混凝土结构模型的基础上增加屏蔽层，并将屏蔽材料中238u、232th、226ra、40k、60co、137cs、210pb等核素源项输入软件进行模拟计算。模拟计算测量点7如图1所示，位于实验室内部空间正中间距离地面6位置为1米处，从而得到空气吸收剂量率理论值即实验室理论本底值。5通风系统设计由于低本底实验室对温度、湿度和氡子体浓度有较高要求，需增加风冷恒温恒湿空气处理机组以保证室内的恒温、恒湿要求。室内换气次数大于5次/小时。需增加活性炭的吸附装置或放射性气溶胶的空气净化装置等并对实验室的墙体及地面采用钢敷面进行密封，以减少实验室土建建材内氡的析出使室内的氡及氡子体浓度尽可能低。此外通过增加实验室内的通风换气次数、保持室内为正压、对墙面贯穿孔采取密封等措施，有效降低室内氡子体浓度。6结构件制造加工控制低本底实验室建造所需结构件包括钢制预埋件、屏蔽门、屏蔽结构件等，需要对结构件所用材料、运输、制造等全过程进行放射性低本底控制，以保障达到预期设计要求。7施工控制在施工过程进行安装、装饰等过程中所用辅材及工具需严格控制，避免在上述过程中造成污染。交叉作业部分应做好衔接，避免作业由于施工或用材不当造成污染。做好各种管路贯穿低本底实验室混凝土层和屏蔽层后，的补充防护和密封处理。施工过程中针对铅板进行切割、钻孔、打磨等操作时，控制铅氧化物的产生，避免环境污染。严格控制最外层不锈钢屏蔽层的密封焊接，以防止建筑物析出的氡进入室内。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。当前第1页12