趙文靜

【摘 要】隨著核技術(shù)應(yīng)用的不斷發(fā)展，放射性物質(zhì)的安全運(yùn)輸工作越來越受到相關(guān)部門的重視。在放射性物質(zhì)運(yùn)輸活動中，必須使用已證明合格的運(yùn)輸貨包，并嚴(yán)格遵守有關(guān)放射性物質(zhì)運(yùn)輸審批程序和操作管理要求，才能確保放射性物質(zhì)運(yùn)輸安全。文章介紹了我國目前在用的各類醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)品A類貨包的設(shè)計、使用、實驗驗證情況。并介紹了國外相關(guān)領(lǐng)域的研究狀況。指出國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的差距，針對國內(nèi)A類貨包存在的問題提出建議。

【關(guān)鍵詞】放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸 A類貨包 屏蔽容器 設(shè)計 驗證試驗

放射性同位素產(chǎn)品作為一種可發(fā)射電離輻射的獨特產(chǎn)品，具有其它技術(shù)手段所難以替代的技術(shù)功能。在原子能工業(yè)和放射性核素應(yīng)用技術(shù)不斷發(fā)展的形勢下，各種放射性同位素產(chǎn)品的運(yùn)輸頻度、數(shù)量、范圍和放射性強(qiáng)度都有很大增長。放射性物質(zhì)運(yùn)輸中的安全，已成為整個輻射防護(hù)和核安全的重要組成部分。合理使用放射性同位素產(chǎn)品包裝運(yùn)輸容器，正確組織與管理放射性物質(zhì)的運(yùn)輸并確保運(yùn)輸中的安全，防止對人員的傷害和環(huán)境的污染有著重要的意義。

在放射性物質(zhì)運(yùn)輸活動中，必須使用已證明合格的運(yùn)輸貨包，并嚴(yán)格遵守有關(guān)放射性物質(zhì)運(yùn)輸審批程序和操作管理要求，才能確保放射性物質(zhì)運(yùn)輸安全[1]。放射性物質(zhì)運(yùn)輸貨包的固有安全性是放射性物質(zhì)運(yùn)輸安全的前提，世界各國對運(yùn)輸貨包的安全十分重視，貨包的設(shè)計、制造、使用、維護(hù)和修理都有嚴(yán)格要求，貨包要經(jīng)受在放射性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)恼l件和事故條件下各種試驗的驗證[2]。

1 放射性物質(zhì)運(yùn)輸貨包要求

放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)定（GB11806）對放射性物質(zhì)運(yùn)輸過程中的包裝及貨包進(jìn)行如下定義：

（1）包裝。全部包住放射性內(nèi)容物所必需的各種部件的組合體，包括一層或多層容器、吸收材料、間隔構(gòu)件和輻射屏蔽層，還可以包括供冷卻、吸收機(jī)械沖擊和隔熱用的器件。

（2）貨包。供交付運(yùn)輸?shù)难b有放射性內(nèi)容物的包裝。

該條例還規(guī)定了放射性活度限值和物質(zhì)限制，并根據(jù)限值將貨包分為以下五個類型：例外貨包、1型工業(yè)貨包、A型貨包、B型貨包、C型貨包。

A型貨包：A型貨包內(nèi)的放射性活度不得大于：

A1（對特殊形式放射性物質(zhì)的放射性活度值）；A2（對所有其他放射性物質(zhì)）。

對于放射性核素的類別和各自的放射性活度均為已知的放射性核素的混合物的A型貨包的放射性內(nèi)容物應(yīng)當(dāng)滿足：

根據(jù)《放射性物品運(yùn)輸安全管理條例》（國務(wù)院第562號），《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)程》（GB11806-2004）及國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）的《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸條例》（TS-R-1），放射性物質(zhì)貨包設(shè)計完成后要經(jīng)過一系列評估及試驗驗證。需要對包容系統(tǒng)和屏蔽的完好性進(jìn)行試驗，對臨界安全進(jìn)行評估；驗證貨包經(jīng)受正常運(yùn)輸條件的能力，主要包括噴水試驗、自由跌落試驗、堆積試驗和貫穿試驗；還需要驗證貨包承受事故運(yùn)輸條件的能力，包括力學(xué)試驗、耐熱試驗、水浸沒試驗等。

據(jù)統(tǒng)計世界年運(yùn)輸放射性貨包約100萬件，這些貨包中A型貨包占60%-70%。其中醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)品的運(yùn)輸占絕大多數(shù)。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對于放射性同位素產(chǎn)品的要求已不僅僅停留在對產(chǎn)品實用性能上，對于產(chǎn)品的使用安全、包裝運(yùn)輸過程中的安全性能以及產(chǎn)品的美觀實用性都提出了更高的要求。國家相關(guān)法規(guī)對放射性同位素產(chǎn)品的要求也在不斷提高，對產(chǎn)品的包裝運(yùn)輸容器提出具體嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。

2 國內(nèi)運(yùn)輸醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)品的A型貨包現(xiàn)狀

目前國內(nèi)生產(chǎn)使用的放射性同位素產(chǎn)品主要有：A、高活度，短半衰期放射性同位素藥物，物理形態(tài)為液態(tài)和固態(tài)。B、低活度，短半衰期放射性同位素液體藥物。C、醫(yī)用發(fā)生器。D、短半衰期放射性同位素藥物 [3]。

2.1貨包設(shè)計現(xiàn)狀

目前國內(nèi)設(shè)計使用的醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)品運(yùn)輸A型貨包，屏蔽容器材料以鉛銻合金為主，為滿足運(yùn)輸方式對表面劑量的要求，個別產(chǎn)品屏蔽容器中加入貧鈾等材料[4]。緩沖材料均為發(fā)泡聚苯乙烯。外包裝有木箱、紙箱、鐵通三種形式。

依據(jù)《放射性物品運(yùn)輸安全管理條例》即562號令，國內(nèi)某醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)在用放射性物品的運(yùn)輸容器分為F、K、M、T 4個系列，30多個型號，具體情況如下：

F系列包裝運(yùn)輸容器主要用于包裝運(yùn)輸高活度，短半衰期放射性同位素藥物，物理形態(tài)為液態(tài)和固態(tài)，放射性核素被密封在西林瓶內(nèi)。設(shè)計使用年限：40年。為有效地屏蔽γ射線或β射線，根據(jù)不同的裝載核素及其裝載量，包裝容器的鉛銻合金防護(hù)厚度不同，包裝容器由內(nèi)、外兩層包裝組成。內(nèi)包裝為屏蔽防護(hù)容器，用鉛銻合金屏蔽材料澆鑄后，液壓成型。內(nèi)包裝容器中心有一個盛放放射性溶液瓶的足夠空間，上下均放置了吸附兩倍放射性溶液的高分子材料。外包裝為專用的塑料桶或鐵桶，內(nèi)、外包裝之間有發(fā)泡聚苯乙烯填充物，對內(nèi)包裝容器起到固定和緩沖減震作用。

K系列包裝運(yùn)輸容器主要用于包裝運(yùn)輸?shù)突疃?，短半衰期放射性同位素液體藥物，放射性核素被密封在西林瓶內(nèi)。該系列包裝運(yùn)輸容器設(shè)計使用年限：40年。容器有內(nèi)、外包裝容器組成，與F系列構(gòu)成相似，根據(jù)產(chǎn)品不同容器結(jié)構(gòu)略有不同。

M系列包裝運(yùn)輸容器：主要用于包裝運(yùn)輸醫(yī)用或工業(yè)用發(fā)生器，放射性核素被吸附過濾柱上。該系列包裝運(yùn)輸容器共有5個品種。設(shè)計使用年限：40年。包裝運(yùn)輸容器有內(nèi)、外包裝容器組成。其中內(nèi)容器為屏蔽容器，外殼采用3mm聚乙烯熱壓成型或屏蔽容器的外殼采用3mm碳鋼板冷壓、焊接成型。用鉛銻合金澆鑄成防護(hù)體或內(nèi)層為貧鈾外層澆鑄鉛銻合金組成防護(hù)體，然后將防護(hù)體裝入金屬容器外殼，整體液壓而成，或?qū)⒎雷o(hù)體裝入模具冷壓后與聚乙烯外殼組裝而成。外包裝容器為專用鐵桶或紙箱，內(nèi)、外容器之間有發(fā)泡聚苯乙烯填充物，對內(nèi)包裝容器起到固定和緩沖減震作用。

T系列包裝運(yùn)輸容器主要用于包裝運(yùn)輸短半衰期放射性同位素藥物，放射性核素被密封在西林瓶內(nèi)和被封裝在一次性注射器內(nèi)。屏蔽容器的外殼采用3mm不銹鋼板冷壓、焊接成型，用鉛銻合金澆鑄成防護(hù)體，然后將防護(hù)體裝入容器外殼，整體液壓而成，屏蔽容器的內(nèi)腔有放置內(nèi)容物的足夠空間，上下均放置稀釋兩倍內(nèi)容物的高分子吸水材料。外包裝容器材料結(jié)構(gòu)與M系列相似。

2.2貨包實驗現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)多家科研、生產(chǎn)單位都具備了貨包的結(jié)構(gòu)分析，力學(xué)分析、熱工分析、屏蔽分析、臨界分析等方面的能力。有的還建立了貨包實驗設(shè)施。

中國原子能科學(xué)研究院同位素所專門建立了建成了面積達(dá)120m2的A型貨包專用實驗室。圖1、2、3、4、5分別是：9m自由下落實驗裝置、A型貨包表面輻射水平測量裝置、貫穿實驗裝置、堆積實驗裝置、噴水試驗裝置[5]。

1——電控脫鉤；2——A型貨包； 1——測量探頭；2——A型貨包；

3——跌落架；4——鋼板地面； 3——轉(zhuǎn)盤；4——升降托架；

5——提升裝置 5——控制電腦

1——框架；2——貫穿棒； 1——測量探頭；2——A型貨包； 1—水箱；2—水泵；3—轉(zhuǎn)子流量計；

3——A型貨包；4——控制臺； 3——轉(zhuǎn)盤；4——升降托架； 5——A型貨包；6——網(wǎng)框車架

原子高科設(shè)計生產(chǎn)的醫(yī)用放射性產(chǎn)品運(yùn)輸貨包在使用前均經(jīng)過正常條件下的堆積試驗、自由下落試驗、貫穿試驗，根據(jù)內(nèi)容物不同，有些貨包還經(jīng)過噴水實驗、水浸沒實驗。試驗后樣品無泄漏，包裝容器外表面最高輻射水平變化小于20%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

中國輻射防護(hù)研究院建設(shè)的放射性物質(zhì)貨包下落實驗設(shè)施能用于13t以下A型和B型貨包的自由下落實驗、貫穿、沖擊、穿刺、壓碎實驗、力學(xué)實驗及耐熱實驗[6]。

3 國外運(yùn)輸醫(yī)用放射性同位素產(chǎn)品的A型貨包現(xiàn)狀

3.1貨包情況

國外放射性同位素產(chǎn)品運(yùn)輸包裝容器設(shè)計研究、實驗驗證遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于國內(nèi)。由于其核技術(shù)應(yīng)用遠(yuǎn)早于國內(nèi)，其他相關(guān)領(lǐng)域的研究如材料學(xué)、力學(xué)、工業(yè)設(shè)計等方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)水平。這些國家對于產(chǎn)品的包裝運(yùn)輸容器已不僅僅從使用角度進(jìn)行研究，而更多的從產(chǎn)品包裝運(yùn)輸容器的安全、實用、使用性能、美觀便捷等多角度出發(fā)，進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析、實驗驗證[7]。

以英國Croft公司和GE公司的產(chǎn)品為例簡要介紹國外A型貨包的情況。

英國Croft公司是一家專門設(shè)計，制造放射性同位素產(chǎn)品和核材料安全運(yùn)輸包裝的企業(yè)。下列是該公司生產(chǎn)的放射性同位素產(chǎn)品A型貨包。

圖6中的產(chǎn)品是用于運(yùn)輸醫(yī)用液體放射性同位素產(chǎn)品的包裝運(yùn)輸容器，該容器屏蔽層為鉛屏蔽，外殼為不銹鋼材質(zhì)。國外在材料使用方面更注重材料的環(huán)保及回收再利用問題，該包裝選用軟木為緩沖材料。軟木是一種天然材料，具有非常好的彈性、密封性、隔熱性、隔音性、電絕緣性和耐摩擦性，加上無毒、無味、比重小、不易著火等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用。另外為了增加包裝容器的吊環(huán)、提手的安全性及使用壽命，這些提吊配件采用黃銅材質(zhì)。

3.2貨包試驗情況

根據(jù)各自國家放射性物質(zhì)運(yùn)輸貨包試驗相關(guān)規(guī)定，許多國家進(jìn)行過貨包的試驗工作，很多國家還建立了相對完善的貨包實驗室。

美國從20世紀(jì)60年代就開始了放射性物質(zhì)運(yùn)輸貨包設(shè)計、評價和試驗方面的研究， 已做了大量的試驗，具有放射性物質(zhì)運(yùn)輸貨包檢驗驗證設(shè)施、技術(shù)和取證試驗的經(jīng)驗。擁有諸如橡樹嶺國家實驗室（ORNL）、圣地亞國家實驗室（SNL）、美國國家運(yùn)輸研究中心（NTRC）、美國運(yùn)輸技術(shù)中心有限公司（TTC INC.）等貨包試驗機(jī)構(gòu)[8]。

圣地亞國家實驗室有新、舊兩個滑車軌道設(shè)施?；囓壍涝O(shè)施使用火箭滑車軌道進(jìn)行水平方向的高速沖擊試驗、空氣動力學(xué)試驗和加速度試驗。舊滑車軌道設(shè)施主要用于非常大物體的試驗。新火箭滑車軌道設(shè)施主要用于非常高速的試驗。

橡樹嶺國家實驗室的塔防護(hù)設(shè)施試驗類型包括沖擊、貫穿和動態(tài)壓碎試驗。該實驗室目前的下落設(shè)施能完成最重4.5t、9m下落試驗和不同角度的貫穿試驗，9m、500kg下落物壓碎試驗和壓縮/堆積試驗。

圣地亞國家實驗室的遙測儀器和有線儀器提供了全范圍的數(shù)據(jù)收集設(shè)施。除了在每個試驗設(shè)施的數(shù)據(jù)收集能力外， 還有移動式儀器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)能用于貨包試驗。除了儀器數(shù)據(jù)收集外， 該實驗室廣泛應(yīng)用高速攝像能力。高速膠片或數(shù)字?jǐn)z像用于驗證試驗過程中沖擊和接下來的貨包響應(yīng)。攝像速度從24 幀/s （實時速度 ） 至250000幀/s。高速膠片數(shù)據(jù)是時間編碼的 ， 能與儀器數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。

圣地亞國家實驗室使用 LS-DY NA、IN-GRID、COSMOS/ M、ABAQUS 和TAURUS 結(jié)構(gòu)分析軟件， 模擬貨包結(jié)構(gòu)和貨包的假想事故條件 ，從而在貨包設(shè)計過程中和試驗前評價貨包設(shè)計。這些軟件都是采用有限元方法建立的。實驗室使用這些軟件評價沖擊試驗的結(jié)果和估計相應(yīng)試驗對貨包內(nèi)容物的震動影響 ， 指導(dǎo)如何進(jìn)行試驗和發(fā)現(xiàn)細(xì)小的設(shè)計缺陷。

另外美國能源部在20世紀(jì)70年代開展了運(yùn)輸容器的超規(guī)程試驗， 試驗的意圖是驗證數(shù)學(xué)模型， 同時也模擬人們明確表示關(guān)注的事故景象類型。這些試驗不是驗證試驗， 而是評價大尺寸貨包的響應(yīng)來研究任何災(zāi)難性行為下的潛能。

其他國家例如德國的聯(lián)邦材料研究和試驗研究所[9]以及日本等國，除了可進(jìn)行IAEA《規(guī)程》所規(guī)定的放射性物質(zhì)運(yùn)輸貨包的各項試驗外，還可以做超規(guī)程試驗。例如： 模擬重物掉落到不帶減振器的乏燃料運(yùn)輸P貯存貨包上的動態(tài)壓碎試驗； 乏燃料貨包在1000e熱環(huán)境中的耐熱試驗； 乏燃料和高放廢物貨包在水面下3000m處1h的水浸沒試驗等[10]。部分實驗室還具有貨包設(shè)計、材料性能研究、理論計算、計算機(jī)模擬、安全分析、性能檢驗、軟件開發(fā)等多方面的能力和經(jīng)驗。

4 與國外先進(jìn)技術(shù)的差距及建議

通過以上對比可以明顯看出，我國核技術(shù)應(yīng)用起步較晚，其它相關(guān)領(lǐng)域的研究如材料學(xué)、力學(xué)、工業(yè)設(shè)計等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。尤其是在放射性同位素產(chǎn)品運(yùn)輸包裝容器質(zhì)量控制實驗驗證方面與國外存在很大差距。

目前國內(nèi)在用的放射性同位素產(chǎn)品運(yùn)輸包裝僅僅達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)對表面劑量限值的標(biāo)準(zhǔn)，對于產(chǎn)品的便捷、安全使用及貨包在各種運(yùn)輸方式過程中突發(fā)狀況下的研究還十分欠缺。建議國家相關(guān)部門在不斷完善放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)的同時，支持鼓勵有能力、有經(jīng)驗及條件的科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)設(shè)立專門的研發(fā)課題，針對不同類別、不同用途、不同運(yùn)輸方式、不同使用人群的放射性產(chǎn)品運(yùn)輸包裝容器進(jìn)行設(shè)計、制造、加工。在設(shè)計過程中，應(yīng)用先進(jìn)的計算機(jī)程序，如MCNP、EGSnrc、NUCARS等來替代繁復(fù)的人工計算。運(yùn)輸包裝的結(jié)構(gòu)及包裝方式要結(jié)合產(chǎn)品的性狀、用途，深入探討人機(jī)工程學(xué)及產(chǎn)品的運(yùn)輸使用安全，精細(xì)化運(yùn)輸包裝容器的加工工藝。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，大量高性能的屏蔽材料及緩沖材料應(yīng)運(yùn)而生，如近年來比較熱門的復(fù)合材料，有機(jī)材料等。在放射性物質(zhì)運(yùn)輸包裝容器中可大膽的運(yùn)用各類新型材料以提升包裝容器的各方面性能。

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