TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 7840:2007 (ISO 2885 : 1976) VỀ VẬT LIỆU PHÓNG XẠ – BAO BÌ – THỬ NGHIỆM RÒ RỈ CHẤT PHÓNG XẠ VÀ RÒ RỈ BỨC XẠ

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 7840 : 2007

ISO 2885 : 1976

VẬT LIỆU PHÓNG XẠ – BAO BÌ – THỬ NGHIỆM RÒ RỈ CHẤT PHÓNG XẠ VÀ RÒ RỈ BỨC XẠ

Radioactive materials – Packagings – Tests for contents leakage and radiation leakage

Lời nói đầu

TCVN 7840 : 2007 hoàn toàn tương đương với ISO 2885 : 1976.

TCVN 7840 : 2007 do Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn TCVN/ TC 85 “An toàn bức xạ” biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Lời giới thiệu

Thiết kế bao bì để vận chuyển vật liệu phóng xạ nhằm thỏa mãn các yêu cầu có liên quan thông qua các thử nghiệm môi trường cơ học và vật lý đối với nguyên mẫu hoặc mẫu thiết kế. Các thử nghiệm này có trong quy định về vận chuyển an toàn vật liệu phóng xạ của IAEA.

Việc áp dụng các thử nghiệm này là cần thiết để chứng minh rằng tính hiệu quả của sự lưu giữ và che chắn bảo vệ bức xạ được duy trì ở mức độ yêu cầu. Các yêu cầu chứng minh:

a) Một số dạng thử nghiệm về rò rỉ hàm lượng phóng xạ trên bao bì lưu giữ chất phóng xạ, và

b) Một số dạng thử nghiệm rò rỉ bức xạ trên bao bì che chắn bảo vệ bức xạ.

Để hoàn thiện tiêu chuẩn này, ISO/TC 85/SC 4 đã tiến hành xây dựng các phương pháp thử nghiệm rò rỉ phóng xạ và rò rỉ bức xạ.

Quy định1) của IAEA liên quan đến khả năng lưu giữ của bao bì loại A yêu cầu rằng các bao bì loại A phải ngăn ngừa sự mất mát hay phát tán chất phóng xạ.

Chỉ trong trường hợp vật liệu phóng xạ dạng đặc biệt IAEA2) mới đưa ra mối tương quan giữa hoạt độ rò rỉ và tiêu chí về độ kín kỹ thuật. Tiêu chuẩn về tốc độ rò rỉ khí heli là 10^-4 torr.l/s (khoảng 13,33 (mPa.m³/s) đối với chất rắn và 10^-6 torr.l/s (khoảng 0,133 mPa.m³/s) đối với chất lỏng được thử nghiệm trong hầu hết các trường hợp tương đương với hoạt độ tương quan của 0,05 mCi được mô tả trong Phần VII của Quy định¹⁾ của IAEA, đoạn 737.

Tiêu chuẩn này chỉ đưa ra những thông tin cơ bản về phương pháp thử nghiệm độ rò rỉ phóng xạ nêu trong điều 2: một lỗ hổng 10^-3 mm² (ứng với tốc độ rò rỉ khí hêli tiêu chuẩn là 0,1 torr.l/s – khoảng 13,33 mPa.m³/s) hoặc nhỏ hơn, sẽ không cho phép giới hạn cho phép ban đầu lớn hơn 1,5 x 10^-5 l/10 phút (1,5 x 10^-5 dm³/10 phút) đáp ứng được điều kiện của thử nghiệm này.

Các yêu cầu của IAEA liên quan tới việc che chắn bảo vệ bức xạ như sau:

Bao bì loại A phải được thiết để có thể thỏa mãn được các quy định về thử nghiệm môi trường trong Quy định vận chuyển an toàn vật liệu phóng xạ, nó có thể ngăn cản được bất kỳ mức độ gia tăng bức xạ tối đa có thể ghi nhận được hay tính toán được mặt ngoài so với những điều kiện trước khi thử nghiệm.

Bao bì loại B phải được thiết kế để có thể thỏa mãn được điều kiện môi trường thử nghiệm mà bên trong bao bì có chứa lượng Iridium 192 đủ để tạo ra mức bức xạ 10 mrem/h ở khoảng cách 1 m tính từ bề mặt mà bao bì vẫn giữ được hiệu quả che chắn bảo vệ bức xạ đảm bảo rằng mức bức xạ ở khoảng cách 1 m tính từ bề mặt của bao bì không được vượt quá 1 rem/h.

Kết quả nghiên cứu rò rỉ bức xạ chỉ ra rằng với những biến dạng nhỏ như vết rạn nứt và sứt mẻ thì không thể phát hiện sự gia tăng suất liều nhỏ hơn 100 % được tính trung bình trên diện tích 1 cm² bề mặt, và với những diện tích lớn hơn nằm trong khoảng 100 cm² thì không thể phát hiện sự gia tăng suất liều nhỏ hơn 20 %. Trong hầu hết các trường hợp độ nhạy của phương pháp được mô tả trong tiêu chuẩn này phải đáp ứng các yêu cầu của IAEA đối với bao bì loại B.

VẬT LIỆU PHÓNG XẠ – BAO BÌ – THỬ NGHIỆM RÒ RỈ CHẤT PHÓNG XẠ VÀ RÒ RỈ BỨC XẠ

Radioactive materials – Packagings – Tests for contents leakage and radiation leakage

1. Phạm vi và lĩnh vực áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các phương pháp thử nghiệm rò rỉ chất phóng xạ và rò rỉ bức xạ đối với các mẫu nguyên của bao bì được thiết kế để vận chuyển các vật liệu phóng xạ.

Tiêu chuẩn chỉ đưa ra vài phương pháp có thể thử nghiệm nguyên mẫu để thiết lập mức được chấp nhận. Tiêu chuẩn này được áp dụng hạn chế.

Các phương pháp thử nghiệm cho thấy khả năng an toàn của hệ thống giữ và che chắn bảo vệ bức xạ, theo thứ tự định sẵn, phương pháp thử nghiệm này đáp ứng được mức độ được yêu cầu đối với bao bì sử dụng cho việc vận chuyển các vật liệu phóng xạ.

Phương pháp thử nghiệm hàm lượng rò rỉ phóng xạ nhằm áp dụng đối với bình chứa, ví dụ hộp sắt mạ thiếc, hoặc hệ thống giữ bao bì nguyên mẫu loại A mà hệ thống này đã được đưa ra thử nghiệm cơ lý để chứng tỏ việc thiết kế hệ thống đáp ứng các yêu cầu liên quan. Phương pháp thử nghiệm này đáp ứng được với trường hợp vật liệu ở dạng lỏng hoặc bột có hoạt độ riêng tương đối thấp, khi đó độ nhạy của phương pháp được nghiên cứu là phù hợp. Phương pháp thử nghiệm này không áp dụng cho các bình chứa và hệ lưu giữ có kích thước hoặc thiết kế khiến quá trình thử nghiệm thực tế gặp nhiều khó khăn.

Phương pháp thử nghiệm rò rỉ bức xạ nhằm áp dụng đối với bề mặt ngoài của bao bì che chắn bảo vệ bức xạ hoặc cho toàn bộ bao bì nếu khoảng cách theo thiết kế cũng góp phần làm giảm suất liều bức xạ rò rỉ qua bề mặt. Phương pháp thử nghiệm này không nhằm áp dụng cho những bao bì có kích thước hoặc thiết kế khiến cho quá trình thử nghiệm thực tế gặp nhiều khó khăn.

2. Phương pháp thử nghiệm rò rỉ chất phóng xạ

2.1. Thuật ngữ định nghĩa

2.1.1. Hệ thống giữ (containment system)

Thành phần của bao bì được quy định bởi người thiết kế định ra để lưu giữ vật liệu phóng xạ trong quá trình vận chuyển.

2.1.2. Bình chứa (containment vessel)

Bình tạo nên toàn bộ hoặc một phần của hệ thống giữ.

2.1.3. Bao kiện (package)

Bao bì chứa các vật liệu phóng xạ bên trong.

2.2. Thiết bị thử nghiệm

2.2.1. Bể ngâm

Thiết bị quan trọng nhất bao gồm bồn kín khí và kín nước hình trụ có thể chịu áp suất bên trong ít nhất là 0,3 MPa. Thể tích của bồn chứa phải đủ chỗ cho hệ thống giữ để thử nghiệm được, cùng với lượng nước cất để đổ đầy bể cao hơn mặt trên cùng của hệ thống giữ ít nhất là 40 mm, đồng thời có khoảng trống trên mặt nước cho phép quan sát dòng bọt khí nổi lên từ hệ thống giữ bên dưới.

Bể ngâm phải có các thiết bị cố định hệ thống giữ tại trung tâm của bể. Thiết bị cố định không được ngăn cản dòng khí thoát ra hoặc dòng khí thoát ra từ bất kỳ phần nào của hệ thống thử nghiệm bên dưới. Thành bể ngâm phải được làm từ vật liệu trong suốt hoặc phải có cửa sổ quan sát trên thành bể. Bể ngâm phải thiết kế sao hệ thống thử nghiệm bên dưới có thể xoay quanh trục cố định để bọt khí dễ dàng thoát khỏi mặt ngoài của hệ thống giữ.

2.2.2. Thiết bị đo hoạt độ

Để đo hoạt độ mẫu nước lấy từ bể ngâm thì phải có thiết bị đo bêta hoặc gamma. Thiết bị này có thể bao gồm thiết bị thí nghiệm đặc thù với khả năng phát hiện được hoạt độ 10^-11 Ci trong trường hợp đo hoạt độ bêta, hoặc 2 x 10^-9 Ci trong trường hợp đo hoạt độ gamma.

2.3. Chuẩn bị hệ thống giữ để thử nghiệm

Tại thời điểm toàn bộ bao bì chuẩn bị thử nghiệm, dung dịch chứa chất phóng xạ phải được đưa vào vị trí dự định sẽ giữ chất phóng xạ. Thể tích của dung dịch phóng xạ phải xấp xỉ bằng thể tích chứa chất phóng xạ dự kiến. Nếu dung dịch phóng xạ được đổ trực tiếp vào bình chứa thì thể tích của dung dịch phải đủ để làm ướt toàn bộ mặt trong của bình.

Nồng độ phóng xạ của dung dịch được tính bằng:

a = S x

Trong đó:

a là nồng độ phóng xạ của dung dịch phóng xạ, tính bằng curi trên lít (decimet khối);

S là hoạt độ tối thiểu có thể phát hiện được, tính bằng curi;

V_T là thể tích nước cất trong bể đo, tính bằng lit (decimet khối);

V_S là thể tích mẫu nước được đo, tính bằng lit (decimet khối);

L là mức rò rỉ tối thiểu phát hiện được, tính bằng lit (decimet khối), trong 10 phút; L = 1,5 x 10^-5 l (1,5 x 10^-5 dm³).

Nên sử dụng đồng vị có chu kỳ bán rã ngắn phát tia beta và gamma năng lượng cao. Để đạt được mục đích trên có thể sử dụng ²⁴Na trong dung dịch natri clorua (NaCl) 1 %. Hệ thống giữ và nước trong bể phải được giữ trong cùng phòng chứa trong một khoảng thời gian cần thiết để cân bằng nhiệt độ của chúng.

2.4. Quy trình kiểm tra

Hệ thống giữ dung dịch phóng xạ nêu trong 2.3 phải được cố định trong bể ngâm. Bên trong bể phải chịu được áp suất 0,2 MPa trong khoảng thời gian 15 min. Sau đó bể sẽ đổ đầy nước cất đến độ cao ít nhất là 40 mm so với phần cao nhất của bề mặt hệ thống giữ được thử nghiệm sao cho bị thay đổi áp suất. Sau khi nhúng toàn bộ hệ thống giữ trong nước, áp suất trong bể phải được giảm đến áp suất khí quyển. Nếu không có dòng bọt khí xuất hiện trong vòng 5 min thì hệ thống giữ phải được xoay liên tục trong bể ngâm sao cho các tất cả các bề mặt bên ngoài của nó phải được đưa lên trên và song song với mặt nước đồng thời được ngâm hoàn toàn ở độ sâu 40 mm trong 5 min. Nếu không có dòng bọt khí xuất hiện thì thử nghiệm phải được lặp lại. Sau đó phải lấy mẫu nước ít nhất là 10^-1 lít (10^-1 dm³) từ bể ngâm và đo hoạt độ phóng xạ.

Nếu không có bọt khí sinh ra từ hệ thống giữ chứa bột, thì hệ thống giữ này được coi là kín.

Nếu không phát hiện thấy phóng xạ trong mẫu nước thử nghiệm, thì hệ thống giữ chứa chất lỏng sẽ được coi là không bị rò rỉ phóng xạ.

3. Kiểm tra sự rò rỉ bức xạ

3.1. Tổng quan

Việc thử nghiệm rò rỉ bức xạ được thực hiện bằng cách so sánh kết quả đánh giá hiệu quả che chắn bảo vệ bức xạ trước và sau các phép thử nghiệm môi trường cơ lý. Việc đánh giá khả năng bảo vệ bức xạ có thể bằng một trong hai phương pháp sau:

1) Phương pháp chụp ảnh bức xạ, phương pháp này phù hợp với việc phát hiện những suy giảm nhỏ về khả năng che chắn bảo vệ bức xạ, phương pháp này chỉ áp dụng cho bao bì loại A;

2) Phương pháp đo bức xạ, phương pháp này được xây dựng riêng cho phát hiện và đánh giá những suy giảm lớn về khả năng che chắn của thiết bị bảo vệ bức xạ, phương pháp này áp dụng cho cả bao bì loại A và loại B.

3.2. Nguồn bức xạ dùng để thử nghiệm

Kích thước của nguồn phải càng nhỏ càng tốt. Phải chọn nguồn có năng lượng phù hợp để nhận kết quả chính xác nhất. Nếu bao bì được thử nghiệm chỉ dùng cho một loại nguồn cụ thể với kích thước đặc biệt, nhân phóng xạ hoặc nguồn phóng xạ này có thể được sử dụng cho thử nghiệm.

Đối với phương pháp chụp ảnh, hoạt độ của nguồn phải đủ để thực hiện quá trình chụp trên phim X – quang, mật độ quang (D) không được nhỏ hơn 1 trong một khoảng thời gian thích hợp (ví dụ 5 h).

Đối với phương pháp đo bức xạ, hoạt độ của nguồn phải được đủ để thực hiện quá trình đếm bằng bộ đếm nhấp nháy, tỷ lệ đếm phải đủ để đảm bảo độ tin cậy và độ tái lập của các kết quả đo, khi detector nhấp nháy được trang bị một hệ thống chuẩn trực phù hợp và được lắp đặt ở khoảng cách đến nguồn bức xạ nhỏ nhất có thể được (ví dụ 50 cm).

3.3. Thiết bị chụp ảnh

3.3.1. Thiết bị thử nghiệm

Có thể sử dụng phim chụp X quang tốc độ cao với màn tăng quang. Độ nhậy của máy đo mật độ quang phải đo được ít nhất là ba mật độ quang D để đo được mật độ quang tạo ra trên ảnh.

Thiết bị chụp phải có sẵn để đáp ứng các yêu cầu của phương pháp đo chuẩn, về nhiệt độ, thời gian và điều kiện hiện ảnh, dùng để xử lý phim hiệu chuẩn và phim sử dụng để đánh giá.

3.3.2. Quy trình kiểm tra

Nguồn phóng xạ kín được sử dụng để thử nghiệm phải được đặt trong thiết bị che chắn bảo vệ bức xạ được thử nghiệm.

Toàn bộ bề mặt của bao bì phải được bao phủ bằng phim chụp X quang. Nếu phần lồi ra của bao bì làm cho không thể bao phủ toàn bộ bề mặt của bao bì thì có thể sử dụng vật chêm thích hợp, ví dụ tấm nhôm dày 1 mm, xung quanh vật chêm phải được phủ phim chụp X quang. Thời gian chiếu, phải như nhau trước và sau thử nghiệm môi trường, phải chọn phim có mật độ quang (D) không nhỏ hơn 1. Các phim chụp X quang sử dụng trước và sau thử nghiệm môi trường phải được xử lý đồng thời.

Sau khi xử lý, cả hai phim phải được so sánh mật độ quang. Các bao bì loại A trong thử nghiệm phải vượt qua thử nghiệm môi trường với kết quả tốt nếu mật độ quang quan sát được không tăng.

3.4. Phương pháp đo bức xạ

3.4.1. Dụng cụ đo

Bộ đếm nhấp nháy dùng trong phòng thí nghiệm phải sử dụng với tinh thể nhấp nháy, ví dụ như natri iôt được hoạt hóa với thalium (NaI Tl), đặt trong ống chuẩn trực thích hợp.

Để đảm bảo quét toàn bộ bao bì được kiểm tra, có thể sử dụng bàn xoay thích hợp. Detector nhấp nháy (tinh thể và ống chuẩn trực) phải được gắn với tay quay. Trục của bàn xoay và trục của giá đỡ detector nhấp nháy phải cắt nhau tại điểm đặt nguồn bức xạ

Máy đếm sự nhấp nháy phải được trang bị bộ đếm tốc độ. Kết quả đếm phải được ghi lại.

3.4.2. Thiết bị hiệu chuẩn

Từ các đường cong suy giảm của của vật liệu che chắn bảo vệ bức xạ chuẩn, mức gia tăng tốc độ đếm của thiết bị phải giảm tương ứng với mức 100 % và 20 % của nguồn bức xạ thử nghiệm.

3.4.3. Quy trình thử nghiệm

Bao bì phải được đặt trên bàn xoay. Đầu dò của thiết bị đo phải hướng đến tâm nguồn bức xạ bên trong bao bì trong suốt quá trình kiểm tra.

Bằng cách quay bàn xoay và quay detector quanh trục sẽ quét được toàn bộ bao bì.

Tay quay không được dịch chuyển quá 10° với mỗi vòng quay của bàn xoay.

Kết quả đếm của bộ đếm nhấp nháy phải được ghi lại. Độ chênh lệch của tốc độ đếm phải tính đến giá trị đếm của phông môi trường.

Bao bì loại A trong thử nghiệm phải thỏa mãn các thử nghiệm về môi trường cơ học và vật lý với kết quả tốt, nếu thử nghiệm rò rỉ bức xạ được thực hiện theo phương pháp ở trên không cho thấy sự gia tăng suất liều.

Bao bì loại B trong thử nghiệm thỏa mãn qua các thử nghiệm môi trường cơ học và vật lý với kết quả tốt nếu thử nghiệm rò rỉ bức xạ được thực hiện theo phương pháp ở trên cho thấy sự gia tăng suất liều không lớn hơn 100 lần giá trị đo được trước thử nghiệm.