医用放射性产品A型货包的调研及现状分析

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【摘 要】随着核技术应用的不断发展，放射性物质的安全运输工作越来越受到相关部门的重视。在放射性物质运输活动中，必须使用已证明合格的运输货包，并严格遵守有关放射性物质运输审批程序和操作管理要求，才能确保放射性物质运输安全。文章介绍了我国目前在用的各类医用放射性同位素产品A类货包的设计、使用、实验验证情况。并介绍了国外相关领域的研究状况。指出国内外研究现状的差距，针对国内A类货包存在的问题提出建议。

【关键词】放射性物质安全运输 A类货包 屏蔽容器 设计 验证试验

放射性同位素产品作为一种可发射电离辐射的独特产品，具有其它技术手段所难以替代的技术功能。在原子能工业和放射性核素应用技术不断发展的形势下，各种放射性同位素产品的运输频度、数量、范围和放射性强度都有很大增长。放射性物质运输中的安全，已成为整个辐射防护和核安全的重要组成部分。合理使用放射性同位素产品包装运输容器，正确组织与管理放射性物质的运输并确保运输中的安全，防止对人员的伤害和环境的污染有着重要的意义。

在放射性物质运输活动中，必须使用已证明合格的运输货包，并严格遵守有关放射性物质运输审批程序和操作管理要求，才能确保放射性物质运输安全[1]。放射性物质运输货包的固有安全性是放射性物质运输安全的前提，世界各国对运输货包的安全十分重视，货包的设计、制造、使用、维护和修理都有严格要求，货包要经受在放射性物质运输的正常条件和事故条件下各种试验的验证[2]。

1 放射性物质运输货包要求

放射性物质安全运输规定（GB11806）对放射性物质运输过程中的包装及货包进行如下定义：

（1）包装。全部包住放射性内容物所必需的各种部件的组合体，包括一层或多层容器、吸收材料、间隔构件和辐射屏蔽层，还可以包括供冷却、吸收机械冲击和隔热用的器件。

（2）货包。供交付运输的装有放射性内容物的包装。

该条例还规定了放射性活度限值和物质限制，并根据限值将货包分为以下五个类型：例外货包、1型工业货包、A型货包、B型货包、C型货包。

A型货包：A型货包内的放射性活度不得大于：

A1（对特殊形式放射性物质的放射性活度值）；A2（对所有其他放射性物质）。

对于放射性核素的类别和各自的放射性活度均为已知的放射性核素的混合物的A型货包的放射性内容物应当满足：

根据《放射性物品运输安全管理条例》（国务院第562号），《放射性物质安全运输规程》（GB11806-2004）及国际原子能机构（IAEA）的《放射性物质安全运输条例》（TS-R-1），放射性物质货包设计完成后要经过一系列评估及试验验证。需要对包容系统和屏蔽的完好性进行试验，对临界安全进行评估；验证货包经受正常运输条件的能力，主要包括喷水试验、自由跌落试验、堆积试验和贯穿试验；还需要验证货包承受事故运输条件的能力，包括力学试验、耐热试验、水浸没试验等。

据统计世界年运输放射性货包约100万件，这些货包中A型货包占60%-70%。其中医用放射性同位素产品的运输占绝大多数。

随着社会经济的发展，人们对于放射性同位素产品的要求已不仅仅停留在对产品实用性能上，对于产品的使用安全、包装运输过程中的安全性能以及产品的美观实用性都提出了更高的要求。国家相关法规对放射性同位素产品的要求也在不断提高，对产品的包装运输容器提出具体严格的标准。

2 国内运输医用放射性同位素产品的A型货包现状

目前国内生产使用的放射性同位素产品主要有：A、高活度，短半衰期放射性同位素药物，物理形态为液态和固态。B、低活度，短半衰期放射性同位素液体药物。C、医用发生器。D、短半衰期放射性同位素药物 [3]。

2.1货包设计现状

目前国内设计使用的医用放射性同位素产品运输A型货包，屏蔽容器材料以铅锑合金为主，为满足运输方式对表面剂量的要求，个别产品屏蔽容器中加入贫铀等材料[4]。缓冲材料均为发泡聚苯乙烯。外包装有木箱、纸箱、铁通三种形式。

依据《放射性物品运输安全管理条例》即562号令，国内某医用放射性同位素产品生产企业在用放射性物品的运输容器分为F、K、M、T 4个系列，30多个型号，具体情况如下：

F系列包装运输容器主要用于包装运输高活度，短半衰期放射性同位素药物，物理形态为液态和固态，放射性核素被密封在西林瓶内。设计使用年限：40年。为有效地屏蔽γ射线或β射线，根据不同的装载核素及其装载量，包装容器的铅锑合金防护厚度不同，包装容器由内、外两层包装组成。内包装为屏蔽防护容器，用铅锑合金屏蔽材料浇铸后，液压成型。内包装容器中心有一个盛放放射性溶液瓶的足够空间，上下均放置了吸附两倍放射性溶液的高分子材料。外包装为专用的塑料桶或铁桶，内、外包装之间有发泡聚苯乙烯填充物，对内包装容器起到固定和缓冲减震作用。

K系列包装运输容器主要用于包装运输低活度，短半衰期放射性同位素液体药物，放射性核素被密封在西林瓶内。该系列包装运输容器设计使用年限：40年。容器有内、外包装容器组成，与F系列构成相似，根据产品不同容器结构略有不同。

M系列包装运输容器：主要用于包装运输医用或工业用发生器，放射性核素被吸附过滤柱上。该系列包装运输容器共有5个品种。设计使用年限：40年。包装运输容器有内、外包装容器组成。其中内容器为屏蔽容器，外壳采用3mm聚乙烯热压成型或屏蔽容器的外壳采用3mm碳钢板冷压、焊接成型。用铅锑合金浇铸成防护体或内层为贫铀外层浇铸铅锑合金组成防护体，然后将防护体装入金属容器外壳，整体液压而成，或将防护体装入模具冷压后与聚乙烯外壳组装而成。外包装容器为专用铁桶或纸箱，内、外容器之间有发泡聚苯乙烯填充物，对内包装容器起到固定和缓冲减震作用。

T系列包装运输容器主要用于包装运输短半衰期放射性同位素药物，放射性核素被密封在西林瓶内和被封装在一次性注射器内。屏蔽容器的外壳采用3mm不锈钢板冷压、焊接成型，用铅锑合金浇铸成防护体，然后将防护体装入容器外壳，整体液压而成，屏蔽容器的内腔有放置内容物的足够空间，上下均放置稀释两倍内容物的高分子吸水材料。外包装容器材料结构与M系列相似。

2.2货包实验现状

目前，国内多家科研、生产单位都具备了货包的结构分析，力学分析、热工分析、屏蔽分析、临界分析等方面的能力。有的还建立了货包实验设施。

中国原子能科学研究院同位素所专门建立了建成了面积达120m2的A型货包专用实验室。图1、2、3、4、5分别是：9m自由下落实验装置、A型货包表面辐射水平测量装置、贯穿实验装置、堆积实验装置、喷水试验装置[5]。

1――电控脱钩；2――A型货包； 1――测量探头；2――A型货包；

3――跌落架；4――钢板地面； 3――转盘；4――升降托架；

5――提升装置 5――控制电脑

1――框架；2――贯穿棒； 1――测量探头；2――A型货包； 1―水箱；2―水泵；3―转子流量计；

3――A型货包；4――控制台； 3――转盘；4――升降托架； 5――A型货包；6――网框车架

原子高科设计生产的医用放射性产品运输货包在使用前均经过正常条件下的堆积试验、自由下落试验、贯穿试验，根据内容物不同，有些货包还经过喷水实验、水浸没实验。试验后样品无泄漏，包装容器外表面最高辐射水平变化小于20%，符合国家标准。

中国辐射防护研究院建设的放射性物质货包下落实验设施能用于13t以下A型和B型货包的自由下落实验、贯穿、冲击、穿刺、压碎实验、力学实验及耐热实验[6]。

3 国外运输医用放射性同位素产品的A型货包现状

3.1货包情况

国外放射性同位素产品运输包装容器设计研究、实验验证远远领先于国内。由于其核技术应用远早于国内，其他相关领域的研究如材料学、力学、工业设计等方面也远远高于国内水平。这些国家对于产品的包装运输容器已不仅仅从使用角度进行研究，而更多的从产品包装运输容器的安全、实用、使用性能、美观便捷等多角度出发，进行系统的理论分析、实验验证[7]。

以英国Croft公司和GE公司的产品为例简要介绍国外A型货包的情况。

英国Croft公司是一家专门设计，制造放射性同位素产品和核材料安全运输包装的企业。下列是该公司生产的放射性同位素产品A型货包。

图6中的产品是用于运输医用液体放射性同位素产品的包装运输容器，该容器屏蔽层为铅屏蔽，外壳为不锈钢材质。国外在材料使用方面更注重材料的环保及回收再利用问题，该包装选用软木为缓冲材料。软木是一种天然材料，具有非常好的弹性、密封性、隔热性、隔音性、电绝缘性和耐摩擦性，加上无毒、无味、比重小、不易着火等优点，被广泛的应用。另外为了增加包装容器的吊环、提手的安全性及使用寿命，这些提吊配件采用黄铜材质。

3.2货包试验情况

根据各自国家放射性物质运输货包试验相关规定，许多国家进行过货包的试验工作，很多国家还建立了相对完善的货包实验室。

美国从20世纪60年代就开始了放射性物质运输货包设计、评价和试验方面的研究， 已做了大量的试验，具有放射性物质运输货包检验验证设施、技术和取证试验的经验。拥有诸如橡树岭国家实验室（ORNL）、圣地亚国家实验室（SNL）、美国国家运输研究中心（NTRC）、美国运输技术中心有限公司（TTC INC.）等货包试验机构[8]。

圣地亚国家实验室有新、旧两个滑车轨道设施。滑车轨道设施使用火箭滑车轨道进行水平方向的高速冲击试验、空气动力学试验和加速度试验。旧滑车轨道设施主要用于非常大物体的试验。新火箭滑车轨道设施主要用于非常高速的试验。

橡树岭国家实验室的塔防护设施试验类型包括冲击、贯穿和动态压碎试验。该实验室目前的下落设施能完成最重4.5t、9m下落试验和不同角度的贯穿试验，9m、500kg下落物压碎试验和压缩/堆积试验。

圣地亚国家实验室的遥测仪器和有线仪器提供了全范围的数据收集设施。除了在每个试验设施的数据收集能力外， 还有移动式仪器数据获取系统能用于货包试验。除了仪器数据收集外， 该实验室广泛应用高速摄像能力。高速胶片或数字摄像用于验证试验过程中冲击和接下来的货包响应。摄像速度从24 帧/s （实时速度 ） 至250000帧/s。高速胶片数据是时间编码的 ， 能与仪器数据相关联。

圣地亚国家实验室使用 LS-DY NA、IN-GRID、COSMOS/ M、ABAQUS 和TAURUS 结构分析软件， 模拟货包结构和货包的假想事故条件 ，从而在货包设计过程中和试验前评价货包设计。这些软件都是采用有限元方法建立的。实验室使用这些软件评价冲击试验的结果和估计相应试验对货包内容物的震动影响 ， 指导如何进行试验和发现细小的设计缺陷。

另外美国能源部在20世纪70年代开展了运输容器的超规程试验， 试验的意图是验证数学模型， 同时也模拟人们明确表示关注的事故景象类型。这些试验不是验证试验， 而是评价大尺寸货包的响应来研究任何灾难下的潜能。

其他国家例如德国的联邦材料研究和试验研究所[9]以及日本等国，除了可进行IAEA《规程》所规定的放射性物质运输货包的各项试验外，还可以做超规程试验。例如： 模拟重物掉落到不带减振器的乏燃料运输P贮存货包上的动态压碎试验； 乏燃料货包在1000e热环境中的耐热试验； 乏燃料和高放废物货包在水面下3000m处1h的水浸没试验等[10]。部分实验室还具有货包设计、材料性能研究、理论计算、计算机模拟、安全分析、性能检验、软件开发等多方面的能力和经验。

4 与国外先进技术的差距及建议

通过以上对比可以明显看出，我国核技术应用起步较晚，其它相关领域的研究如材料学、力学、工业设计等方面远远落后于发达国家。尤其是在放射性同位素产品运输包装容器质量控制实验验证方面与国外存在很大差距。

目前国内在用的放射性同位素产品运输包装仅仅达到国家标准对表面剂量限值的标准，对于产品的便捷、安全使用及货包在各种运输方式过程中突发状况下的研究还十分欠缺。建议国家相关部门在不断完善放射性物质安全运输标准的同时，支持鼓励有能力、有经验及条件的科研机构、生产企业设立专门的研发课题，针对不同类别、不同用途、不同运输方式、不同使用人群的放射性产品运输包装容器进行设计、制造、加工。在设计过程中，应用先进的计算机程序，如MCNP、EGSnrc、NUCARS等来替代繁复的人工计算。运输包装的结构及包装方式要结合产品的性状、用途，深入探讨人机工程学及产品的运输使用安全，精细化运输包装容器的加工工艺。随着材料科学的发展，大量高性能的屏蔽材料及缓冲材料应运而生，如近年来比较热门的复合材料，有机材料等。在放射性物质运输包装容器中可大胆的运用各类新型材料以提升包装容器的各方面性能。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家标准. 放射性物质安全运输规程.GB11806-2004

[2] IAEA. Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material. IAEA Safety Standards Series No.TS-R-1，2005.

[3] 罗志福.中国放射性同位素技术之现状与展望[A].全国"核技术及应用"发展战略研讨会论文集[C]，2003年.

[4] 罗征，周新贵，于海蛟，赵爽 等.核屏蔽材料研究与进展[A].第十二届反应堆数值计算与粒子输运学术会议论文集[C]，2008年.

[5] 卢玉楷，戴长年，丁大纯，冯宗瑜.放射性物质A型货包的设计、检验和系列化研究[J].同位素，1997，10（2）.

[6] 张雷，赵兵，王学新，李国强.放射性物质运输货包试验工作进展[J].辐射防护通讯，2010，30（6）.

[7] Kelly D L， Boles J L， Ferrell P C， et al. Packageing Engineering and Testing Capabilities at

Duratek Federal Services， Inc.， Northwest Operations， USA. Packaging， Transport， Storage&Security of Radioactive Materials，2001，12（2/3）.

[8] SNL. Materials Transportation Testing&Analysis Program at Sandia National Laboratories.

http：//www，sandia.gov/tp/tp.thml.

[9] Droste B， Quercetti T， Gogolin B.Test Facilities for Radioactive Materials Transport Packagings （BAM， Germany）. Packaging， Transport， Storage&Security of Radioactive Materials，2001，12（2/3）.

[10] Itoh C， Seagusa T， Yamakawa H，et al. Packaging Testing of Type B Packages in Japan to Conditions Different from Regulatory Package Test Standard. transport，

Storage Security of Radioactive Materials，2007，18（2）.