核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警閾值設(shè)置方法

賈靖軒，袁育龍，孫國慶，王益元，熊啟發(fā)

(1.武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北 武漢 430064;2.中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518045)

0 引言

核能是目前公認(rèn)的惟一可大規(guī)模替代常規(guī)能源的既清潔又經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代能源，在人類生產(chǎn)和生活中應(yīng)用的主要形式是核電。相比于其他能源設(shè)施，核電站最大的缺點(diǎn)就是會產(chǎn)生大量的放射性物質(zhì)，這些物質(zhì)如果不加以控制會對人體和環(huán)境造成極大危害，為此核電站設(shè)置了多道屏障對其進(jìn)行防護(hù)。但任何一道屏障都不能保證永久完整和有效，為監(jiān)測這些屏障的完整性和有效性并保證人員安全，核電站設(shè)置了輻射監(jiān)測系統(tǒng)，通過對核電站某些工藝過程和設(shè)備、工作區(qū)域、排出流的監(jiān)測，從輻射水平的高低來判斷設(shè)備是否正常運(yùn)行，防止任何超劑量事故的發(fā)生［1］。

一般情況下，核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)包括幾十個(gè)不同的監(jiān)測通道，分別監(jiān)測核電站工藝系統(tǒng)、工作區(qū)域、排出流的放射性水平。每個(gè)通道都設(shè)置有兩級報(bào)警，即一級報(bào)警(又稱調(diào)查報(bào)警)和二級報(bào)警(又稱干預(yù)報(bào)警)。在核電站發(fā)生異常情況時(shí)，這兩級報(bào)警閾值的設(shè)置可使輻射監(jiān)測系統(tǒng)準(zhǔn)確及時(shí)的發(fā)出報(bào)警信號，以便工作人員采取措施，確保電站和人員(包括公眾)的安全。因此，報(bào)警閾值作為輻射監(jiān)測系統(tǒng)是否發(fā)出報(bào)警信號的重要指標(biāo)，是輻射監(jiān)測系統(tǒng)的核心運(yùn)行參數(shù)，其設(shè)置的合理與否將直接影響到輻射監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定有效運(yùn)行，并且間接影響到電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行［2］。簡單地說，如果閾值設(shè)置過高，輻射監(jiān)測系統(tǒng)可能在發(fā)生事故的情況下不能及時(shí)報(bào)警，從而對電站和工作人員的安全造成極大威脅;如果閾值設(shè)置過低，輻射監(jiān)測系統(tǒng)又可能會出現(xiàn)頻繁誤報(bào)警的情況，直接影響電站的運(yùn)行效率。綜上所述，合理的閾值設(shè)置將會有效提高電站的負(fù)荷因子，保證電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并確保核電站工作人員及公眾的輻射安全。

關(guān)于核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警閾值的設(shè)置，國外一些核電發(fā)達(dá)國家已對其進(jìn)行過深入的研究，并且早已成功投入到電站的運(yùn)行中，擁有長時(shí)間的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。由于這其中涉及商業(yè)利益，目前只知道部分核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行閾值，卻無法獲知閾值設(shè)置的具體方法。而我國自發(fā)展核電以來，主要以引進(jìn)國外技術(shù)并進(jìn)口國外設(shè)備為主，在輻射監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警閾值設(shè)置方面則主要由外方廠商直接提供，雖然也有秦山一期等國產(chǎn)化堆型的投入運(yùn)行，但其閾值的設(shè)置也大部分參考國外同類型電站，缺乏相關(guān)的專題研究。

輻射監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警閾值的設(shè)置首先必須滿足國家相關(guān)的核安全法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求，其次需根據(jù)監(jiān)測通道所執(zhí)行的功能進(jìn)行具體的研究。本文針對工藝系統(tǒng)監(jiān)測通道、區(qū)域輻射監(jiān)測通道、排出流監(jiān)測通道的報(bào)警閾值設(shè)置方法作相應(yīng)的探索，以對輻射監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警閾值的設(shè)置方法進(jìn)行初步的定性研究。

1 工藝系統(tǒng)監(jiān)測通道報(bào)警閾值

工藝系統(tǒng)監(jiān)測是指對核電站的某些工藝過程和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，以便從輻射水平的高低來發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否有效、正常運(yùn)行。

1.1 監(jiān)測通道特點(diǎn)［1］

工藝系統(tǒng)監(jiān)測通道主要包括燃料元件包殼總破損監(jiān)測、蒸汽發(fā)生器傳熱管總破損監(jiān)測、壓力容器及一回路設(shè)備與管道組成的壓力邊界泄漏監(jiān)測和核輔助系統(tǒng)的某些設(shè)備的泄漏監(jiān)測等。監(jiān)測通道通過監(jiān)測特定核素的輻射水平來判斷工藝設(shè)備的完整性和有效性，一般是通過對液體或氣載放射性物質(zhì)的監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)的，其中需研究放射性核素的遷移變化過程，找出輻射水平與屏蔽完整性之間的定性或定量關(guān)系。

1.2 閾值設(shè)置

1.2.1 閾值設(shè)置原則

工藝系統(tǒng)輻射監(jiān)測報(bào)警閾值設(shè)置的原則、依據(jù)和方法大致分為以下幾種:

1)依據(jù)運(yùn)行歷史和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的反饋，同類核動(dòng)力裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)或設(shè)計(jì)部門與業(yè)主之間對某些監(jiān)測通道報(bào)警閾值達(dá)成的共識確定報(bào)警閾值。

放射性屏障完整性、有效性的輻射監(jiān)測通道以及某些工藝過程的輻射監(jiān)測通道的測量結(jié)果受眾多因素影響，無法建立計(jì)量檢定標(biāo)準(zhǔn)條件，不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的在線定量測量。因此此類通道的報(bào)警閾值只能依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的積累、分析和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性測量或半定量分析測量，并以此為依據(jù)設(shè)置報(bào)警閾值。即根據(jù)正常運(yùn)行條件下，不同功率時(shí)相關(guān)通道的實(shí)測值、運(yùn)行事件記錄，將這些正常運(yùn)行工況下的測量值視為正常狀態(tài)，結(jié)合以往非正常運(yùn)行事件時(shí)的實(shí)測值，確定超出正常測量值一定范圍為調(diào)查報(bào)警以及干預(yù)報(bào)警。

2)依據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果和設(shè)計(jì)值設(shè)置報(bào)警閾值。

根據(jù)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的運(yùn)行事件、事故及假想事故條件下工藝系統(tǒng)介質(zhì)中核素組成及比活度，氣載放射性物質(zhì)比活度設(shè)計(jì)值等源項(xiàng)數(shù)據(jù)，并結(jié)合反應(yīng)堆物理、熱工、結(jié)構(gòu)、工藝系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、廠房及系統(tǒng)設(shè)備布置情況等進(jìn)行放射性水平的設(shè)計(jì)計(jì)算，其結(jié)果可作為確定工藝輻射監(jiān)測通道報(bào)警限值的依據(jù)。

3)通過理論分析、計(jì)算設(shè)置報(bào)警閾值。

部分通道的報(bào)警閾值也可通過理論分析來確定。通過對核素的遷移進(jìn)行建模，并選取合理的輸入?yún)?shù)對模型進(jìn)行計(jì)算，求出放射性核素在正常情況和非正常情況下的比活度或劑量率大小，以此為報(bào)警閾值的設(shè)置提供依據(jù)。

1.2.2 閾值設(shè)置方法

根據(jù)上述的閾值設(shè)置原則，以安全殼大氣中惰性氣體比活度監(jiān)測通道報(bào)警閾值的設(shè)置為例，閾值設(shè)置方法如下:

1)確定通道所執(zhí)行功能［2］

安全殼大氣中惰性氣體比活度監(jiān)測通道主要用于監(jiān)測一回路壓力邊界的完整性，即安全殼內(nèi)一回路系統(tǒng)是否發(fā)生泄漏以及泄漏率的大小。一旦監(jiān)測到的放射性氣體體積比活度超過一級報(bào)警閾值則發(fā)出聲光報(bào)警信號，操作人員接到信號后對其進(jìn)行調(diào)查分析;當(dāng)超過二級報(bào)警閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)隔離安全殼內(nèi)大氣監(jiān)測系統(tǒng)、安全殼換氣通風(fēng)系統(tǒng)、核島排氣和疏水系統(tǒng)向反應(yīng)堆廠房外的排放，進(jìn)一步分析報(bào)警原因，找出工藝程序中可能存在的問題，保障電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2)理論分析與模型建立

根據(jù)惰性氣體監(jiān)測通道的監(jiān)測對象，確定計(jì)算中所要考慮的重要核素。一般情況下選取放射性惰性氣體41Ar作為考察對象(燃料元件包殼發(fā)生破損的情況下還應(yīng)考慮放射性核素85Kr和133Xe及其同位素)，建立核素遷移的數(shù)學(xué)模型，研究一回路冷卻劑泄漏導(dǎo)致安全殼空氣中惰性氣體體積比活度的變化與一回路系統(tǒng)冷卻劑泄漏率之間的關(guān)系。

3)數(shù)值計(jì)算及閾值設(shè)置

根據(jù)實(shí)際情況，選取合理的輸入?yún)?shù)對以上模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)測值或經(jīng)驗(yàn)值對模型進(jìn)行修正，最終根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出閾值設(shè)置的建議。

2 區(qū)域監(jiān)測通道報(bào)警閾值

2.1 監(jiān)測通道特點(diǎn)［2］

對核電站的區(qū)域輻射進(jìn)行測量有工藝和安全的目的，涉及到的監(jiān)測通道相當(dāng)多。以主控室空氣γ輻射劑量率監(jiān)測通道為例，該監(jiān)測通道連續(xù)監(jiān)測由主控制室空調(diào)系統(tǒng)吹入控制室的空氣的放射性活度，當(dāng)輻射劑量率超過二級報(bào)警閾值時(shí)自動(dòng)觸發(fā)主控制室空調(diào)系統(tǒng)吸風(fēng)切換到通過碘收集器，對空氣中的放射性碘進(jìn)行過濾，從而起到保護(hù)主控室工作人員的作用。

2.2 閾值設(shè)置

2.2.1 閾值設(shè)置原則

區(qū)域輻射監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警閾值設(shè)置的原則、依據(jù)和方法大致有以下2種:

1)依據(jù)國家相關(guān)核安全標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范設(shè)置報(bào)警閾值。部分區(qū)域監(jiān)測通道的報(bào)警閾值可直接或間接地依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)所規(guī)定的限值要求及其相關(guān)規(guī)定來確定，并遵循合理可行盡量低的輻射防護(hù)基本原則。放射性工作場所相關(guān)監(jiān)測通道報(bào)警閾值可按工作人員劑量控制原則、年有效劑量限值、管理限值等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。

2)部分兼有工藝監(jiān)測功能的區(qū)域監(jiān)測通道報(bào)警閾值的設(shè)置原則可參考工藝輻射監(jiān)測通道報(bào)警閾值設(shè)置原則中的第1種。

談及取得的有形成果時(shí)，劉延錦稱，數(shù)據(jù)是最好的證明，營養(yǎng)風(fēng)險(xiǎn)篩查率由改善前的40%提升至100%，經(jīng)口進(jìn)食正確率由改善前的85%提升至100%，營養(yǎng)支持介入時(shí)間由改善前102h縮短至62h等?！澳壳?，這一模式已在河南省18個(gè)地市廣泛應(yīng)用，充分發(fā)揮了醫(yī)院的輻射帶動(dòng)作用?！彼牢康卣f。

2.2.2 閾值設(shè)置方法

根據(jù)閾值設(shè)置原則，以主控室空氣γ輻射劑量率監(jiān)測通道報(bào)警閾值的設(shè)置為例，閾值設(shè)置方法如下:

1)確定所監(jiān)測區(qū)域必須符合的控制標(biāo)準(zhǔn)

主控室為工作人員經(jīng)?；顒?dòng)的區(qū)域，其γ輻射劑量率應(yīng)按工作人員的職業(yè)照射水平年劑量當(dāng)量限值進(jìn)行控制，具體限值可參考GB 18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》中對放射性工作人員年有效劑量的限值規(guī)定。

2)根據(jù)劑量限值推算出實(shí)時(shí)劑量率

GB 18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的劑量限值適用于在規(guī)定期間內(nèi)內(nèi)、外照射(包括中子、γ、惰性氣體)所致劑量和放射性物質(zhì)攝入所致待積劑量之和，工作人員接受的γ輻射劑量只能是年劑量限值的一小部分，比如說30%或更小。根據(jù)γ輻射劑量限值，再結(jié)合工作人員每年在此區(qū)域中工作的時(shí)間，算出對應(yīng)的實(shí)時(shí)劑量率值。

3)閾值設(shè)置

根據(jù)以上實(shí)時(shí)劑量率結(jié)果，結(jié)合實(shí)測值，提出初步的閾值設(shè)置建議。

3 排出流監(jiān)測通道報(bào)警閾值

核電站在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生放射性廢氣和廢液，這些含有放射性物質(zhì)的廢氣和廢液最終會排放到環(huán)境中去。排放到環(huán)境中的放射性物質(zhì)不但對核電站周圍公眾造成外照射影響，而且隨著公眾的食入和吸入，造成內(nèi)照射影響。因此，在核電站運(yùn)行過程中必須進(jìn)行針對排出流的監(jiān)測［1］。

3.1 監(jiān)測通道特點(diǎn)［2］

核電站的排出流分為氣態(tài)排出流和液態(tài)排出流2種形式。以氣態(tài)排出流監(jiān)測為例，其中包括氣溶膠、碘和惰性氣體的活性監(jiān)測，通過循環(huán)輔助裝置測量單位體積內(nèi)惰性氣體的活性以及測量在過濾器、碘收集器上沉淀物的放射性活度，來確定由煙囪排放的氣載放射性物質(zhì)的總活性。當(dāng)測量到的氣載放射性物質(zhì)活性超過二級報(bào)警閾值時(shí)自動(dòng)隔離排放系統(tǒng)向環(huán)境中的排放，起到保護(hù)環(huán)境和公眾的作用。

3.2 閾值設(shè)置

3.2.1 閾值設(shè)置原則

排出流監(jiān)測通道報(bào)警閾值設(shè)置原則的依據(jù)主要是國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其排放必須間接符合國家相關(guān)核安全法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的限值要求。

3.2.2 閾值設(shè)置方法

根據(jù)閾值設(shè)置原則，以煙囪排出流中惰性氣體監(jiān)測通道報(bào)警閾值的設(shè)置為例，閾值設(shè)置方法如下:

1)確定排出流排放時(shí)應(yīng)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)

核電站氣體放射性物質(zhì)排放所需執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)主要包括:GB 6249-1986核動(dòng)力廠環(huán)境輻射防護(hù)規(guī)定、GB 14317-1993核熱電廠輻射防護(hù)規(guī)定及GB 18871-2002電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)。

2)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)推算出煙囪排出流排放時(shí)的氣載放射性物質(zhì)活度

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的排放限值或?qū)娝聞┝肯拗?，結(jié)合排放量和排放時(shí)間等參數(shù)，可推算出煙囪排出流排放時(shí)的氣載放射性物質(zhì)的活度限值。

3)閾值設(shè)置

根據(jù)以上煙囪排出流排放時(shí)的氣載放射性物質(zhì)活度限值，確定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的上限所對應(yīng)的氣載放射性物質(zhì)活度為二級報(bào)警閾值，在核電站正常運(yùn)行實(shí)測值與二級報(bào)警閾值之間選取合理的值作為一級報(bào)警閾值。

4 結(jié)語

隨著國家大力發(fā)展核電的大趨勢以及核電國產(chǎn)化的逐步推進(jìn)，核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測通道報(bào)警閾值作為關(guān)系到核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)必須受到足夠的重視。這其中每個(gè)通道的報(bào)警閾值都需根據(jù)核電站的設(shè)計(jì)布置、放射性物質(zhì)源項(xiàng)、監(jiān)測通道自身特點(diǎn)以及國家相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行專項(xiàng)研究，研究出合理的閾值設(shè)置方法。本文根據(jù)核電站工藝系統(tǒng)監(jiān)測通道、區(qū)域輻射監(jiān)測通道、排出流監(jiān)測通道各自的特點(diǎn)，對各監(jiān)測通道報(bào)警閾值的設(shè)置方法作了初步的定性研究;同時(shí)選取各監(jiān)測通道中典型的監(jiān)測對象，確定了報(bào)警閾值設(shè)計(jì)方法。

［1］凌球，郭蘭英，等.核電站輻射測量技術(shù)［M］.北京:原子能出版社，2001.94 －168.

［2］廖紅彪.輻射監(jiān)測系統(tǒng)KRT培訓(xùn)教材［M］.廣東:嶺澳核電站保健物理處，2001.3 －16.