101堆乏燃料組件外運(yùn)的輻射監(jiān)測(cè)

張會(huì)軍　聶鵬　邱文蘋

摘 要：該文介紹了101重水研究堆乏燃料外運(yùn)前，需要進(jìn)行的待運(yùn)乏燃料組件選擇，乏燃料組件看號(hào)翻轉(zhuǎn)后裝入吊籃，吊籃裝入運(yùn)輸容器，乏燃料組件包殼破損檢驗(yàn)等重水研究堆乏燃料吊裝、外運(yùn)前的輻射監(jiān)測(cè)工作。在確保組件無(wú)破損無(wú)泄漏，運(yùn)輸容器的表面污染和劑量率水平符合國(guó)家運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)（GB11806-2004）后方可運(yùn)輸。由于乏燃料中含有大量的放射性物質(zhì)，具有很強(qiáng)的放射性，所以在整個(gè)乏燃料吊裝過程中，進(jìn)行嚴(yán)密的輻射防護(hù)監(jiān)測(cè)，確保工作人員的輻射安全和環(huán)境安全，是非常重要的。

關(guān)鍵詞：乏燃料組件 吊籃 運(yùn)輸容器 輻射防護(hù)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TL943 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）01（c）-0044-02

101重水研究堆（HWRR）是我國(guó)第一座反應(yīng)堆，1958年6月反應(yīng)堆達(dá)到臨界，9月開始投入運(yùn)行，2007年7月停止運(yùn)行，已經(jīng)運(yùn)行了近50年。在反應(yīng)堆運(yùn)行期間，產(chǎn)生了大量的乏燃料組件，從堆芯卸出的乏燃料組件暫存在101保存水池。所有的乏燃料組件最終都需要運(yùn)往并存放在蘭州404中試廠水池內(nèi)。為了保證乏燃料外運(yùn)工作的安全、按計(jì)劃實(shí)施，101堆制定了詳細(xì)的輻射防護(hù)方案，對(duì)乏燃料外運(yùn)工作全過程進(jìn)行控制，并對(duì)取得的環(huán)境劑量場(chǎng)、組件破損檢驗(yàn)、操作人員受照射劑量、容器表面劑量率等數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。通過實(shí)施輻射防護(hù)方案確保了工作的安全完成，同時(shí)驗(yàn)證了方案的有效性。

1 輻射防護(hù)方案

1.1 分區(qū)管理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)劑量率分布情況和歷史數(shù)據(jù)，將廠房（包括廠房外西側(cè)通道）區(qū)域設(shè)置為臨時(shí)監(jiān)督區(qū)或控制區(qū)，并在監(jiān)督區(qū)、控制區(qū)設(shè)置輻射標(biāo)志，禁止行人通行。

1.2 多道防護(hù)屏障

（1）佩戴個(gè)人劑量計(jì)、佩戴報(bào)警式劑量計(jì)。

現(xiàn)場(chǎng)工作人員佩戴個(gè)人劑量計(jì)、佩戴報(bào)警式劑量計(jì)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)劑量達(dá)到報(bào)警值時(shí)報(bào)警式劑量計(jì)報(bào)警提醒工作人員注意，每天工作結(jié)束后防護(hù)人員及時(shí)統(tǒng)計(jì)劑量數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)異常變化及時(shí)分析原因。

（2）設(shè)置遠(yuǎn)距離劑量?jī)x表（增加一套）。

由于乏燃料組件吊運(yùn)過程和乏燃料組件吊籃吊裝進(jìn)入運(yùn)輸容器過程屬于強(qiáng)放操作，為了解乏燃料組件吊運(yùn)和吊裝過程中吊籃表面及附近環(huán)境的γ輻射劑量率設(shè)置兩套遠(yuǎn)距離劑量?jī)x表，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、保證操作人員安全。

（3）防護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督、監(jiān)測(cè)。

防護(hù)人員在乏燃料外運(yùn)操作過程中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督、監(jiān)測(cè)以確保工作人員的輻射安全和環(huán)境安全。

（4）制定實(shí)施《重水研究堆乏燃料裝料、發(fā)運(yùn)輻射防護(hù)規(guī)程》和《重水研究堆乏燃料、發(fā)運(yùn)組件包殼破損檢驗(yàn)操作規(guī)程》。對(duì)參加操作的工作人員進(jìn)行規(guī)程培訓(xùn)和考核。

2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

2.1 工作現(xiàn)場(chǎng)3H、氣溶膠總β監(jiān)測(cè)

在乏燃料外運(yùn)操作過程中，對(duì)保存水池空氣中、101煙囪排放氣體中的3H、氣溶膠總β進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。測(cè)量結(jié)果顯示，與乏燃料外運(yùn)操作前相比，沒有明顯增加。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

2.2 操作前現(xiàn)場(chǎng)γ輻射劑量分布測(cè)量

101重水研究堆的保存水池，有4個(gè)乏燃料儲(chǔ)存水池。從反應(yīng)堆卸下的乏燃料分別儲(chǔ)存在1～3號(hào)水池，4號(hào)水池為運(yùn)輸前乏燃料組件、吊籃的存放水池。乏燃料組件運(yùn)輸前的主要工作，都需要在保存水池和大廳進(jìn)行。在待運(yùn)乏燃料組件選擇和吊運(yùn)前，分別測(cè)量了保存水池蓋板上的γ輻射劑量率和4個(gè)水池中的放射性核素濃度。

2.3 待運(yùn)乏燃料組件挑選過程的輻射監(jiān)測(cè)

為了監(jiān)測(cè)乏燃料組件吊運(yùn)過程的現(xiàn)場(chǎng)劑量水平，安裝了遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)儀表，距組件位置約2 m。吊運(yùn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)工作人員和防護(hù)人員撤出西大門外15 m處，遠(yuǎn)距離監(jiān)視儀表，讀取數(shù)據(jù)。在吊運(yùn)過程中，任何人員嚴(yán)禁進(jìn)入工作現(xiàn)場(chǎng)。在燃料組件完全進(jìn)入4號(hào)水池后，運(yùn)距離劑量?jī)x表顯示工作現(xiàn)場(chǎng)的γ輻射劑量率降低到本底水平。防護(hù)人員攜帶便攜式儀表先進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量γ輻射水平，經(jīng)確認(rèn)安全后，操作人員方可進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備下一步工作。

2.4 水下抓取乏燃料組件看號(hào)翻轉(zhuǎn)后裝入吊籃過程中的輻射監(jiān)測(cè)

在整個(gè)操作過程中，抓取組件的操作對(duì)水池現(xiàn)場(chǎng)輻射水平無(wú)明顯影響，操作人員胸部劑量率為（2.3×10-2～7.4×10-2）mSv/h。

2.5 乏燃料組件吊籃吊裝進(jìn)入運(yùn)輸容器過程的輻射監(jiān)測(cè)

因?yàn)榈趸@吊裝是強(qiáng)放操作，為了保證監(jiān)測(cè)人員在吊裝出現(xiàn)異常時(shí)，能夠和工作人員一起制定出合理的解決方案，在吊籃附近臨時(shí)安裝了兩臺(tái)遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)儀表進(jìn)行測(cè)量，了解吊裝過程中吊籃表面和附近環(huán)境的γ輻射劑量率。測(cè)量距離不同，儀表量程不同，確保測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

2.6 RY-1A容器表面γ劑量率監(jiān)測(cè)和表面污染檢查

為防止運(yùn)輸容器在吊籃吊裝過程中被污水污染表面，乏燃料裝罐后對(duì)運(yùn)輸容器表面進(jìn)行了全面的擦拭去污。采用濕式擦拭法取樣，測(cè)量結(jié)果所有運(yùn)輸容器表面污染水平為（0～0.28）Bq/cm2，小于國(guó)家運(yùn)輸規(guī)定限值4 Bq/cm2，為了檢驗(yàn)乏燃料運(yùn)輸容器的表面劑量率是否滿足國(guó)家規(guī)定，使用FJ-347AX、γ劑量?jī)x測(cè)量了運(yùn)輸容器表面γ劑量率。測(cè)量結(jié)果容器表面劑量率為（0.4～7.8）×10-2 mSv/h，小于國(guó)家運(yùn)輸規(guī)定限值2 mSv/h可以運(yùn)輸。

3 組件破損監(jiān)測(cè)、分析

3.1 乏燃料工藝管冷卻套管水中的放射性核素濃度分析

選擇待運(yùn)乏燃料組件后，首先分別取工藝管冷卻套管水44 mL，使用低本底高純鍺γ能譜儀進(jìn)行了核素分析。分析結(jié)果與以前取樣測(cè)量結(jié)果相比，沒有明顯增高，可以初步認(rèn)為乏燃料組件沒有破損。

3.2 RY-1A型鉛容器內(nèi)乏燃料組件破損檢查

選擇運(yùn)輸?shù)姆θ剂辖M件需要存放在404中試廠的水池內(nèi)。乏燃料組件的破損和泄漏，將會(huì)污染乏燃料保存水池中的冷卻水，所以要求運(yùn)輸并準(zhǔn)備儲(chǔ)存的乏燃料組件無(wú)破損無(wú)泄漏。

在乏燃料中的主要放射性核素除了鈾、鎿、钚等長(zhǎng)壽命α核素外，主要的放射性核素包括90Sr、137Cs、144Ce、147Pm和85Kr等半衰期較長(zhǎng)的核素。固體的裂變產(chǎn)物取樣測(cè)量難度大，而且容易受到破損燃料組件泄漏物質(zhì)的干擾。氣體裂變產(chǎn)物85Kr是惰性氣體，半衰期為10.73 a，β-衰變時(shí)，放出0.514MeV的特征γ射線；在環(huán)境空氣中的濃度小于1 Bq/m3，在組件破損后擴(kuò)散快，易于取樣測(cè)量，所以通過測(cè)量運(yùn)輸容器中是否有85Kr來(lái)判斷乏燃料組件是否破損泄漏。檢查結(jié)果表明所有RY-1A型運(yùn)輸容器內(nèi)乏燃料組件均無(wú)破損無(wú)泄漏。

4 歷年乏燃料外運(yùn)工作人員個(gè)人劑量的比較

1995—2013年，已經(jīng)完成了7次101重水研究堆的乏燃料組件公路外運(yùn)工作。乏燃料外運(yùn)工作人員的個(gè)人劑量數(shù)據(jù)（表1）表明，2004年的集體劑量較1995年和1996年下降60%左右；經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，主要由于廢舊工藝管的處理方式不同。前兩次工作人員直接用手將劑量較強(qiáng)的工藝管折斷裝入廢物桶，受到的輻射劑量較大。2004年采用切割機(jī)切割工藝管后，工作人員的個(gè)人外照射劑量有所下降。2008—2013年采用水下抓取乏燃料組件入吊籃后，工作人員的個(gè)人外照射劑量明顯下降。

5 結(jié)語(yǔ)

在多次乏燃料外運(yùn)工作中，通過不斷改進(jìn)操作方式、修訂輻射防護(hù)方案、更新專用工器具等，大大提高了操作的安全性、穩(wěn)定性，降低人員的受照射水平，從而確保了乏燃料外運(yùn)的環(huán)境安全、燃料組件安全、人員安全、操作安全，為工作的按計(jì)劃完成做出貢獻(xiàn)。同時(shí)，驗(yàn)證了既定輻射方案和措施的有效性。

參考文獻(xiàn)

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