壓水堆中C-14行為探討

陳　曉（國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南　鄭州　450002）

壓水堆中C-14行為探討

陳曉
（國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南鄭州450002）

放射性核素C-14具有較長的半衰期，可以和碳在自然界中穩(wěn)定的同位素C-12、C-13經(jīng)過動植物的復雜作用進入生物圈，參與全球碳循環(huán)，C-14的性質(zhì)使得其成為核電站環(huán)境影響評價中最受關注的核素之一。本文對壓水堆中C-14的產(chǎn)生及釋放行為進行簡單探討。

壓水堆；C-14；產(chǎn)生與釋放

碳元素在自然界中有三種同位素，分別是C-12、C-13和C-14，豐度分別為98.89％、1.108％和1.2E-12，其中，C-12和C-13為穩(wěn)定核素，C-14為放射性核素，半衰期為5 730年，為純?nèi)酽路派湫?，而碳元素可?jīng)過生物圈的作用進入生物圈，因而C-14成為核電站環(huán)境影響評價中最受關注的核素之一。

壓水堆（PWR）［1］［2］是美國貝蒂斯原子能實驗室開發(fā)成功的一種輕水核反應堆。目前全世界核電站、核潛艇和核動力航空母艦等使用的反應堆中均以壓水堆為主，截至2000底，全世界有258座運行中的反應堆，占總數(shù)的64.6％。中國目前已建成的秦山核電站一二期工程、大亞灣核電站、田灣核電站、嶺澳核電站均采用壓水反應堆。壓水反應堆利用普通水作為冷卻劑和中子慢化劑。其冷卻系統(tǒng)由兩個循環(huán)回路組成。一回路連接著堆芯和二回路中的蒸汽發(fā)生器，回路內(nèi)壓強保持在15.5MPa左右，在此壓強下可將冷卻水加熱至約343℃而不沸騰。冷卻水在二回路蒸汽發(fā)生器的傳熱管中將壓強約為7.1MPa左右的二回路水加熱至沸騰，形成的水蒸氣再通過二回路送至汽輪機，推動渦輪運轉(zhuǎn)。

在壓水堆（PWR）中，C-14主要由燃料及包層、冷卻劑中所含有的O-17及N雜質(zhì)活化生成。其產(chǎn)生區(qū)域以及產(chǎn)生量［3］［4］如表1所示。

表1　PWR中不同區(qū)域C-14產(chǎn)生量及產(chǎn)生機制　單位GBq/GWe-a

a燃料中N雜質(zhì)濃度取20ppm b包層中N雜質(zhì)濃度取25ppm

壓水堆在世界被廣泛應用，因此對于C-14的釋放具有顯著的作用。C-14的釋放依賴于燃料的富集程度，燃料和慢化劑的相對量，摻雜在燃料和結構材料中的氮氣雜質(zhì)的濃度，以及燃料和慢化劑的溫度。由表1可以看出PWR中C-14的產(chǎn)生量較大部分是由于N雜質(zhì)活化生成的。

在核電站中，燃料和冷卻劑中生成的C-14在氣態(tài)和液態(tài)流出物中都含有。系統(tǒng)的泄漏使得C-14最終釋放到環(huán)境中，因此對不同路徑的C-14源項的劃分對控制措施的制定具有重要的導向作用。在圖1中簡單展示了壓水堆中C-14的流向。

圖1　壓水堆中C-14流向圖

對于反應堆冷卻劑中的C-14，大約有95％認為是可以氣態(tài)釋放的，剩下的5％成為LLW廢物。氣態(tài)釋放的典型值為185-740GBq［3］［5］。PWR燃料中的C-14仍留在燃料或結構材料中。對于固態(tài)廢物，大部分低放射性水平的C-14包括離子交換樹脂，被輻照過的硬件，蒸發(fā)器底部，過濾器的渣滓，過濾筒等廢物。這些固體廢物將暫存在核電站直到被運往后處理工廠。每年PWR固態(tài)廢物的C-14量［3］分別為70 GBq/Gwe-a。

本文簡單地分析了壓水堆中C-14的產(chǎn)生及釋放行為，但C-14的釋放水平還與具體的反應堆功率設計等相關，因此，C-14的釋放水平需根據(jù)具體的設計作出進一步分析。

［1］W里西.核電廠［M］.北京：原子能出版社，1996.

［2］連培生.原子能工業(yè)［M］.北京：原子能出版社，2002.

［3］Man-Sung Yim，F(xiàn)rancois Caron.Life cycle and management of carbon-14 from nuclear power generation，Progress in Nuclear Energy，2006，48：2-26.

［4］Vance，JN.Characterization of Carbon-14 generated by the Nuclear Power industry.EPRI TR-105715.

［5］IAEA.Management of waste containing tritium and carbon-14.Technical reports series No.421，2004.

C-14 Production and Release Behaviour in PWR

Chen Xiao
（Patent Examination Cooperation Henan Center of the Patent Office，SIPO，Zhengzhou Henan 450002）

Carbon-14 has a long half-life.It can enter the biosphere with the stable isotope，carbon-12 and carbon-13，by the complex role of fauna and flora.It move in the world，leading to global diffusion.The features of Carbon-14 makes itself one of the concerned nuclides in the environmental assessment of nuclear plower plants.This paper discusses Carbon-14 production and release behavior in PWR.

PWR；Carbon-14；production and release

2016年河南省各省轄市專利申請量統(tǒng)計表（5月）

2016年河南省各省轄市專利授權量統(tǒng)計表（5月）

TM623.7

A

1003-5168（2016）05-0092-02

2016-5-20

陳曉（1984-），女，碩士，審查員，研究方向：核物理領域發(fā)明專利申請審查。