三門核電放射性氣溶膠內(nèi)照射防護(hù)

張紅敏

(三門核電有限公司， 浙江 三門， 317112)

0 引言

壓水堆核電廠氣載放射性物質(zhì)主要包括放射性氣溶膠、放射性碘和放射性惰性氣體。放射性氣溶膠在核電廠正常運(yùn)行、停堆及退役的整個(gè)過程中都會(huì)產(chǎn)生，是造成核電廠工作人員內(nèi)照射危害的主要來源[1]。

1 核電廠放射性氣溶膠及其來源

放射性氣溶膠分為天然放射性氣溶膠和人工放射性氣溶膠。核電廠在正常運(yùn)行，反應(yīng)堆一回路邊界無泄漏時(shí)，內(nèi)部大氣環(huán)境中的放射性氣溶膠是由氡、釷子體組成的天然放射性氣溶膠[2]。它的濃度取決于廠房?jī)?nèi)部材料，通常濃度很低且處于平衡狀態(tài)。

核電廠在進(jìn)行一回路開口作業(yè)或發(fā)生一回路泄露事故時(shí)，冷卻劑揮發(fā)后，在管道、設(shè)備上留下沉積的放射性顆粒或者放射性活化的浮塵，經(jīng)過氣流的吹掃后進(jìn)入空氣中，或者它們的帶電粒子吸附到空氣中的氣溶膠微粒上，形成放射性氣溶膠[3]，這是核電廠中放射性氣溶膠的主要來源。此外，對(duì)放射性物品進(jìn)行機(jī)加工(如打磨、焊接等)，也會(huì)產(chǎn)生放射性氣溶膠。

總之，核電廠放射性氣溶膠主要源自堆芯及一回路管道中各種裂變子體及其衰變子體、以及各類腐蝕活化產(chǎn)物。根據(jù)《三門核電一期工程1&2號(hào)機(jī)組最終安全分析報(bào)告》[4]中給出的輻射控制區(qū)內(nèi)氣載放射性核素種類，以20 mSv年劑量限值導(dǎo)出的三門核電輻射控制區(qū)內(nèi)部分氣載放射性核素吸入年攝入量限值及其導(dǎo)出空氣濃度(DAC)列于表1。

出于安全考慮，三門核電在潛在污染核素51Cr、54Mn、60Co、110mAg、124Sb、131I、133I、134Cs、137Cs等中選擇毒性最大的60Co作為放射性氣溶膠的參考核素。因此，對(duì)于未知核素的放射性氣溶膠，基于保守決策并取整：

1DAC未知核素=300 Bq/m3

(1)

這個(gè)數(shù)據(jù)用于場(chǎng)所放射性氣溶膠活度濃度水平的初步判斷(詳見2.2節(jié))。

2 三門核電放射性氣溶膠調(diào)查及評(píng)估

為了解控制區(qū)內(nèi)放射性氣溶膠的狀況和潛在危害，在1、2號(hào)機(jī)組裝料后，需對(duì)控制區(qū)可能存在放射性氣溶膠的場(chǎng)所進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這種是常規(guī)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，對(duì)于一回路相關(guān)系統(tǒng)開口作業(yè)，切割、打磨放射性零部件等作業(yè)，操作大量放射性物質(zhì)的場(chǎng)地以及存在潛在嚴(yán)重空氣污染的工作場(chǎng)所，也需對(duì)放射性氣溶膠進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這種是任務(wù)相關(guān)監(jiān)測(cè)。

2.1 放射性氣溶膠監(jiān)測(cè)

常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要針對(duì)控制區(qū)內(nèi)存在潛在放射性氣溶膠污染風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域，如污染區(qū)域或存在地坑的房間/區(qū)域。計(jì)劃在1、2號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行期間對(duì)一回路取樣間、軌道小車間/過濾器存放間、廢液監(jiān)測(cè)箱C房間、除鹽床/過濾器吊裝區(qū)、燃料操作區(qū)進(jìn)行常規(guī)氣溶膠污染水平監(jiān)測(cè)。同時(shí)，大修期間，在進(jìn)行放射性開口作業(yè)，打磨切割放射性相關(guān)材料等工作時(shí)，也進(jìn)行放射性氣溶膠監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)的方法為取樣監(jiān)測(cè)和連續(xù)監(jiān)測(cè)。取樣監(jiān)測(cè)適用于常規(guī)監(jiān)測(cè)，使用取樣器，在不同的運(yùn)行階段進(jìn)行區(qū)域取樣監(jiān)測(cè)。連續(xù)監(jiān)測(cè)適用于空氣污染水平較高且有可能發(fā)生急劇變化的場(chǎng)所或工作區(qū)域。

表1 三門核電輻射控制區(qū)部分放射性核素 吸入年攝入量限值及其導(dǎo)出空氣濃度

1) 對(duì)于未知粒徑的核素，默認(rèn)粒徑為5 μm。

2.2 放射性氣溶膠水平及攝入量評(píng)估

在進(jìn)行工作場(chǎng)所放射性氣溶膠評(píng)估時(shí)，首先需要進(jìn)行場(chǎng)所篩查評(píng)估，對(duì)工作場(chǎng)所進(jìn)行取樣，使用便攜式表面污染監(jiān)測(cè)儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量來初步確定工作場(chǎng)所氣溶膠的污染水平。

對(duì)于CoMo170進(jìn)行的場(chǎng)所篩查，使用式(2)進(jìn)行氣溶膠濃度估算：

式中，n為CoMo170的凈計(jì)數(shù)率，s-1；170為CoMo170的探測(cè)器面積，cm2；Rβ為CoMo170的表面活度響應(yīng)因子，cm2/(s·Bq)；V為取樣體積，m3；Cp為氣溶膠的采集效率；300為1DAC參考核素60Co的活度濃度，Bq/m3。

參照核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《壓水堆核動(dòng)力廠廠內(nèi)輻射分區(qū)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》[5]，設(shè)定如表2所列的標(biāo)準(zhǔn)，定性的描述工作現(xiàn)場(chǎng)氣溶膠污染水平。

表2 放射性氣溶膠濃度對(duì)應(yīng)的污染水平

當(dāng)估算結(jié)果小于0.1?DAC時(shí)，認(rèn)為不存在空氣污染；當(dāng)估算結(jié)果為0.1?DAC～0.3?DAC時(shí)，需進(jìn)行調(diào)查；當(dāng)估算結(jié)果大于0.3?DAC時(shí)，需α、β計(jì)數(shù)器進(jìn)行確認(rèn)，當(dāng)結(jié)果仍大于0.3?DAC時(shí)須使用γ譜儀進(jìn)行核素分析，并對(duì)工作人員進(jìn)行攝入量評(píng)估。設(shè)定0.3?DAC的依據(jù)是輻射控制區(qū)(工作人員在此區(qū)域工作一年所接受到的劑量可能會(huì)超過5 mSv )要求，在0.3?DAC的區(qū)域工作1 a，所接受到的內(nèi)照射劑量為6 mSv，這同時(shí)也是對(duì)標(biāo)Vogtle電站得到的。核素分析對(duì)于半衰期較小(如<30 min)的核素，不用考慮防護(hù)，對(duì)于半衰期較大且毒性較大的核素，應(yīng)根據(jù)γ譜的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

3 放射性氣溶膠內(nèi)照射防護(hù)

AP1000機(jī)組在設(shè)計(jì)上已經(jīng)考慮了氣載放射性核素的最小化，正常運(yùn)行時(shí)限制了控制區(qū)內(nèi)人員受照的平均和最大的氣載放射性水平在規(guī)定的限值內(nèi)[4]。并且提供了HVAC系統(tǒng)(加熱、通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng))對(duì)廠房空氣進(jìn)行通風(fēng)及凈化以限制廠址邊界放射性氣溶膠的排放在可接受的水平。在三門核電一期工程1&2號(hào)機(jī)組最終安全分析報(bào)告中，依據(jù)一定的假設(shè)(0.25%燃料破損率)和其他參數(shù)，計(jì)算出安全殼廠房氣溶膠最大活度濃度(正常凈化)為444 Bq/m3，輔助廠房氣溶膠活度濃度為777 Bq/m3。在此基礎(chǔ)上，三門核電還采取了以下措施。

3.1 工作過程控制

輻射防護(hù)人員全程參與電廠工作計(jì)劃的制定與實(shí)施。對(duì)于氣溶膠內(nèi)照射高風(fēng)險(xiǎn)的工作，在對(duì)工作進(jìn)行計(jì)劃、準(zhǔn)備、實(shí)施和反饋的整個(gè)過程中，輻射防護(hù)人員須全面跟蹤和管理。把工作項(xiàng)目的篩選、維修方案制定、程序文件準(zhǔn)備、計(jì)劃、現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備與防護(hù)措施相結(jié)合，使輻射防護(hù)充分融入其中。具體實(shí)施可以分為4個(gè)階段：

(1) 工作策劃

在篩選工作時(shí)，應(yīng)取消一些不是必須的開口作業(yè)，對(duì)于設(shè)備的預(yù)防性維修，應(yīng)該根據(jù)設(shè)備實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)、趨勢(shì)及相關(guān)參數(shù)來決定。在安排計(jì)劃時(shí)，盡量將工作安排在放射性氣溶膠水平不高的時(shí)候做。對(duì)于設(shè)備維修作業(yè)，盡量將設(shè)備轉(zhuǎn)移到放射性氣溶膠濃度較低的地方進(jìn)行。在設(shè)定工作班組人數(shù)時(shí)，盡量設(shè)置能完成工作所需的最少人數(shù)。在工作時(shí)間安排上，應(yīng)盡量緊湊。在對(duì)輻射工作進(jìn)行分級(jí)時(shí)，當(dāng)工作場(chǎng)所放射性氣溶膠水平較高時(shí)，應(yīng)考慮升級(jí)。

(2) 工作準(zhǔn)備

工作準(zhǔn)備包括場(chǎng)地準(zhǔn)備、器材工具準(zhǔn)備、文件準(zhǔn)備、人員準(zhǔn)備等。

場(chǎng)地準(zhǔn)備包括檢查壓縮空氣和儀表空氣系統(tǒng)(CAS)與氣體分配器是否可用，搭設(shè)屏蔽、腳手架，建立污染隔離區(qū)等。當(dāng)工作現(xiàn)場(chǎng)氣溶膠污染水平大于1?DAC時(shí)，應(yīng)提前進(jìn)行掃氣，加大局部通風(fēng)等。對(duì)于開口作業(yè)容易產(chǎn)生大量放射性氣溶膠，有較高內(nèi)照射風(fēng)險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)域，還需建立空氣污染隔離區(qū)。建議在工作場(chǎng)所內(nèi)存在高于50?DAC的放射性氣溶膠污染，或預(yù)計(jì)工作過程中會(huì)造成高水平的放射性氣溶膠污染的情況時(shí)建立空氣污染隔離區(qū)?？諝馕廴靖綦x區(qū)分為靜態(tài)封閉空間和動(dòng)態(tài)封閉空間。對(duì)于放射性閥門的解體檢修，當(dāng)管徑≥6 英寸時(shí)應(yīng)嚴(yán)格在檢修場(chǎng)地建立污染隔離區(qū)，搭建靜態(tài)封閉空間；當(dāng)管徑≥3 英寸時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要建立動(dòng)態(tài)封閉空間；當(dāng)管徑<3 英寸時(shí)，可通過系統(tǒng)隔離、疏水收集等措施防止污染擴(kuò)散，可以不布置場(chǎng)地。

器材工具準(zhǔn)備包括物資準(zhǔn)備、儀表工具準(zhǔn)備等。人員準(zhǔn)備的關(guān)鍵是培訓(xùn)。

(3) 工作實(shí)施

工作實(shí)施過程中，應(yīng)對(duì)工作人員進(jìn)行攝入量評(píng)估并嚴(yán)格限制工作時(shí)間，必要時(shí)采取人員輪換等措施。此外，對(duì)于裝卸料、開蓋、抽出指套管等氣溶膠內(nèi)照射高風(fēng)險(xiǎn)的作業(yè)，建議在工作場(chǎng)所放置移動(dòng)式氣溶膠連續(xù)監(jiān)測(cè)儀，對(duì)工作過程中的氣溶膠進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，最后，對(duì)于放射性氣溶膠濃度>10DAC的工作場(chǎng)所，按照《壓水堆核動(dòng)力廠廠內(nèi)輻射分區(qū)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》[5]要求，該區(qū)域應(yīng)按照橙紅區(qū)管理，原則上應(yīng)對(duì)該區(qū)域房間進(jìn)行上鎖，防止無關(guān)人員誤入。

(4) 工作結(jié)束

工作結(jié)束階段包括防護(hù)用品脫除、污染隔離區(qū)拆除、放射性廢物分類收集、去污等工作，這些工作也應(yīng)注意氣溶膠污染防護(hù)。工作完成之后，輻射防護(hù)人員應(yīng)協(xié)同其他處室或單位進(jìn)行工作總結(jié)，查找工作中存在的不足并形成經(jīng)驗(yàn)反饋以待改進(jìn)。

3.2 工作人員防護(hù)

工作人員防護(hù)主要是佩戴呼吸保護(hù)設(shè)備來限制放射性氣溶膠的吸入風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)根據(jù)工作區(qū)域放射性氣溶膠的水平提出相應(yīng)的呼吸保護(hù)設(shè)備的使用建議。

呼吸保護(hù)設(shè)備主要分為過濾式和供氣式兩類，過濾式的包括全面罩和半面罩，供氣式的包括自給式空氣呼吸器、氣衣和通風(fēng)頭罩。各種呼吸保護(hù)設(shè)備的使用條件列于表3。

可根據(jù)實(shí)際工作中的空氣污染程度、現(xiàn)場(chǎng)工作條件、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)短適當(dāng)調(diào)整呼吸保護(hù)設(shè)備的使用。

3.3 攝入防護(hù)

內(nèi)照射采用全身計(jì)數(shù)器(WBC)對(duì)輻射工作人員直接進(jìn)行測(cè)量，監(jiān)測(cè)類型為體內(nèi)發(fā)射γ射線的放射性核素。內(nèi)照射監(jiān)測(cè)采用的全身計(jì)數(shù)器型號(hào)為ORTEC Stand Fast II，關(guān)注核素有：51Cr、54Mn、59Fe、60Co、65Zn、95Zr、95Nb、131I、133I、134Cs、137Cs、140Ba等腐蝕活化產(chǎn)物和裂變產(chǎn)物，核電站常規(guī)輻射工作人員一年進(jìn)行一次WBC測(cè)量，如果當(dāng)年有大修，則只需要在大修前后分別進(jìn)行一次測(cè)量。輻射工作人員在入廠(包含首次從事輻射工作)和離廠也需要進(jìn)行WBC測(cè)量，任何人懷疑自己或者被懷疑有內(nèi)照射攝入，均可以進(jìn)行WBC測(cè)量，以此保證內(nèi)照射篩查覆蓋所有輻射工作人員。內(nèi)照射異常的情況下，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)程序要求進(jìn)行待積有效劑量估算，如攝入量超過電站干預(yù)水平(12 mSv/a)，三門核電將委托有資質(zhì)單位進(jìn)行生物樣品分析和醫(yī)學(xué)干預(yù)。

表3 呼吸保護(hù)設(shè)備及其使用條件

1) 對(duì)于存在碘的情況下，該值為使用碘盒之后的值。

4 其他

(1) 提供呼吸保護(hù)初始培訓(xùn)和每年復(fù)訓(xùn)。

建議電廠針對(duì)輻射工作人員開展呼吸保護(hù)初始培訓(xùn)，并每年進(jìn)行復(fù)訓(xùn)，確保輻射工作人員掌握各個(gè)呼吸保護(hù)設(shè)備及其穿戴要求。

(2)尋找區(qū)域放射性氣溶膠濃度增大的原因并響應(yīng)。

若調(diào)查發(fā)現(xiàn)控制區(qū)內(nèi)某個(gè)房間或區(qū)域的放射性氣溶膠濃度突然增大，應(yīng)尋找原因，查找是否有破口或泄露等，并盡量去除。

(3) 實(shí)施降低源項(xiàng)的措施，從源頭減小放射性氣溶膠的釋放量。

降低一回路冷卻劑內(nèi)放射性物質(zhì)的含量，可以有效減小釋放出來的放射性氣溶膠的濃度。建議電廠尋找并實(shí)施各種源項(xiàng)降低措施，比如利用過濾器、除鹽床對(duì)冷卻劑中的放射性物質(zhì)進(jìn)行凈化等。

(4) 由于現(xiàn)場(chǎng)工作是復(fù)雜多變的，放射性氣溶膠的防護(hù)可以很靈活。應(yīng)根據(jù)不同的工作區(qū)域、工作內(nèi)容及作業(yè)對(duì)象等采取不同的防護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)具體工作具體防護(hù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

放射性氣溶膠內(nèi)照射防護(hù)是核電站輻射防護(hù)的一項(xiàng)重要任務(wù)。本文介紹了核電站放射性氣溶膠的來源，三門核電放射性氣溶膠監(jiān)測(cè)、攝入量評(píng)估、內(nèi)照射防護(hù)等工作內(nèi)容，還需在后續(xù)工作中進(jìn)一步的分析總結(jié)。