移動(dòng)式屏蔽檢查熱室輻射防護(hù)解決方案

張志鵬 茍家元 孫 宇 劉艷芳 吳 耀 黃 聰 金 濤

（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院 四川省退役治理工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610005）

熱室是一種進(jìn)行高放射性試驗(yàn)和操作的屏蔽小室，在乏燃料檢查、材料輻照性能確認(rèn)、放射化學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的熱室通常都固定在核設(shè)施建筑體內(nèi)，由很厚的重混凝土墻包裹，以防護(hù)γ 放射性。傳統(tǒng)的熱室要實(shí)現(xiàn)功能，強(qiáng)放射性物項(xiàng)必須遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)運(yùn)至熱室專用接收孔道內(nèi)。考慮強(qiáng)放射性物項(xiàng)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)睦щy性，傳統(tǒng)固定式熱室在事故應(yīng)急、就近快速測量等情況下存在機(jī)動(dòng)、靈活性不足問題。為解決機(jī)動(dòng)、靈活性不足的問題，中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院研發(fā)設(shè)計(jì)了移動(dòng)式屏蔽檢查熱室。該移動(dòng)屏蔽檢查熱室可模塊化地拆卸、運(yùn)輸?shù)叫枰牡攸c(diǎn)，進(jìn)行快速組裝實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)強(qiáng)放射性物項(xiàng)的檢查，具備較好的靈活性和機(jī)動(dòng)性。

傳統(tǒng)的固定式熱室本身在核設(shè)施建筑體內(nèi)，位置不移動(dòng)，環(huán)境也基本不變化，其輻射分區(qū)、排放控制、輻射監(jiān)測等輻射防護(hù)方案可直接沿用標(biāo)準(zhǔn)成熟的核設(shè)施輻射防護(hù)體系，而相關(guān)體系已非常成熟。但新的移動(dòng)式熱室由于具備了靈活性和機(jī)動(dòng)性，其輻射防護(hù)工作的實(shí)施和落實(shí)產(chǎn)生了一系列新的問題，如：怎么配套實(shí)現(xiàn)靈活分區(qū)管理；如何對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)輻射監(jiān)測；廢物管理如何實(shí)現(xiàn)等。為解決相關(guān)問題，踐行實(shí)現(xiàn)輻射防護(hù)的最優(yōu)化，本文在分析移動(dòng)式屏蔽檢查熱室結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及體系，對(duì)移動(dòng)熱室輻射防護(hù)解決方案進(jìn)行了研究。

1 移動(dòng)式屏蔽檢查熱室概述

移動(dòng)式屏蔽檢查熱室由基座、不銹鋼殼體、鑄鐵屏蔽模塊、窺視窗等單元模塊組成，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。其主要的輔助系統(tǒng)包括操作控制系統(tǒng)、視頻檢查系統(tǒng)、輻射監(jiān)測系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、去污系統(tǒng)、特排系統(tǒng)等。平時(shí)移動(dòng)式屏蔽檢查熱室以單元模塊的形式存放在指定位置，需要時(shí)可使用汽車或火車運(yùn)輸至相關(guān)位置，進(jìn)行組裝后實(shí)現(xiàn)對(duì)放射性物項(xiàng)的檢查。

圖1 移動(dòng)式屏蔽檢查熱室結(jié)構(gòu)示意圖

2 輻射防護(hù)劑量限制體系

輻射防護(hù)劑量限制體系是輻射防護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，以滿足并保證劑量限制體系要求為目標(biāo)，開展輻射防護(hù)系統(tǒng)細(xì)化設(shè)計(jì)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合移動(dòng)式屏蔽檢查熱室運(yùn)行實(shí)際情況，移動(dòng)式屏蔽檢查熱室輻射防護(hù)劑量限制體系的主要內(nèi)容包括：

2.1 劑量限值

按照GB18871-2002 的規(guī)定，任何工作人員連續(xù)5 年的年平均有效劑量限值為20 mSv，任何一年的有效劑量不超過50 mSv，眼晶體的年當(dāng)量劑量不超過150 mSv，四肢或皮膚的年當(dāng)量劑量不超過500 mSv[1]。

2.2 劑量約束

2.2.1 職業(yè)照射

移動(dòng)式屏蔽檢查熱室主要用于在相關(guān)核設(shè)施開展臨時(shí)性的檢查，其職業(yè)照射一方面應(yīng)符合GB18871-2002 的相關(guān)規(guī)定要求，另一方面應(yīng)滿足相關(guān)核設(shè)施職業(yè)照射個(gè)人約束值的要求。結(jié)合運(yùn)行實(shí)際和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，將移動(dòng)式屏蔽檢查熱室工作人員職業(yè)照射的個(gè)人劑量約束值定為1 mSv/月與相關(guān)核設(shè)施職業(yè)照射個(gè)人約束值中的較小值。

2.2.2 公眾照射

根據(jù)GB6249-2011 的規(guī)定，任何廠址的所有核動(dòng)力堆向環(huán)境釋放的放射性物質(zhì)對(duì)公眾中任何個(gè)人造成的有效劑量，每年必須小于0.25 mSv 的劑量約束值[2]。

2.3 放射性流出物排放控制

移動(dòng)式屏蔽檢查熱室在運(yùn)行過程中可能需排放少量氣載或液載流出物。其排放一般應(yīng)納入到相關(guān)核設(shè)施排放控制體系中進(jìn)行管理和控制。若出現(xiàn)特殊情況，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況確定排放控制水平，并上報(bào)審管部門審批認(rèn)可后執(zhí)行。

3 輻射防護(hù)解決方案考慮

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和移動(dòng)式屏蔽檢查熱室輻射防護(hù)劑量限制體系要求，開展移動(dòng)式屏蔽檢查熱室輻射防護(hù)解決方案設(shè)計(jì)，從源項(xiàng)及屏蔽、通排風(fēng)、輻射分區(qū)及管理、輻射監(jiān)測、事故處理等要素進(jìn)行相關(guān)細(xì)化考慮。

3.1 源項(xiàng)及屏蔽

移動(dòng)式屏蔽檢查熱室主要通過鑄鐵屏蔽模塊、窺視窗（外形結(jié)構(gòu)參見圖2）實(shí)現(xiàn)防護(hù)屏蔽。為減少人員受照，保障工作人員在移動(dòng)熱室外較長時(shí)間停留、操作過程中的輻射安全，設(shè)計(jì)保證移動(dòng)式屏蔽檢查熱室外的輻射防護(hù)分區(qū)滿足控制Ⅰ區(qū)輻射水平（≤7.5 μSv/h）[3]。為達(dá)到該設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過MCNP 程序建模開展屏蔽計(jì)算設(shè)計(jì)。參見圖3，以預(yù)計(jì)最大處理源項(xiàng)下保證c 點(diǎn)和b 的輻射水平均≤7.5μSv/h 且有1.5 倍保守余量進(jìn)行屏蔽計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確認(rèn)屏蔽模塊的最小厚度為 和窺視窗的最小厚度。

圖2 鑄鐵屏蔽模塊、窺視窗示意圖

圖3 移動(dòng)式屏蔽檢查熱室MCNP 屏蔽計(jì)算模型圖

3.2 通排風(fēng)設(shè)計(jì)

根據(jù)輻射防護(hù)的要求，屏蔽檢查熱室在使用期間需要保證內(nèi)部負(fù)壓。配套設(shè)計(jì)通排風(fēng)系統(tǒng)：屏蔽檢查熱室進(jìn)風(fēng)采用自然進(jìn)風(fēng)，前端安裝中效過濾器過濾氣體雜質(zhì)。后端設(shè)計(jì)配套排風(fēng)風(fēng)機(jī)，保證內(nèi)部負(fù)壓。同時(shí)，對(duì)移動(dòng)式屏蔽檢查熱室指定的幾處使用場所進(jìn)行排風(fēng)接口改造，通過臨時(shí)連接的風(fēng)管和閥門切換實(shí)現(xiàn)對(duì)接，由配套場所的排風(fēng)過濾系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)排風(fēng)過濾。此外，配套移動(dòng)式中效和高效過濾裝置，根據(jù)需要接通并開啟，保證氣載放射性流出物經(jīng)過有效處理。

3.3 輻射監(jiān)測系統(tǒng)

為保護(hù)人員、環(huán)境的輻射安全，針對(duì)性開展輻射監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，配套輻射監(jiān)測包括個(gè)人劑量監(jiān)測、工作場所監(jiān)測、流出物監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測等。

個(gè)人劑量監(jiān)測包括放射性工作人員的職業(yè)性外照射監(jiān)測和內(nèi)照射監(jiān)測。外照射監(jiān)測采用熱釋光個(gè)人劑量計(jì)完成；內(nèi)照射個(gè)人劑量監(jiān)測采用人體計(jì)數(shù)器測量系統(tǒng)完成。

工作場所監(jiān)測包括屏蔽檢查裝置內(nèi)和工作場所的γ 輻射水平監(jiān)測、工作場所空氣污染監(jiān)測，以及工作場所墻面、地面、設(shè)備表面、工作服和工作人員的體表污染監(jiān)測。設(shè)置電離室探測器、GM管探測器、便攜式污染測量儀等儀器設(shè)備。電離室探測器量程寬、耐輻照，用于測量熱室內(nèi)γ 輻射水平；GM管探測器用于工作場所的輻射水平測量；便攜式表面污染測量儀用于測量工作場所的墻面、地面、設(shè)備表面、工具、工作服、人體表面的污染，測量結(jié)果用于指導(dǎo)去污、改善管理等。

流出物包括液態(tài)流出物和氣載流出物。設(shè)置氣載流出物監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)由氣載流出物取樣系統(tǒng)、氣溶膠連續(xù)監(jiān)測儀、惰性氣體連續(xù)監(jiān)測儀等組成（原理示意見圖4）。惰性氣體連續(xù)監(jiān)測儀、氣溶膠連續(xù)監(jiān)測儀均為帶移動(dòng)輪的可移動(dòng)式設(shè)備，用于連續(xù)監(jiān)測氣載流出物中惰性氣體/氣溶膠的活度濃度。氣載流出物取樣系統(tǒng)作為連續(xù)監(jiān)測功能的補(bǔ)充，可實(shí)現(xiàn)氣載流出物中氣溶膠和碘的取樣。取樣系統(tǒng)是一套非標(biāo)設(shè)備，便攜可移動(dòng)，具有累積流量停泵、定時(shí)停泵功能，取樣流量全量程可調(diào)。此外，取樣系統(tǒng)提供相關(guān)配套的快速接頭和儀表測量管延長管，可實(shí)現(xiàn)與移動(dòng)熱室氣載流出物監(jiān)測進(jìn)出口、惰性氣體連續(xù)監(jiān)測儀、氣溶膠連續(xù)監(jiān)測儀的快速連接，從而構(gòu)成一套較全面的可移動(dòng)式氣載流出物監(jiān)測系統(tǒng)。移動(dòng)式屏蔽檢查熱室產(chǎn)生的放射性廢液計(jì)劃統(tǒng)一收集后，視情況由現(xiàn)場廢水處理系統(tǒng)或轉(zhuǎn)運(yùn)處理，處理或轉(zhuǎn)運(yùn)前進(jìn)行取樣后實(shí)驗(yàn)室分析測量。由于廢液量較少且無單獨(dú)的液態(tài)流出物排出，故不專設(shè)相應(yīng)的連續(xù)監(jiān)測設(shè)備。

圖4 氣載流出物監(jiān)測系統(tǒng)原理示意圖

移動(dòng)式屏蔽檢查熱室配套輻射監(jiān)測設(shè)備均設(shè)計(jì)采用卡套、快換接頭等易快速拆卸、安裝的接口，同時(shí)配套運(yùn)輸包裝箱，實(shí)現(xiàn)方便快捷地拆卸、安裝及運(yùn)輸。

3.4 污染控制

在移動(dòng)式屏蔽檢查熱室熱運(yùn)行之后，不可避免地會(huì)產(chǎn)生放射性物質(zhì)溢出或放射性活化，在移動(dòng)式熱室拆裝過程中，這些物質(zhì)將大大增加人員受照劑量，影響輻射防護(hù)工作開展。因此，一方面配套專用去污設(shè)備，包括：配置一套用于移動(dòng)式屏蔽檢查熱室去污的便攜設(shè)備；配套一套工業(yè)吸污機(jī)，用于吸除移動(dòng)熱室殼體內(nèi)的微小放射性廢物及粉塵；此外，移動(dòng)熱室內(nèi)部機(jī)械手也可以夾持相關(guān)工具進(jìn)行去污操作。另一方面，移動(dòng)式屏蔽檢查熱室里層為可拆卸不銹鋼殼體，根據(jù)需要可對(duì)污染嚴(yán)重的不銹鋼殼體進(jìn)行模塊化更換。

3.5 輻射分區(qū)及管理

根據(jù)移動(dòng)式屏蔽檢查熱室現(xiàn)場情況，建立臨時(shí)控制區(qū)（參見圖5），進(jìn)行臨時(shí)分區(qū)管理：

3.5.1 在移動(dòng)式屏蔽檢查熱室組裝的同時(shí)，采用實(shí)體隔離警示帶在相關(guān)操作邊界建立臨時(shí)控制區(qū)；

3.5.2 控制區(qū)各個(gè)邊界合適位置設(shè)置明顯的電離輻射警示標(biāo)識(shí)；

圖5 臨時(shí)控制區(qū)參考示意圖

3.5.3 建立臨時(shí)衛(wèi)生管理措施和制度：在臨時(shí)控制區(qū)適當(dāng)位置預(yù)留唯一開口，作為臨時(shí)通道門，人員必須從臨時(shí)通道門進(jìn)入。臨時(shí)通道門附 近設(shè)置輻射防護(hù)用品發(fā)放點(diǎn)和廢物收集點(diǎn)。人員進(jìn)入臨時(shí)通道門必須按規(guī)定領(lǐng)用并穿戴好防護(hù)用品，出臨時(shí)通道門需經(jīng)過必要的表面污染測量并按規(guī)定分類處理好相關(guān)廢物。

3.5.4 若有放射性物項(xiàng)進(jìn)出移動(dòng)式屏蔽檢查熱室需求，臨時(shí)移開隔離警示帶，建立物流通道，物項(xiàng)進(jìn)出過程中無關(guān)人員撤離，并注意監(jiān)測和防護(hù)，放射性物項(xiàng)運(yùn)離后，恢復(fù)臨時(shí)分區(qū)。

3.5.5 應(yīng)定期開展臨時(shí)控制區(qū)及其附近區(qū)域的輻射監(jiān)測工作，對(duì)發(fā)現(xiàn)的污染區(qū)域進(jìn)行及時(shí)去污，確保移動(dòng)式屏蔽檢查熱室運(yùn)行不造成污染擴(kuò)散。

3.6 事故處理

移動(dòng)式屏蔽檢查熱室可能出現(xiàn)的主要事故工況為強(qiáng)放射源轉(zhuǎn)運(yùn)過程中跌落或卡住。為保證事故工況相關(guān)人員能合理有效地開展處置工作，基于輻射防護(hù)考慮，要求建立事故應(yīng)急預(yù)案，預(yù)案應(yīng)從各方面充分保證“事故工況下的劑量水平不超標(biāo)”。事故應(yīng)急預(yù)案建立后，應(yīng)進(jìn)行必要地應(yīng)急培訓(xùn)和演練。

3.7 廢物管理

移動(dòng)式屏蔽檢查熱室組裝、運(yùn)行過程中可能產(chǎn)生放射性廢物。廢物應(yīng)統(tǒng)一收集，避免擴(kuò)散。固體和液體放射性廢物首先應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一收集，收集的廢物應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場核設(shè)施相關(guān)的廢物管理規(guī)定和流程，在業(yè)主的配合下進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)和處理；若出現(xiàn)特殊情況，移動(dòng)式屏蔽檢查熱室運(yùn)行區(qū)域確實(shí)無法進(jìn)行廢物處理的，應(yīng)及時(shí)上報(bào)，根據(jù)上級(jí)管理部門的指示對(duì)收集廢物進(jìn)行存放和轉(zhuǎn)運(yùn)等工作。氣載流出物通過通排風(fēng)系統(tǒng)的過濾裝置過濾處理，并通過氣載流出物監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保受控排放。

3.8 其它輻射防護(hù)措施考慮

移動(dòng)式屏蔽檢查熱室存在運(yùn)行、拆除、安裝、運(yùn)輸4 種不同的工況，上文描述的輻射防護(hù)內(nèi)容主要針對(duì)運(yùn)行工況。針對(duì)其它相關(guān)工況，主要有以下輻射防護(hù)考慮：

3.8.1 輻射防護(hù)體系和措施應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際和設(shè)施運(yùn)行情況，根據(jù)合理、可行、盡量低的原則進(jìn)行不斷優(yōu)化和完善；

3.8.2 無論何種工況，應(yīng)確保人員的輻射防護(hù)用品配備并穿戴到位，輻射水平、表面污染、個(gè)人劑量等現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備到位，根據(jù)輻射監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)果，采用靈活、合理、有效地輻射防護(hù)措施，保障人員、設(shè)備、環(huán)境的輻射安全；

3.8.3 移動(dòng)式屏蔽檢查熱室拆除前應(yīng)確保熱室內(nèi)部已經(jīng)過反復(fù)去污，輻射水平在盡量低的水平；

3.8.4 在移動(dòng)式屏蔽檢查熱室拆除、安裝或其它劑量較高操作過程中，應(yīng)注意采取加強(qiáng)人員培訓(xùn)提高熟練程度、配套遠(yuǎn)程操作工具、完善并穿戴號(hào)勞保防護(hù)用品、合理分配人員劑量等多種劑量控制手段，減少人員受照劑量；

3.8.5 移動(dòng)式屏蔽檢查熱室的運(yùn)輸工作應(yīng)按照相關(guān)放射性物項(xiàng)運(yùn)輸、管理的要求嚴(yán)格執(zhí)行。

3.9 輻射防護(hù)人員配置考慮

根據(jù)移動(dòng)式屏蔽檢查熱室實(shí)際情況以及輻射防護(hù)與監(jiān)測的工作量，建議移動(dòng)式屏蔽檢查熱室運(yùn)行期間至少配備兩名輻射防護(hù)人員。相關(guān)人員的工作內(nèi)容參見表1。

表1 輻射防護(hù)人員考慮

4 結(jié)論

針對(duì)移動(dòng)式屏蔽檢查熱室輻射防護(hù)工作中的一系列問題，本文在參考現(xiàn)有核設(shè)施輻射防護(hù)體系建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，梳理了移動(dòng)式屏蔽檢查熱室輻射防護(hù)劑量限制體系，開展移動(dòng)式屏蔽檢查熱室輻射防護(hù)解決方案設(shè)計(jì)，從源項(xiàng)及屏蔽、通排風(fēng)、輻射分區(qū)及管理、輻射監(jiān)測、事故處理等要素進(jìn)行相關(guān)細(xì)化考慮。相關(guān)成果和經(jīng)驗(yàn)不僅僅適用于移動(dòng)式熱室的輻射防護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)在類似移動(dòng)涉核設(shè)施輻射防護(hù)體系建立方面有一定的推廣和借鑒價(jià)值。