壓水堆機(jī)組氚的來源與控制

惠剛

摘 要

氚存于核電廠中，而最終幾乎全部都排入環(huán)境當(dāng)中，是影響環(huán)境，公眾健康的重要核素之一。氣態(tài)氚排入環(huán)境的途徑主要通過煙囪，本文介紹了氚的特性以及壓水堆機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)氚的來源及分布形式。并從氚的防護(hù)，工藝運(yùn)行控制以及排放控制等方面闡述了壓水堆機(jī)組的現(xiàn)況和存在的不足，并提出了自己的建議。

關(guān)鍵詞

氚;煙囪;來源;控制

中圖分類號： TM623 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.051

0 前言

氚是一種弱β輻射體的放射性核素，不會對人體產(chǎn)生外照射危害，然而由于較長的半衰期（12.3年）及較高的同位素交換率和氧化率，對人體組織和器官會造成內(nèi)照射危害，因此必須對其在環(huán)境中的排放進(jìn)行管理和控制。我國對核電廠運(yùn)行中排放到環(huán)境中的放射性流出物已經(jīng)有了較為完善的監(jiān)測、記錄和限值。

1 煙囪中氣態(tài)氚的主要來源的分析

1.1 對氚產(chǎn)生方式的分析

1）鈾-235的三元裂變是壓水堆電站氚的主要產(chǎn)生方式， 由于氚的滲透特性會穿過完整的燃料包殼進(jìn)入一回路。但通過包殼滲透進(jìn)入一回路冷卻劑的氚不到總產(chǎn)生量的1%。

2）調(diào)節(jié)一回路pH 的LiOH 添加劑中的殘余6Li，與熱中子發(fā)生反應(yīng)會產(chǎn)生氚。

3）用于反應(yīng)性控制的硼酸中的10B與熱中子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氚。

4）水中天然的2H與中子反應(yīng)生成的活化產(chǎn)物氚。

只要不發(fā)生大面積的泄露，后面的三種方式是氚的主要來源，壓水堆核電站的氚主要以氚化水（HTO） 的方式存在于一回路冷卻劑及相關(guān)系統(tǒng)、設(shè)備的水中，空氣中的氚主要是隨水的蒸發(fā)進(jìn)入。由于核電廠正常運(yùn)行期間大部分有放射性的系統(tǒng)都是密封的，核島控制區(qū)絕大部分區(qū)域氚的輻射風(fēng)險(xiǎn)都較低，因此可以將換料水箱、T2水、T3廢水、X4水對煙囪氣態(tài)氚的貢獻(xiàn)略去不考慮;分析后認(rèn)為乏燃料池是該機(jī)組所有廠房中含氚量最多的敞開式蓄水點(diǎn)，且蒸發(fā)量大，對氣態(tài)氚的貢獻(xiàn)可能很大，是可能引起煙囪氚比活度升高的主要原因，需要通過進(jìn)一步調(diào)查和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

因此在2014年1月至2月期間，將乏池廠房設(shè)置為調(diào)查點(diǎn)，選取1、2#乏池抽風(fēng)管道以及煙囪排出口作為代表性區(qū)域氚水平監(jiān)測的觀測點(diǎn)。

1.2 區(qū)域代表性觀測點(diǎn)氚比活度監(jiān)測水平調(diào)查

氚取樣觀測點(diǎn)一經(jīng)確定，化學(xué)處立即組織人員開展對1、2#乏池抽風(fēng)管道和煙囪排出口氚比活度監(jiān)測水平的調(diào)查。表1為2014年1月16日兩個代表性區(qū)域調(diào)查點(diǎn)的氚比活度監(jiān)測結(jié)果;根據(jù)調(diào)查結(jié)果，可以獲知僅通過乏燃料排氣排出的氚對煙囪氚總量的貢獻(xiàn)接近30%。

1.3 對乏燃料池冷卻水的蒸發(fā)量的調(diào)查

經(jīng)向運(yùn)行人員核實(shí)，獲悉乏燃料池冷卻水的蒸發(fā)量，并通過計(jì)算得出1#、2#乏池的補(bǔ)水量達(dá)85噸/月左右，以此為依據(jù)（假設(shè)補(bǔ)水全部通過煙囪排放，乏池氚比活度監(jiān)測平均水平為5.23x106Bq/L）估算氣載氚的排放量為5.34 x1012Bq，計(jì)算結(jié)果將會超過氣態(tài)氚控制值（控制值為5.00x1012Bq）。而實(shí)際情況會有所不同，乏池排氣與送往廠房排風(fēng)中心的其他核輔助廠房的空氣被混合在一起，稀釋后再排到煙囪中去，另外乏池補(bǔ)水量也是個變化量，因此估算的結(jié)果會與實(shí)際結(jié)果會有所偏離。但從中可以看出，由乏池蒸發(fā)產(chǎn)生的氚對氣態(tài)煙囪氚排放貢獻(xiàn)很大。表二為2013年11月和12月乏燃料池補(bǔ)水情況統(tǒng)計(jì)。

1.4 確定糾正措施實(shí)施方向

由于氚在壓水堆中不能被三廢系統(tǒng)有效去除且半衰期與反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)間相比極長，故其在相關(guān)系統(tǒng)中存留時(shí)間較長。反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)運(yùn)行人員需要把冷卻劑中的氚濃度控制在一定范圍內(nèi)，尤其是乏燃料池水的蒸發(fā)量，通過改變運(yùn)行方式，增加防護(hù)措施，擬定合理排放計(jì)劃等手段對氚的排放和防護(hù)進(jìn)行有效控制，以期降低操作人員攝入的有效劑量和對外排放總量。

2 乏池中氚的控制

2.1 數(shù)據(jù)采集

運(yùn)行模式調(diào)整主要是以試驗(yàn)的性質(zhì)調(diào)整乏燃料廠房的排風(fēng)量和改變乏燃料池的水溫。為了獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，先后分四個階段采取了對乏燃料廠房運(yùn)行模式的調(diào)整，并對1、2#乏池抽風(fēng)管道調(diào)查點(diǎn)的氚監(jiān)測頻度，對煙囪的氚監(jiān)測由周取樣監(jiān)測調(diào)整為每日取樣監(jiān)測并獲取了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。表三為乏燃料池運(yùn)行方式調(diào)整情況一覽表。

2.2 執(zhí)行效果

改變運(yùn)行模式后，即乏燃料池水溫和廠房排氣量調(diào)整后，煙囪氚比活度和氚排放量降低效果十分明顯，煙囪氚比活度和氚排放量變化情況如下：

2014-2-16至2014-03-02整個運(yùn)行模式調(diào)整期間，煙囪氚比活度下降了62%左右，氚周排放量降低了67%左右;

2014-1-13至2014-01-26期間，煙囪氚比活度和氚排放量下降較明顯，其中氚比活度下降了44%左右，氚排放量降低了41%左右;

2014-1-27至2014-03-02期間，煙囪氚比活度和氚排放量變化幅度不大，均維持在較低的水平，其中氚比活度基本維持在0.78Bq/L水平，氚周排放量維持在2.31x1010Bq左右。

從以上的統(tǒng)計(jì)數(shù)字可以看出，控制乏池水溫是降低煙囪氚比活度和減少氚排放量的關(guān)鍵因素，而乏燃料廠房排風(fēng)量的改變對降低煙囪氚比活度和氚排放量有一定的效果，但效果程度在后期表現(xiàn)不明顯，因此應(yīng)嚴(yán)格控制乏池水溫，并保持乏池廠房在較低的濕度下，減少乏池水的蒸發(fā)量。

2.3 存在的問題

通過改變乏燃料廠房排風(fēng)量的大小和維持乏池水溫在較低的溫度對降低電廠氣態(tài)氚比活度確實(shí)有明顯的效果，但若要將這種運(yùn)行方式固化到運(yùn)行規(guī)程中，需要考慮如下問題：

1）放射性廠房有通風(fēng)量和換氣次數(shù)的要求

對乏燃料廠房通風(fēng)量及乏池溫度的要求，在電廠驗(yàn)收資料《燃料貯存廠房采暖通風(fēng)竣工圖——說明》中有相應(yīng)規(guī)定：系統(tǒng)風(fēng)量要求為34000m3/h，以滿足每小時(shí)2-3次的換氣，以滿足乏池溫度為50°C時(shí)，燃料廠房濕度小于80%，水池溫度要求：夏季49℃，冬季39℃，因此改變03#廠房通風(fēng)量，需要得到設(shè)計(jì)院的審查及可行性認(rèn)證。

根據(jù)上面運(yùn)行模式調(diào)整后的檢測結(jié)果，乏燃料廠房排風(fēng)量的改變（調(diào)高）在后期調(diào)整階段對煙囪氚比活度和氚排放量的影響程度已不大。所以乏燃料廠房排風(fēng)量的改變對降低煙囪氚比活度和氚排放量雖然有一定的效果，但不是主要因素，除夏季以外，乏燃料廠房可以維持原來的排風(fēng)量。

2）03#廠房廢燃池冷卻系統(tǒng)的安全冗余度需要加強(qiáng)

本次運(yùn)行模式調(diào)整過程中，乏燃料池水溫始終保持在20℃左右的較低溫度，并且乏池的兩臺冷卻泵均在運(yùn)行。由于乏燃料廠房的1#/2#乏池均有廢燃料，若要長期執(zhí)行這種運(yùn)行模式，維持乏池較低的水溫，兩臺乏池冷卻泵需要長期運(yùn)行。而電廠在2008年執(zhí)行對乏池貯存擴(kuò)容改造項(xiàng)目中由于設(shè)計(jì)的原因，沒有將乏池冷卻泵的備用泵列入設(shè)計(jì)當(dāng)中，因此存在著任何一臺冷卻泵因故障退出運(yùn)行將會威脅到乏池冷卻的風(fēng)險(xiǎn)，從而降低了乏池冷卻系統(tǒng)安全運(yùn)行的可靠性。

2.4 進(jìn)一步處理措施

提出設(shè)計(jì)變更申請， 增加備用泵，提高設(shè)備的可用率。

1）乏池冷卻泵無備用泵，為了提高乏池冷卻運(yùn)行可靠性，運(yùn)行人員提出了乏池冷卻泵新增備用泵的設(shè)計(jì)變更申請，從380V安全I(xiàn)I段、IV段取電，備用泵運(yùn)行控制方式與冷卻泵相同;

2）委托設(shè)計(jì)院對乏池水溫和廠房排風(fēng)量運(yùn)行方式調(diào)整做技術(shù)可行性和風(fēng)險(xiǎn)評估認(rèn)證。

3 其他系統(tǒng)氚的控制

3.1 氚防護(hù)控制

1）對廢液疏水進(jìn)行分類管理，對于涉及主冷卻劑的清潔疏水進(jìn)入密閉的硼回暫存箱或者TI廢液專用儲存槽進(jìn)行較長時(shí)間的靜置衰變。

2）同樣，對于廢氣排放也分為低放有氧和高放無氧，對于高放無氧廢氣進(jìn)入專用衰變箱進(jìn)行較長時(shí)間衰變。

3）增加控制廠房通風(fēng)流量并控制通風(fēng)流向，使非放區(qū)無空氣流向低放區(qū)或者高放區(qū)。

4）涉及主冷卻劑等氚活度高的液體取樣，通過手套箱并保持負(fù)壓。

5）采用引漏措施，對于可能存在的主冷卻劑及其相關(guān)系統(tǒng)的泄漏通過引漏管線進(jìn)入疏排水箱等。

6）換料水池有水期間，限制進(jìn)入反應(yīng)堆廠房人數(shù)。并做氚活度連續(xù)監(jiān)測。

3.2 排放控制

1）公司在國家標(biāo)準(zhǔn)1.5×1013Bq/a和國家核安全局5.0×1012Bq/a的標(biāo)準(zhǔn)上提出了更嚴(yán)格的公司年度管理目標(biāo)值1.59×1012Bq/a。

2）按季度統(tǒng)計(jì)排放限值，執(zhí)行合理計(jì)劃安排，進(jìn)行廢液蒸發(fā)和排放。并精確記錄每一次的排放量和取樣數(shù)據(jù)。

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