某核電廠廠區(qū)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常波動(dòng)原因分析

李靜，陳利剛

(福建寧德核電有限公司，福建 福鼎，355200)

核電廠的廠區(qū)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(KRS系統(tǒng)) 主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)核電廠廠區(qū)內(nèi)及周邊環(huán)境γ劑量率的變化情況。根據(jù)各核電廠址的特點(diǎn)及國(guó)家核安全局的要求，該系統(tǒng)由分布在廠區(qū)內(nèi)及其周邊的子站點(diǎn)(AS子站點(diǎn))組成，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳核電廠和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境保護(hù)部門(mén)。因此，這些系統(tǒng)和子站點(diǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性都非常重要，異常情況可能會(huì)引起不必要的輿情危機(jī)。

2015年，某核電廠在開(kāi)展KRS系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果回顧評(píng)價(jià)時(shí)，發(fā)現(xiàn)4號(hào)子站點(diǎn)(AS4子站)監(jiān)測(cè)的γ劑量率水平不定期出現(xiàn)異常波動(dòng)。雖然此波動(dòng)沒(méi)有觸發(fā)報(bào)警，按照核安全文化中質(zhì)疑的態(tài)度要求，多部門(mén)聯(lián)合開(kāi)展了分析及驗(yàn)證工作。

1 異常情景

根據(jù)由國(guó)家核安全局批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)文件的要求，某核電廠KRS系統(tǒng)共13個(gè)站點(diǎn)。其中，6個(gè)子站點(diǎn)分布在電廠征地范圍外，7個(gè)子站點(diǎn)分布在征地范圍內(nèi)，監(jiān)測(cè)環(huán)境劑量率的主要設(shè)備是GM計(jì)數(shù)管環(huán)境劑量率連續(xù)監(jiān)測(cè)儀。

該電廠廠區(qū)內(nèi)AS站點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。出現(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果異常的子站點(diǎn)位于北防波提，編號(hào)為AS4。

自2012年9月完成系統(tǒng)移交投運(yùn)后，AS4子站點(diǎn)的γ劑量率平均值0.11 μGy/h，最大值0.15 μGy/h，與環(huán)境本底調(diào)查期間的數(shù)據(jù)相當(dāng)。2014年1月14日起，AS4子站首次出現(xiàn)γ劑量率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常波動(dòng)，最大值0.85 μGy/h，其后類(lèi)似情況時(shí)有發(fā)生，γ劑量率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖2。其他站點(diǎn)均未出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似情況。

2 異常原因分析

經(jīng)檢查確認(rèn)，KRS系統(tǒng)AS子站所有監(jiān)測(cè)設(shè)備在檢定有效期內(nèi)，γ劑量率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄頻率為1 次/min。觀察AS4站點(diǎn)γ劑量率波動(dòng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)每次波動(dòng)時(shí)間持續(xù)約數(shù)分鐘，重復(fù)波動(dòng)數(shù)次后，恢復(fù)到正常水平(見(jiàn)圖3)。

2.1 測(cè)量設(shè)備比對(duì)驗(yàn)證

為驗(yàn)證監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，使用高壓電離室與KRS系統(tǒng)探頭(RD-02L)進(jìn)行了比對(duì)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1。

由表1可見(jiàn)，AS4子站的RD-02L探頭與RSS-131高壓電離室測(cè)量結(jié)果的在統(tǒng)計(jì)漲落范圍內(nèi)一致，表明AS4子站點(diǎn)的探測(cè)系統(tǒng)工作正常，其監(jiān)測(cè)結(jié)果有效[1,2]。

表1 AS4子站系統(tǒng)探頭與高壓電離室比對(duì)測(cè)量結(jié)果 (nGy/h)

2.2 異常波動(dòng)原因分析

觀察圖3中劑量率異常波動(dòng)可發(fā)現(xiàn)，每次異常波形的上升緣、下降緣都比較陡，同時(shí)所有γ劑量率數(shù)據(jù)異常情況均出現(xiàn)在晚上22:00至凌晨6:00之間，初步判定此異常情景與核電廠內(nèi)的探傷活動(dòng)有關(guān)。

考慮射線探傷對(duì)AS4子站點(diǎn)的影響，該子站點(diǎn)位于4MX廠房西南側(cè)不足200 m處，距3MX廠房稍遠(yuǎn)，且4MX廠房、3MX廠房與AS4子站間只有不規(guī)則擺放的一層或兩層的辦公用集裝箱。MX廠房探傷過(guò)程為：①探傷用放射源位于探傷機(jī)中(由于探傷機(jī)具有較厚的鉛屏蔽層，此階段對(duì)環(huán)境輻射場(chǎng)的影響很小)；②利用遠(yuǎn)距離操作工具，通過(guò)源管將放射源搖入準(zhǔn)直器內(nèi)(此階段對(duì)環(huán)境輻射場(chǎng)影響較大但時(shí)間較短)；③放射源位于準(zhǔn)直器內(nèi)對(duì)探傷膠片進(jìn)行曝光(此階段對(duì)準(zhǔn)直器開(kāi)口方向的環(huán)境輻射場(chǎng)影響較大而對(duì)其他方向的影響較小，持續(xù)時(shí)間由曝光時(shí)間決定，長(zhǎng)短不一)；④通過(guò)源管將放射源搖回探傷機(jī)中(此階段對(duì)環(huán)境輻射場(chǎng)影響較大但時(shí)間較短)，一個(gè)探傷點(diǎn)的探傷工作完成。整個(gè)探傷過(guò)程對(duì)環(huán)境輻射場(chǎng)的影響與AS4子站記錄的γ劑量率變化規(guī)律基本相符。

經(jīng)查詢、比較探傷記錄：2014年前，3MX、4MX廠房?jī)?nèi)基本沒(méi)有開(kāi)展射線探傷工作；2014年起，3MX、4MX廠房?jī)?nèi)的探傷工作逐漸增加。在AS4子站γ劑量率數(shù)據(jù)異常時(shí)段內(nèi)，3號(hào)、4號(hào)機(jī)組均有探傷工作進(jìn)行。但并不是所有的在3MX、4MX廠房?jī)?nèi)的探傷工作都會(huì)引起AS4子站γ劑量率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常，形成這種情形的原因應(yīng)是由于每次探傷的具體焊縫位置及準(zhǔn)直器方向不同，且探傷放射源移動(dòng)路徑和探傷點(diǎn)與AS4子站之間還存在管道、設(shè)備、集裝箱等多種不規(guī)則的屏蔽體，減弱了探傷放射源對(duì)AS4子站的影響形成的。

若不考慮探傷放射源與AS4子站之間所有物項(xiàng)的屏蔽、吸收作用，一枚常用的28 Ci的192Ir放射源在150 m處產(chǎn)生的γ劑量率約為5.8 μGy/h (計(jì)算值)。考慮到源與探測(cè)器之間的屏蔽，在AS4子站點(diǎn)記錄到0.85 μGy/h的劑量率是可能的[3]。

綜合分析認(rèn)為，該站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)是由3MX、4MX廠房?jī)?nèi)射線探傷工作造成的。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述分析結(jié)論，射線探傷期間在AS4子站點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)獲取γ能譜，并進(jìn)行核素識(shí)別，以確認(rèn)環(huán)境劑量率異常升高為3MX、4MX廠房?jī)?nèi)射線探傷工作造成。

據(jù)此，進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。2015年5月13日00：30—00:40，4MX廠房標(biāo)高26m探傷工作開(kāi)展時(shí)，在AS4子站使用γ譜儀成功獲取了探傷源γ譜。使用儀器分別為便攜式高純鍺γ譜儀(型號(hào)DETDX-100T-PAC-PKG2)及LaBr3γ譜儀。

3.1 高純鍺γ譜儀能譜分析

高純鍺γ譜儀獲取的γ能譜見(jiàn)圖4、圖5。

從獲取的γ譜中識(shí)別出全能峰列于表2。

由表2可見(jiàn)，探傷譜γ射線全能峰與192Ir (探傷用源)的特征全能峰相符，未發(fā)現(xiàn)其他核素的特征能量峰。

表2 高純鍺γ譜儀能譜分析

3.2 LaBr3 γ譜儀能譜分析

便攜式LaBr3γ譜儀能量分辨率低，經(jīng)分析獲取的本底譜、探傷譜，在能譜中約300、460、600 keV附近有3個(gè)(3組)全能峰，儀器自帶的譜分析軟件分析結(jié)果為192Ir。

3.3 探傷時(shí)AS4子站γ劑量率

探傷同時(shí)KRS中央站顯示AS4子站環(huán)境γ劑量率見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn)，劑量率曲線波動(dòng)的上升緣、下降緣都比較陡，與圖3一致。

4 結(jié)論

從理論計(jì)算及實(shí)地實(shí)驗(yàn)測(cè)量的情況分析，3MX、4MX廠房探傷可能引起AS4子站點(diǎn)的γ劑量率監(jiān)測(cè)結(jié)果波動(dòng)。

從高純鍺γ譜儀獲取的能譜分析，全能峰及凈峰面積與此次探傷使用的192Ir源的特征γ射線及產(chǎn)額一致且未發(fā)現(xiàn)其他核素貢獻(xiàn)；便攜式LaBr3γ譜儀的能譜分析解析結(jié)果與高純鍺γ譜儀的分析結(jié)果一致。

從AS4子站記錄到的γ劑量率波動(dòng)圖形與其他異常波動(dòng)的圖形比較，波動(dòng)方式相同。

綜上所述，KRS系統(tǒng)AS4子站點(diǎn)γ劑量率數(shù)據(jù)波動(dòng)確認(rèn)為3MX、4MX廠房探傷工作導(dǎo)致。