淺談核電站用锎-252中子源

溫國義

（國核示范電站有限責任公司，山東威海264300）

淺談核電站用锎-252中子源

溫國義

（國核示范電站有限責任公司，山東威海264300）

壓水堆核電站用锎源作為堆內設置用來首次啟動，以維持和發展裂變鏈式反應。為了滿足锎源啟堆要求，使核裂變放出的中子數以補償或超過甚至大大超過泄漏和非裂變俘獲損失的中子，并盡可能降低采購成本，在采購前應針對锎源入堆時間，并按以往核電工期延誤特點，推算出锎源質量及锎源強度，確定采購時間節點，按要求辦理采購運輸手續，提前進行安裝準備及安裝實施。

锎-252；裂變；鋦-248；核電站

1 锎-252特性

锎（Californium）是一種放射性金屬元素，符號為Cf，原子序為98.锎屬于銀白色的錒系金屬，熔點為900±30℃，估計的沸點為1 745℃。處于純金屬態時，锎是具延展性，可以用刀片輕易切開，在真空狀態下的锎金屬到了300℃以上時便會氣化。

锎-252有96.9%的概率進行α衰變（損失2顆質子和2顆中子），并形成鋦-248，剩余的有3.1%概率進行自發裂變。1 μg的锎-252每秒釋放2.3×106顆中子，平均每次自發裂變釋放3.7顆中子。一旦锎進入人體內，會造成很大的損害，锎所釋放的電離輻射在骨骼和肝臟中可致癌，其累積在骨骼組織里的锎會釋放輻射，破壞身體制造紅血球的能力。

2 锎源的采購原則

2.1 采購锎源的要求

圖1 锎中子源運輸

锎-252作為核電站啟動的一種工具，在反應堆啟動中扮演了極其關鍵的角色。在核電站啟動前采用锎-252作為核電站啟動源，主要是因為和其他各種同位素中子源相比，锎-252具有體積小、強度大、中子連續裂變等優點。但由于锎-252是個強中子射源，具有極強的放射性，非常危險，綠豆大的锎就能制造一顆微型原子彈。因此，在采購運輸時，不但需到當地省級環境保護部門進行備案、放射性同位素進口審批，還需要有轉讓協議、放射源運輸檢測方案、輻射安全許可證、運輸資質、運輸方案及應急預案等，其運輸容器外表面需進行輻射水平及污染檢測證明，要求此放射性物質貨包分級符合《放射性物質安全運輸規程》（GB 11806—2004）II級運輸等級要求，運輸車輛輻射水平符合《放射性物質安全運輸規程》（GB 11806—2004）要求。其采購運輸示意圖如圖1所示。

锎源采用專用運輸容器進行運輸，其容器外徑約為Φ1 305 mm，容器高度約為4 400 mm。锎-252運輸嚴格，不僅因為其放射性強，而且它是比黃金還貴重的金屬，號稱“王中之王”，1 g锎售價高達1.0×107美元。因此，在采購锎源時，需精確計算采購的锎源的質量，并留有一定的余量。

2.2 锎-252中子源采購計算

在核電站中，一次源采用的是锎（252Cf）源作為啟堆源，252Cf的主要特性如表1所示。

表1 锎（252Cf）源主要特性表

壓水堆核電站每個機組有2組一次中子源組件，每組一次中子源組件有1個锎（252Cf）源，一般要求單根中子源棒——锎（252Cf）源的源強入堆時不小于4×108n/s。為了滿足此要求，即使采購后立即入堆的锎（252Cf）源其質量也應不小于173.16 μg，但由于核電首堆建設周期一般延長約1年時間，根據锎（252Cf）半衰期計算，因此，采購的锎（252Cf）源質量一般在250 μg左右，具體計算公式如下：

式（1）中：t為貯存時間；T為半衰期，按2.64計；No為入堆前源強不小于4×108n/s的锎（252Cf）質量；N為采購的锎（252Cf）質量。如果采購的锎（252Cf）需存放1年后才入堆，則需要采購的锎源質量為173.16/0.769 08=225.151 4 μg。

根據上述測算，某集團采購的锎（252Cf）源質量如表2所示。

表2 某集團采購的锎（252Cf）源質量表

3 锎源的安裝

3.1 安裝實施

圖2 一次中子源插入燃料組件示意圖

圖3 一次中子源組件組裝示意圖

锎-252采購、運輸到指定的地點后，安裝組成一次中子源組件，以用于核電站堆芯首次啟動，提高中子通量水平。一次中子源棒的組裝操作由燃料供應方在燃料制造廠完成，一次中子源棒與一次中子源組件的組裝及焊接在核電站現場完成。在堆芯裝料前，通過對未裝配的一次中子源棒和一次中子源組件的其他部分在現場進行組裝、焊接成一次中子源組件，并與對應的燃料組件配插，以達到堆芯裝料要求。一次中子源棒插入燃料組件示意圖如圖2所示，一次中子源組件組裝示意圖如圖3所示。

3.2 安裝注意事項

一次中子源棒從運輸容器中提出插入乏燃料水池時，要計算出安全操作距離及時間，進行一次中子源棒吊裝、焊接操作時，禁止無關人員進入工作場地，并且嚴格控制工作人員人數；吊裝燃料組件時，嚴格按著組件吊運操作技術要求實施并注意吊裝與指揮人員共同協作，防止造成燃料組件磕碰；在安裝擰緊螺母及焊接操作時，要注意防范，防止螺母、扳手及其他工裝等掉落劃傷組件。

4 結束語

锎-252既貴重又具有較強的放射性，采購時應嚴格計算采購的锎源質量，并按要求控制采購、運輸及安裝操作流程，以防止操作過程失誤造成組件損傷和人員輻射風險。

［1］侯儉.比黃金還貴重的金屬［J］.金屬世界，2007（03）.

［2］侯燕妮.锎-252中子源世界供應市場分析［J］.中國核工業，2015（05）.

［3］鄧浚獻，鄧峰.壓水堆燃料的破損、探測和修復［J］.中國核科學技術進展報告（第一卷），2009（11）.

［4］司峰偉.燃料組件破損原因分析及AP1000燃料的防護措施［J］.科技創新與應用，2003（25）.

〔編輯：張思楠〕

TM623.99

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.005

2095－6835（2017）16－0005－02

溫國義（1972—），男，內蒙古寧城人，高級工程師，碩士，化學工程專業，主要從事核燃料及核物理工作。