密封放射源暫存庫工藝設計研究

苗獻鋒 劉虎平 王學思 范永梅 郭勝輝 邢建鋒 高朋杰

(中核第四研究設計工程有限公司，河北 石家莊 050021)

1 概述

隨著核能產業的發展與核技術進步，放射源廣泛應用于醫療、地質、勘探與開采、工業探傷、無損檢測、機械制造與安裝、建材、冶金、儀表等各行各業，放射源的應用為發展國民經濟、保障人民健康做出了重大貢獻。在取得良好的經濟和社會效益的同時，我國放射源丟失、被盜或失控和放射性污染事故時有發生，嚴重危害著社會安定和環境安全。放射源的安全儲存和管理尤其是密封放射源的安全管理已成為了我國環保部門重點關注的焦點問題之一。因此，為便于密封放射源的集中存放和安全管理，非常有必要建立針對放射源暫存的密封放射源暫存庫。

2 工藝技術方案研究與設計

放射源暫存庫工藝設計應保證滿足放射源庫運行、檢修和退役過程中，放射源的接收、運輸、存放、取源、外運、去污與拆除等活動所需的系統、設備、儀器、搬運工具的需求。源庫應實行動態管理，滿足周轉使用的需求。

2.1 設計原則

1)遵循國家有關建設項目的程序和規定。

2)采用安全可靠、技術可行、經濟合理的工藝路線和設備，源庫內的工藝配置做到布局合理、操作管理方便、可實施性強。

3)建立安全保衛系統，確保放射源的安全管理。

4)對放射源暫存庫實行信息化管理。

5)確保工作人員和公眾所受的輻射劑量滿足規范的要求。

2.2 放射源存取工藝流程及布局要求

1)放射源存取工藝流程。源庫接收的放射源應符合GB 4075—2009密封放射源一般要求和分級[1]的要求。

2)源庫布局要求。放射源暫存庫的布局應根據放射源的數量和類型的具體情況，合理設置放射源裝卸區和放射源貯存區。放射源貯存區可分為γ源存放區、中子源存放區、刻度尺和探傷機存放區等，必要時可增設特殊放射源(較高活度或較高劑量)存放區。同時，放射源暫存庫還需設置用于執行放射源管理登記、輻射監測儀器及衛生用品和工具材料等貯存的輔助功能間，主要包括：登記室、更衣室、工具間、通風機房和配電間等。

放射源暫存庫的布置原則可歸納為以下幾點：

1)不同種類放射源應分開存放；

2)高活度的放射源應存放在有屏蔽蓋板的貯源坑內。活度較低或半衰期較短的放射源可以放置在地面上的鐵柜中；

3)對高活度放射源應考慮盡量縮短其搬運距離，其存放區應有適當的屏蔽措施；

4)各區需留有一定的距離，以便于日常的檢查、回取和轉運；

5)應采取措施加強對放射源的安全保衛；

6)排風機房的布置應靠近需要排風的貯源坑；

7)活度大于37 GBq的放射源，應一源一坑，單獨存放。

3 放射源暫存庫設計要點

3.1 庫體形式選擇

放射源暫存庫庫體形式分為地上式、地下式、半地上式三種。庫體形式的選擇需結合項目所在地環境、氣候、水文、地質、地震等因素綜合考慮。我國東部及南部地區一般選用地上式，西部及北部地區一般選用地下式。三種形式示意圖見圖1。

GB Z142[2]和SY 6322[3]中均對貯源坑做出了規定，貯源坑深度不應小于1.2 m，其上口應高出地面100 mm～150 mm。筆者認為從設計角度講，由于放射源暫存庫均采用無水消防，可將源庫貯存區設計為高出周圍地面15 cm以上的高臺，庫坑上口可與臺面平齊。這樣設計的優點有：1)貯源區域平整，便于存、取源操作；2)未凸出周圍地面，有效避免坑口碰損；3)增加非常規情況蓋板開啟的難度，有效防止放射源被盜。

3.2 庫坑設計

庫坑設計包括庫坑形狀選擇和庫坑蓋板設計等。

3.2.1 庫坑形狀設計

貯源坑一般設計為方形庫坑和圓形庫坑兩種，兩者的優缺點見表1。

表1 方形和圓形庫坑優缺點對比表

設計過程中應根據當地實際工程條件、放射源源項、工程預算等因素綜合考慮進行設計。

3.2.2 庫坑蓋板設計

1)蓋板材料選擇。

常用的蓋板材料包括：混凝土、鐵、鉛、水封、硼、聚乙烯、石墨、氫化鋰、鎢合金、貧化鈾等，蓋板材料的選擇既要考慮到材料的輻射防護性能，也要綜合考慮材料的物理化學性能，可加工性，材料成本等因素，一般來講，貯存γ源的源坑蓋板材料通常選用混凝土、鋼材和鉛板中的一種或多種組合設計；貯存中子源的源坑蓋板材料通常選用石蠟、混凝土、含硼聚乙烯、碳化硼鋁等。

2)蓋板形狀設計。

為滿足輻射屏蔽需求，庫坑及蓋板周邊均要設計成企口[4]；為保護蓋板周邊不會因吊運撞擊造成邊角損壞，蓋板的周邊和企口處、墻與蓋板的結合處應設覆面或包鑲角鋼；企口有“倒梯形”和“T形”兩種，見圖2。

建議蓋板設計為單級或多級倒梯形，見圖3，這樣的優點是在蓋板閉合時，蓋板可直接滑入企口，避免蓋板的邊角和庫坑發生直接碰撞，有利于減小蓋板遠程啟閉操作的難度。

3)蓋板吊耳設計。

a.蓋板吊耳個數設置。圓形蓋板吊耳個數可設置成一個或三個，方形蓋板吊耳則至少設置兩個以上。蓋板吊鉤不宜高出地面，吊鉤部位要求光滑和便于去除放射性污染。

b.吊耳形式設計。蓋板吊耳可設計為固定內凹式、固定外凸式和旋轉外凸式三種，詳見圖4。固定內凹式平整，美觀，但加工困難，尤其是在蓋板較薄的情況下；固定外凸式；旋轉外凸式結合了兩者的優點。在近年的工程應用中，有報道蓋板采用無吊耳設計，將蓋板預埋鋼板，吊車吊鉤采用電磁吸盤方式進行蓋板的啟閉操作。

4)蓋板屏蔽設計。

根據庫坑存儲的不同類型和級別的放射源的源項需進行相應的蓋板屏蔽設計。張云濤等[5]在放射源庫的設計中，針對若干種密封放射源，設計了一種保守、簡便的屏蔽計算方法，滿足國家相應標準的各項要求，本文不再贅述。

3.3 放射源存取流程及主要設備(吊裝工具)

應根據放射源庫中最大件的重量、尺寸、放射性活度水平及存、取源工藝設計的特點和搬運操作條件，選取合適的搬運設備，如吊車(數控或手動)、叉車(電動或手動)、電瓶車、手推小車等。對放射源搬運設備的基本要求如下：

1)操作簡單，行走平穩、安全可靠；

2)定位準確;

3)滿足放射源存取高度要求;

4)起重能力滿足最重件的吊裝要求;

5)與外包裝、抓具、栓固件相匹配。

采用的工器具的基本要求如下：

1)操作簡單，安全可靠；

2)有足夠的強度；

3)有可靠的自鎖或栓固機構；

4)與容器(吊籃、外包裝)和搬運設備相匹配；

5)無尖銳棱角、毛刺，以免損壞容器和傷害人員。

4 結語

放射源的安全儲存和管理已成為了我國環保部門重點關注的焦點問題之一。放射源暫存庫的設計需從管理、衛生、安防、環保、消防等多個角度統籌考慮。建議我國盡快制定針對放射源暫存庫選址、設計與建造相關的標準規范。