三門核電站輻射監測系統設計

惠健

摘 要

本文介紹了三門核電站輻射監測系統設計。通過監測原理、位置分布、報警響應、設備配置等方面的描述，表明輻射監測的可靠性。廠區外環境監測保證了核電站周邊公眾的輻射安全。廠區內的輻射監測系統使核電生產過程中的輻射強度得到連續監測，保護核電站工作人員。

關鍵詞

輻射監測系統;RMS;三代核電

中圖分類號： X837 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 06 . 95

1 系統簡介

三門核電站采用第三代AP1000核電技術，每臺機組分別設置輻射監測系統（RMS），為核電廠機組內的生產流程提供排出流監測、工藝流監測和氣載放射性監測，并監測廠房的環境放射性。核電站設置環境監測系統（MES），監測機組外的廠區以及周圍地區的環境放射性。通過多層次的連續監測，確保廠內工作人員和廠外公眾輻射安全。

2 探測器工作原理

2.1 探測器類型

AP1000輻射監測系統使用了三種連續工作的輻射探測器：閃爍體、G-M計數管、電離室，其中閃爍體探測器應用的數量最多。閃爍體探測器利用受到射線照射時能夠發光的物質，再通過光電效應把光信號轉變成為電信號進行測量。G-M計數管和電離室利用受到射線照射時探測器內所充特定氣體的電離，直接將核輻射轉變成為電信號。

2.2 探測原理

以設備冷卻水系統配置的閃爍體探測器為例。γ射線入射到碘化鈉晶體時引起閃光。閃爍的頻率與入射射線的強度成正比，這些閃光作用于光電倍增管的光陰極上，打出光電子。光電子經過光電倍增管倍增后，在光電倍增管的陽極負載上產生脈沖信號，此脈沖信號經電容耦合至前置放大電路的輸入端，經過該電路進行功率放大后輸出。脈沖頻率與射線強度轉換公式為：

大部分輻射監測裝置有電動泵，從被監測管道中連續抽取液體或氣體，經探測器測量后流回原管道的下游。少數輻射監測裝置靜止布置，探測器布置在被監測管道內部或緊鄰管道外壁。

3 輻射監測系統

每臺AP1000機組的輻射監測系統配置了15個工藝流輻射探測器、5個排出流輻射探測器、6個氣載輻射探測器和18個區域輻射探測器。通過數字化網絡為電廠控制系統提供連續監測數據，實現顯示、報警和自動保護功能。

3.1 工藝流輻射探測

當工藝系統中相應的探測器發出報警時，放射性廢氣處理系統和化學取樣系統自動隔離，蒸汽發生器系統排污和主控制室空調系統自動導向放射性處理裝置。安全殼空氣過濾系統和設備冷卻水系統放射性報警時沒有自動動作，操縱員應立即按照應急運行規程，切換安全殼空氣過濾器，或隔離設備冷卻水的用戶。

3.2 排出流輻射探測

對于放射性廢液處理系統和非放射性廢液處理系統的液體排放，以及凝汽器抽真空系統的氣體排放，排出流探測器發出報警時，自動隔離排放。核島煙囪的排出流探測器沒有自動功能，但排放到核島煙囪的各個系統分別根據自己的工藝流或氣載輻射探測器的信號自動隔離排放。

凝汽器抽真空系統和非放射性廢液處理系統，正常情況下沒有放射性。設置放射性監測的目的是考慮到蒸汽發生器傳熱管管壁很薄，有破裂泄漏的微小可能性。放射性物質泄漏入汽輪機熱力系統之后，為了阻止放射性通過排氣或排水釋放到環境中，排出流探測器會自動終止排放。

3.3 氣載輻射探測

核島放射性區域廠房通風系統正常情況下排放到電廠煙囪，氣載輻射探測器報警時，排風閥門自動關閉。燃料裝卸區、放射性廢物廠房、輔助/附屬廠房、保健物理室和熱檢修車間的廠房通風各自獨立，均設有自動動作的隔離風閥，氣載輻射探測器自動觸發相對應區域的隔離風閥，防止氣體污染擴散到其他廠房。

3.4 區域輻射探測

核島放射性相關廠房和非放射性的辦公室安裝了區域輻射探測器，探測房間內的γ射線強度，當發出報警時，應撤離相應廠房內的人員。如果是主控制室輻射報警，應立即按照應急運行規程，先停運反應堆，再撤離主控制室內的人員，運行人員轉到遠程停堆室繼續控制電廠系統。

主控制室和安全殼的區域輻射探測器還通過硬件將測量信號傳送給保護和安全監控系統，保護和安全監控系統是AP1000核電站最高優先級的自動保護系統，通過放射性和其他儀表參數診斷關鍵安全功能，并驅動專設安全設施動作。

4 環境監測系統

三門核電站除了按照AP1000技術為每臺機組設置輻射監測系統之外，還依照國家環保局發布的《核動力廠環境輻射防護規定》（GB6249-2011）標準在機組外設置了環境監測系統。

環境監測系統設置了3個廠區內環境監測站、5個廠區外環境監測站和1個環境實驗室。三門核電站廠區是三角形地塊，3個廠區內輻射監測站在三角形的西北角、西南角和東部頂點分別設置。廠址半徑3至9公里范圍內，在赤頭村、六敖鎮、健跳鎮、高灣山嘴、蛇蟠鄉分別設置了廠區外輻射監測站。定制了一輛環境監測車，載有便攜式測量儀，對廠區周圍50公里范圍內進行巡測。監測站和監測車通過網絡連接到環境監測網。

廠區內和廠區外環境監測站的設備包括：環境γ監測儀，雨量計，氣溶膠及碘取樣裝置，氚取樣裝置，C-14取樣裝置，大氣沉降灰和雨水收集器。環境實驗室包括：樣品處理室、總α/β測量室、液閃測量室、γ譜儀測量室、熱釋光實驗室、氚/碳實驗室和放化實驗室等。對人工采集的環境樣品進行γ能譜分析、α/β放射性測量、核素分析、總β測定以及非放金屬元素測量等。

4.1 環境γ輻射測量

采用3種方法：監測站連續監測、熱釋光累積測量和每季度巡測。連續監測和巡測使用固定或移動網絡實時讀取γ輻射監測儀的數據。熱釋光材料受到射線輻照后產生缺陷，因此具有累積劑量的功能，每季度將熱釋光劑量計取回實驗室讀取數據。

4.2 沉降物和氣溶膠測量

大氣沉降物和氣溶膠的監測每月一次，包括：沉降物中碘131、鍶90、總β和γ核素分析，氣溶膠中的γ核素分析、總α和總β測量，降雨/降雪中的氚測量。

4.3 土壤樣品測量

在距廠址10公里范圍內不同類型的土壤進行每年取樣一次，監測鍶90、γ核素。

4.4 農畜產品、海產品、指示生物測量

需要監測的產品有：大米、青菜、蘿卜、牛奶、牧草、油菜籽、桑葉、茶葉、羊、小黃魚、脊尾白蝦和青蟹。每年一次，包括氚、碳14、碘131、鍶90、銫137、γ核素分析。指示生物是指對特定放射性核素有較大濃集因子并能指示污染趨勢的生物品種，測量牡蠣的γ核素，松葉和苔蘚的氚、碳14、γ核素，每年取樣一次。

4.5 海洋測量

海灘土和海底泥每年取樣監測一次，分析γ核素。海水每年監測兩次，包括：氚、碳14、銫137、γ核素分析。

4.6 陸地水

陸地水包括湖塘水、飲用水和地下水。取樣測量項目為氚、碳14、鍶90、銫137、γ核素分析。

5 AP1000與二代核電技術對比

對γ射線的監測，AP1000采用了NaI閃爍體探測器代替了電離室。因為根據運行經驗，電離室具有抗干擾能力差、探測靈敏度低、故障率高等缺點。而相比電離室而言，NaI閃爍體探測器受濕、溫度影響小，環境適應性強，故障率低，探測效率高，可以進行很弱的放射性測量。但NaI閃爍體探測器價格較高。

對于β射線的監測，AP1000沒有選用硅半導體探測器，而是全部采用了β閃爍體。這是因為硅半導體探測器的輸出隨溫度的漂移大，輻射損傷后性能衰減，使用壽命短。而β閃爍體具有較短的死時間、較長的壽命和較好的穩定性，在低水平的測量上有很大優勢。

數字化程度較二代核電技術有很大提高。中央輻射處理器具備處理和診斷信息的能力，能提供每分鐘均值、每十分鐘均值、小時均值和日均值，記錄儀表的歷史狀態、活動日志和輻射儀表的參數數據庫，運行人員遠程向各就地裝置發出指令（如改變報警設定值、檢查源驅動、自檢測、泵啟動/停止等）。計算機處理器還具有很強的自檢功能和容錯技術，從而大大提高系統監測的可靠性和系統運行的穩定性。

所有探測器的信號處理單元布置在就地，通過通信網絡可以將所有數據送入的中央輻射處理器。二代核電通常將信號處理單元集中布置，需要通過眾多電纜連接就地儀表探頭。AP1000的布置減少了大約70%電纜的使用量，且大大減少了維護工作量。AP1000對安全相關的輻射監測儀表和對應的數據采集系統采用兩路冗余供電，即使在事故情況下也能保證儀表和數據采集系統的正常工作，確保事故情況下對電廠輻射狀況的監測。

6 結束語

三門核電站在工藝系統生產流程、排放環節、通風系統、廠房環境、廠區環境、廠外環境分別布置了輻射監測裝置，對潛在的放射性危害形成了縱深防御，并通過人工取樣、環境巡測等手段進行額外補充監測，提高了輻射監測的可靠性。

參考文獻

[1]孫漢虹.第三代核電技術AP1000[M].北京：中國電力出版社，2016.

[2]林誠格.非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.

[3]GB6249-2011，核動力廠環境輻射防護規定[S].