壓水堆機組氚的來源與控制

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組正常運行時氚的來源及分布形式。并從氚的防護，工藝運行控制以及排放控制等方面闡述了壓水堆機組的現況和存在的不足，并提出了自己的建議。

關鍵詞

氚;煙囪;來源;控制

中圖分類號： TM623 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： 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照射危害，因此必須對其在環(huán)境中的排放進行管理和控制。我國對核電廠運行中排放到環(huán)境中的放射性流出物已經有了較為完善的監(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生方式， 由于氚的滲透特性會穿過完整的燃料包殼進入一回路。但通過包殼滲透進入一回路冷卻劑的氚不到總產生量的1%。

2）調節(jié)一回路pH 的LiOH 添加劑中的殘余6Li，與熱中子發(fā)生反應會產生氚。

3）用于反應性控制的硼酸中的10B與熱中子發(fā)生反應產生氚。

4）水中天然的2H與中子反應生成的活化產物氚。

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系統(tǒng)、設備的水中，空氣中的氚主要是隨水的蒸發(fā)進入。由于核電廠正常運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)域氚的輻射風險都較低，因此可以將換料水箱、T2水、T3廢水、X4水對煙囪氣態(tài)氚的貢獻略去不考慮;分析后認為乏燃料池是該機組所有廠房中含氚量最多的敞開式蓄水點，且蒸發(fā)量大，對氣態(tài)氚的貢獻可能很大，是可能引起煙囪氚比活度升高的主要原因，需要通過進一步調查和實驗數據驗證。

因此在2014年1月至2月期間，將乏池廠房設置為調查點，選取1、2#乏池抽風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。

1.2 區(qū)域代表性觀測點氚比活度監(jiān)測水平調查

氚取樣觀測點一經確定，化學處立即組織人員開展對1、2#乏池抽風管道和煙囪排出口氚比活度監(jiān)測水平的調查。表1為2014年1月16日兩個代表性區(qū)域調查點的氚比活度監(jiān)測結果;根據調查結果，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接近30%。

1.3 對乏燃料池冷卻水的蒸發(fā)量的調查

經向運行人員核實，獲悉乏燃料池冷卻水的蒸發(fā)量，并通過計算得出1#、2#乏池的補水量達85噸/月左右，以此為依據（假設補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，計算結果將會超過氣態(tài)氚控制值（控制值為5.00x1012Bq）。而實際情況會有所不同，乏池排氣與送往廠房排風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，另外乏池補水量也是個變化量，因此估算的結果會與實際結果會有所偏離。但從中可以看出，由乏池蒸發(fā)產生的氚對氣態(tài)煙囪氚排放貢獻很大。表二為2013年11月和12月乏燃料池補水情況統(tǒng)計。

1.4 確定糾正措施實施方向

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堆運行時間相比極長，故其在相關系統(tǒng)中存留時間較長。反應堆正常運行時運行人員需要把冷卻劑中的氚濃度控制在一定范圍內，尤其是乏燃料池水的蒸發(fā)量，通過改變運行方式，增加防護措施，擬定合理排放計劃等手段對氚的排放和防護進行有效控制，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 數據采集

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

2.2 執(zhí)行效果

改變運行模式后，即乏燃料池水溫和廠房排氣量調整后，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整個運行模式調整期間，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)計數字可以看出，控制乏池水溫是降低煙囪氚比活度和減少氚排放量的關鍵因素，而乏燃料廠房排風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不明顯，因此應嚴格控制乏池水溫，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)氚比活度確實有明顯的效果，但若要將這種運行方式固化到運行規(guī)程中，需要考慮如下問題：

1）放射性廠房有通風量和換氣次數的要求

對乏燃料廠房通風量及乏池溫度的要求，在電廠驗收資料《燃料貯存廠房采暖通風竣工圖——說明》中有相應規(guī)定：系統(tǒng)風量要求為34000m3/h，以滿足每小時2-3次的換氣，以滿足乏池溫度為50°C時，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#廠房通風量，需要得到設計院的審查及可行性認證。

根據上面運行模式調整后的檢測結果，乏燃料廠房排風量的改變（調高）在后期調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量。

2）03#廠房廢燃池冷卻系統(tǒng)的安全冗余度需要加強

本次運行模式調整過程中，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)行這種運行模式，維持乏池較低的水溫，兩臺乏池冷卻泵需要長期運行。而電廠在2008年執(zhí)行對乏池貯存擴容改造項目中由于設計的原因，沒有將乏池冷卻泵的備用泵列入設計當中，因此存在著任何一臺冷卻泵因故障退出運行將會威脅到乏池冷卻的風險，從而降低了乏池冷卻系統(tǒng)安全運行的可靠性。

2.4 進一步處理措施

提出設計變更申請， 增加備用泵，提高設備的可用率。

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

2）委托設計院對乏池水溫和廠房排風量運行方式調整做技術可行性和風險評估認證。

3 其他系統(tǒng)氚的控制

3.1 氚防護控制

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

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入專用衰變箱進行較長時間衰變。

3）增加控制廠房通風流量并控制通風流向，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壓。

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

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

3.2 排放控制

1）公司在國家標準1.5×1013Bq/a和國家核安全局5.0×1012Bq/a的標準上提出了更嚴格的公司年度管理目標值1.59×1012Bq/a。

2）按季度統(tǒng)計排放限值，執(zhí)行合理計劃安排，進行廢液蒸發(fā)和排放。并精確記錄每一次的排放量和取樣數據。

參考文獻

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