坑式廢物庫高水平放射性固體廢物回取整備

張存平，李美山，紀永紅，初麗麗，劉春秀，葉國安

（中國原子能科學研究院 放射性三廢設施治理工程部，北京 102413）

某核技術利用廢庫（城市廢物庫）始建于20世紀60年代，該庫總容積為420m3，混凝土結構。主要收貯高等院校、科研院所、醫療系統和軍隊系統等核技術應用單位產生的放射性固體廢物。20世紀70年代，因管理不規范，廢物庫收貯了1批中放廢液濃縮液的固化體廢物，總放射性活度約上百居里，散投在02固體廢物庫內的17號庫坑中。該庫早已超期服役，年久失修老化，設施功能喪失，給周圍環境帶來極大的安全隱患。因此，需要盡快把這類廢物安全、妥善地進行處理處置。

高放固體廢物的回取與整備具有較大的安全風險，國內屬首次開展。該回取工作存在著時間進度緊、回取任務重、環境條件差以及歷史資料缺乏等諸多限制條件。中國原子能科學研究院放射性三廢設施治理工程部根據該項回取和整備任務特點，擬采用“機器人－氣帳”系統回取高放廢物的工藝路線，以對高放固體廢物實施回取和包裝裝備。

1 廢物庫及廢物源項［1］

1.1 廢物庫

02固體庫為混凝土結構，長23.6m，寬8.7m，廢物庫內凈高為5m，總容積為420m3。庫坑為地下結構，庫深4m，庫坑蓋板為鋼筋混凝土，其厚度為200～220mm。庫內設有排風凈化系統、廢物調運系統（2t吊車）和輻射監測儀表。

圖1所示為固體廢物庫平面示意圖。

圖1 02固體廢物庫平面示意圖Fig.1 Top view of No.02solid waste storage facilities

1.2 廢物源項

根據源項報告，貯存在17號庫坑底部的中放廢液濃縮液的固化體廢物用不銹鋼容器包裝，外形尺寸示于圖2，容器壁厚為3mm。包裝體數量為6個，總放射性活度約上百居里。除此之外，還有其它廢物混裝在一起，諸如水泥塊、線手套、砂土、塑料袋焚燒物、污染土、醫用品等。這些廢物分別裝在塑料袋和水泥固化桶中。

圖2 不銹鋼容器外形圖Fig.2 Outline map of stainless steel container

庫坑中的劑量當量率上層為1.44mGy／h，中層為2.16mGy／h，下層為4.68mGy／h。

2 回取技術方案和設備

2.1 回取技術難點分析

本次回取工作的主要技術難點有以下幾個方面：

1）廢物外照水平高，不能近距離回取操作；

2）坑中回取高放廢物，無經驗借鑒；

大醫二院始建于1958年，今年正值60華誕。數十年發展過后，醫院如今已成為遼南（遼寧省南部）地區的區域醫療中心，年門急診量近200萬人次。應和政策和管理需求，醫院信息化建設一再提速，許多思路的設計頗具前瞻性。

3）廢物體和屏蔽容器間隙較小，要求定位準確；

4）液壓工具力量不易控制，易造成容器夾破或變形而導致二次污染。

2.2 回取工藝流程［2］

回取工藝流程的設計和制定需充分考慮廢物放射性水平高的特點，以及工作人員需進行遠距離回取操作的特殊性。為了安全、可靠、有效回取，在回取工作實施前，進行了模擬試驗及人員培訓。通過模擬試驗發現問題、優化回取工藝，并培訓機器人操作人員的熟練回取動作，縮短操作時間，減少受照劑量。

具體的回取工藝流程如圖3所示。

圖3 回取工藝流程圖Fig.3 Retrieval process flow chart

2.3 主要設備儀表

機器人，BROKK330型；密封工作間，8m×6m×5m；轉運電動小車裝置，電機功率1.5kW，可正反轉；通風凈化設備，GJ5201－R／L－12；氣溶膠連續監測儀，iCAM 智能化α／β連續空氣監測儀；γ輻射劑量監測儀，6150長桿式劑量率儀。

3 模擬試驗

為培訓操作人員和優化回取工藝，進行了廢物罐回取模擬試驗。試驗內容主要包括機器人操作訓練、廢物回取操作、廢物轉入屏蔽容器操作、屏蔽容器加蓋操作、遠距離操作試驗、聯動試驗。

4 實施回取

實施回取廢物前，采取機器穿罩衣、抓具涂易剝離膜等措施，以防機器人被污染；庫坑蓋板經擴空后再進行廢物回取。

4.1 低放廢物的回取

利用BROKK機器人將蓋板孔擴展后，氣溶膠檢測儀顯示α、β濃度持續升高，在約1h后，測得最大值約為：α，10Bq／m3；β，860Bq／m3。經約36h排風后，降為：α，2Bq／m3；β，60Bq／m3。

首先利用液壓抓斗回取庫坑上面的低放廢物，將回取廢物放入轉運箱中，并利用傳送裝置，將轉運箱送至整備間。穿戴防護氣衣的工作人員將廢物轉至200L鋼桶中加蓋密封，然后用小車運出整備間，檢測桶外表面劑量，并記錄存檔。最后，將廢物桶送入暫時貯存庫。

4.2 高放固體廢物回取

高放固體廢物回取過程包括以下3個方面。

1）不銹鋼罐高放廢物確定

回取低放廢物至坑深3m處時，從監視屏上觀測到了疑似不銹鋼罐高放廢物，同時，氣溶膠檢測儀顯示α、β濃度持續升高，初步判定此物可能是所要回取的不銹鋼罐。為進一步確定此罐，劑量人員穿鉛衣和氣衣，進入氣帳，用長桿式γ輻射劑量率儀測量疑似不銹鋼罐表面劑量。測量結果明顯高于其他廢物。調整攝像頭焦距，在監視器上仔細觀察此罐，其形狀和大小與所要抓取的不銹鋼罐基本一致，由此確認此罐即是高放不銹鋼廢物罐。

2）不銹鋼罐高放廢物抓取、裝桶、封蓋

將屏蔽容器放置在轉運小車上，屏蔽容器蓋放置在屏蔽容器旁，將屏蔽容器停放在氣帳內合適位置。用機器人攜帶的抓斗輕輕抓住罐體，為防止用力過猛導致罐變形或用力過輕導致罐掉落，在操縱鍵盤上輕點按鈕，使抓斗閉合抓牢并鎖緊，按照事前模擬好的運動路線，將廢物罐迅速從坑中移至屏蔽容器上方。操縱工具旋轉按鈕，調整廢物罐的擺放位置，使罐底正對屏蔽容器口。開啟機器臂，緩慢下移，直至罐的1／2進入屏蔽容器內時，松開抓斗，使廢物罐落入屏蔽容器內。用機器人抓斗抓住屏蔽蓋，并蓋在屏蔽容器口，旋轉屏蔽蓋，直至鍵槽相吻合，使蓋與屏蔽容器完全密合。將屏蔽容器運至處理間，人工擰緊螺栓，將屏蔽容器暫存于處理間。

在庫坑3m處共發現2個罐。將2個罐回取后，庫坑劑量值明顯下降。用機器人在坑中翻找，未發現其它廢物罐。經分析認為，6個罐可能是在不同時間或以不同方式放入庫坑的，因此，它們并不在同一位置。繼續回取其它低放廢物，當回取到庫坑3.5m深時，庫中只剩下一層松散的土塊，且未發現庫坑進水的跡象。用長桿式γ輻射劑量率儀測量土層表面，顯示局部區域劑量率偏高，用機器人帶動抓斗進行仔細翻找，相繼找到了4個不銹鋼罐，并與記錄源項相符。為此，用同樣方式對這些罐進行抓取、裝入屏蔽容器，屏蔽容器封蓋、轉運和暫存。

3）不銹鋼罐高放廢物表面劑量測量

在將不銹鋼罐裝屏蔽容器前，劑量人員穿鉛衣和氣衣，進入氣帳，用長桿式γ輻射劑量率儀測量6個不銹鋼罐表面劑量，測量結果為100～1 000mSv／h。

5 去污

廢物回取、整備工作完成后，對廢物庫內、外環境，氣帳內，包括氣帳內壁、地面和BROKK機器人主機、工具頭和配件等，進行全面的污染檢查和去污。根據污染測量結果，選擇了不同去污方式、去污流程及方法［3］。特別是針對機器人及工具，采取了細致的污染檢測和去污。

6 結論

1）采用“氣帳－機器人”系統，在遙控操作下，對坑式廢物庫的高放廢物進行回取處理是行之有效的。

2）在進行回收前，進行模擬試驗可培訓操作人員，優化回取方案。因此，在危險程度較高的放射性操作中，進行模擬試驗非常必要。

3）建立氣帳有效地防止了氣溶膠擴散，保證了操作人員與環境的輻射安全。

采用多種輻射監測儀表，以準確判定高放固體廢物存放位置，為廢物罐的回取提供重要依據。

［1]劉春秀.城市放射性廢物庫源項調查報告：02固體廢物庫源項調查［R］.北京：中國原子能科學研究院，1998.

［2]IAEA.Retrieval and conditioning of solid radioactive waste from old facilities，technical report series No.456［R］.Vienna：IAEA，2007.

［3]羅上庚.放射性廢物處理與處置［M］.北京：中國環境科學出版社，2007.