福清核電廠輻射工作場所設計輻射分區調整優化建議

楊威

中圖分類號：TM623 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2019）11-156-02

摘 要 在核電廠輻射分區設計中，輻射分區基于比較保守的設計源項確定，而在電廠實際功率運行過程中，一回路冷卻劑裂變產物放射性活度遠低于其設計值，部分工作場所的輻射水平遠低于其輻射分區邊界值，為實現電廠工作人員職業照射最優化控制，福清核電廠對部分需要經常進出開展工作的場所的設計輻射分區進行了優化調整。本文主要介紹了福清核電廠實際運行過程中設計輻射分區存在的問題、調整優化的分析依據、分析方法、計算分析等方面論證輻射分區調整的可行性。

關鍵詞 核電廠 輻射分區 優化分析

一、背景

福清核電廠M310堆型機組運行工況下的廠房輻射分區設計基準源項為反應堆內燃料元件包殼破損率保持在0.25%條件下，一回路冷卻劑裂變產物放射性比活度歸一到37GBq/t I-131當量比活度的源項。在核電廠實際功率運行過程中，一回路冷卻劑裂變產物放射性活度遠低于設計值，控制區內有工作需求的紅、橙區房間的實際劑量率水平也遠低于設計輻射分區劑量率下邊界值。按運行工況下的廠房設計輻射分區標準進行核島廠房輻射分區過于保守，對正常安全生產活動造成較大影響。

二、設計輻射分區存在的問題

在福清核電廠正常功率運行過程中，核島廠房部分輻射分區為紅橙區的房間，根據電廠實際需求，需經常進行運行定期巡檢和操作、輻射防護巡檢和測量、系統設備定期試驗與維修等工作。根據核電廠管理要求，進入及在橙區、紅區開展日常生產活動需要通過嚴格的許可審批手續，且需要輻射防護人員陪同，對于劑量率水平實際較低的房間，反而會造成核電廠集體劑量的增加，同時也提高了管理、運維等成本。主要問題如下：

1、工作人員經常進出劑量率水平遠遠低于紅、橙區標準的房間，勢必使工作人員對紅、橙區房間輻射風險意識降低，進而疏忽高輻射風險的存在；

2、根據公司管理程序要求，紅、橙區房間上鎖管理，過多的不必要的上鎖房間，可能影響機組出現異常情況下的人員迅速響應（運行緊急操作、火警響應等）；

3、工作人員進入紅、橙區作業前，輻射防護人員必須首先進入作業區域，對區域的劑量分布和熱點進行測量，并進行全過程的監控，增加了受照人員數量和停留時間，造成集體劑量的增加；

4、根據輻射防護定期測量數據，部分紅、橙區房間輻射水平遠遠低于場所分區的下限值，基本處于綠區和黃區水平，過多的紅區和橙區房間的設置，造成電廠管理人員對實際高輻射風險區域關注度的分散。

對于我國典型二代加核電機組，設計輻射分區的基準源項均采用37GBq/t I-131當量比活度的源項，而在核電廠實際功率運行過程中，主回路源項遠遠低于此值。為滿足現場實際工作需要，基于較為現實的輻射源項和輻射防護管理優化，在滿足人員輻射安全的基礎上，需對人員經常出入的部分紅、橙區房間的輻射分區進行調整。因此需要采取合理可行的論證分析方法進行分析，以確保輻射分區調整的可執行性。

三、輻射分區調整優化的論證分析

針對福清核電廠M310堆型機組設計輻射分區存在的問題，不便于現場工作的開展，需對相關區域的設計輻射分區進行調整可行性分析。

（一）輻射分區擬調整范圍

福清核電廠輻射分區調整優化的對象主要是針對工作人員經常出入的紅、橙區房間，根據福清核電廠和同類型機組電廠的運行經驗反饋及現場實際輻射水平狀況，梳理出福清核電廠每單元兩臺機組共80個設計輻射分區為紅橙區的房間，這些房間實測劑量率水平遠低于相應分區劑量率下邊界值，甚至處于綠區或黃區水平。

（二）輻射分區調整優化的分析依據

福清核電廠M310堆型機組核島廠房設計輻射分區所采用的設計源項是機組運行技術規格書規定的運行限值37GBq/t I-131當量，當主回路I-131當量比活度達到37GBq/t時，需要在6小時內開始向蒸汽發生器冷卻停堆模式（NS/SG）后撤，考慮到機組進入NS/SG模式后，主回路中的裂變產物不會增加，因此將反應堆冷卻劑中的比活度歸一化到37GBq/t I-131當量比活度做為機組正常運行工況下的設計基準源項。

我國已運行M310機組的核電廠的經驗反饋及福清核電廠的監測數據，機組功率運行期間，主回路運行裂變產物實測值遠小于設計值，基于主回路源項設計值確定的輻射分區對應的場所劑量率也遠大于實際運行期間的劑量率水平，并在功率運行工況下，沒有達到4.44GBq/t I-131當量的運行狀態。根據法國核電廠的運行經驗，4.44GBq/t I-131當量裂變產物比活度為主冷卻劑中裂變產物源項運行經驗反饋數據的最大值，可包絡電廠正常運行狀態下一回路冷卻劑裂變產物源項實測值。另外，根據化學和放射化學技術規范要求，當I-131當量瞬時比活度超過4.44GBq/t時，必須根據相關技術規范要求采取監督與控制措施，可確保機組運行安全與輻射安全。

綜上，以4.44GBq/t I-131當量作為輻射分區優化調整的現實輻射源項，一方面可對電廠運行狀態下的輻射源項很好包絡，另一方面，相比37GBq/t I-131當量下的源項假設來說，更加現實。將放化規范I區的上限值4.44GBq/t的I-131當量作為正常運行情況下輻射分區的現實源項基準，對輻射分區的調整是可接受的。

（三）輻射分區調整優化的分析方法

按照輻射分區調整優化的現實源項，對調整輻射分區的所有房間逐一開展精細計算分析，以論證輻射分區調整的可行性。首先確定房間內的放射性設備，根據放射性設備所屬系統、該系統在功率運行期間的運行情況確定設備源項，進而進行計算分析。同時，計算時根據相關設備實際運行情況、現場實際布置情況及實際輻射水平狀況等進行合理優化。

為了保證理論分析結果的可靠性，對37GBq/t I-131當量和4.44GBq/t I-131當量下的一回路冷卻劑源項重新進行計算分析：

1、若37GBq/t I-131當量和4.44GBq/t I-131當量一回路冷卻劑源項下，房間的劑量率水平均低于擬調整輻射分區上限值，則該房間可進行輻射分區調整。

2、若37GBq/t I-131當量一回路冷卻劑源項下，房間的劑量率水平高于擬調整輻射分區上限值，而4.44GBq/t I-131當量一回路冷卻劑源項下，房間的劑量率水平低于擬調整輻射分區上限值，則結合現場輻射監測數據綜合分析輻射分區調整的可行性，并充分考慮現場輻射風險控制措施，以確保工作人員的輻射安全。同時考慮源項計算的不確定性及瞬態的影響，各房間劑量率計算時考慮2倍安全系數。

3、若37GBq/t I-131當量和4.44GBq/t I-131當量一回路冷卻劑源項下，房間的劑量率水平均高于擬調整輻射分區上限值，則該房間不可進行輻射分區調整。

（四）計算結果及分析

對于調整的輻射分區房間進行可行性分析，主要包括該房間內的放射性設備布局及設備源項、計算結果、實測輻射水平等方面進行調整分析。本文以上充泵房間輻射分區調整進行可行性分析介紹。

化學和容積控制系統上充泵間，輻射分區設計為橙區。房間內的主要放射性設備是化學和容積控制系統上充泵及相關管道，其主要功能為將一回路冷卻劑輸送回反應堆主回路系統。根據NB20194-2012《壓水堆核電廠輻射屏蔽設計準則》，主要考慮上充泵房間RCV相關管道的劑量率貢獻，表面劑量率計算結果見下表第三列所示，位于橙區劑量率水平范圍內。根據上述計算結果可知，采用37GBq/tI-131當量主冷卻劑裂變產物設計基準源項，劑量率超過了黃區上限值。實際上，上充泵及相關管道中的冷卻劑經過了化學和容積控制系統的過濾器、除鹽器的過濾除鹽除氣作用，其中的裂變產物和活化腐蝕產物的大部分已被去除。在進行輻射分區優化時，采用4.44GBq/t I-131當量下的一回路冷卻劑源項及過濾除鹽除氣作用后，表面劑量率計算結果見下表第四列所示，位于黃區劑量率水平范圍內，因此根據理論計算結果，該房間滿足黃區的劑量率控制要求。

除了理論計算之外，對上充泵間的歷史定期測量數據進行了統計分析（測量點位與理論計算點位相同），上述三個房間在功率運行狀態的場所劑量率實測值最大為21μSv/h，為黃區水平，因此滿足輻射分區調整的要求。

綜合理論分析結果及場所劑量率實測值統計結果，上述三個房間的劑量率水平均低于黃區劑量率上限值，接近于下限值，因此可將功率運行狀態下的輻射分區調整為黃區。

（五）輻射分區調整實施情況及效果

按照以上可行性分析，基于輻射防護最優化原則，綜合4.44GBq/t I-131當量工況下劑量率、機組運行以來的日常監測數據、參考同行核電廠的輻射監測數據以及工作人員現場工作情況等因素，福清核電廠通過對逐個房間進行調整可行性分析，共論證了80個紅區和橙區房間分區調整的可行性，將12個紅區房間和67個橙區房間調整為黃區，1個紅區房間調整為橙區。

福清核電廠M310堆型機組輻射工作場所設計輻射分區的優化調整，更加便于現場管理和操作，切實解決了各專業巡檢、操作、測量及設備檢修等進入這些房間層層復雜審批手續，節約了工作準備和實施的時間，降低了不必要的管理成本，更加有利于日常生產活動的開展；同時增強了工作人員對高輻射風險的認識，消除了潛在的人因失誤和意外照射風險，更加有利于輻射防護工作的管理；同時更加有利于機組異常工況下的快速響應，消除了潛在的核安全隱患。

四、結語

核電廠正常運行狀態下輻射分區的設計與優化，應根據已運行核電機組長期運行經驗，在遵守相關法規標準的基礎上，采用4.44GBq/t I-131當量下的一回路裂變產物源項作為現實執行的輻射分區源項，并考慮實際的系統設備源項參數，結合場所劑量率實測值進行綜合分析，給出較為現實的輻射分區，作為核電廠正常運行狀態下的輻射分區管理具有較好的可執行性，可有效降低核電廠集體劑量和管理等成本，更加有利于機組異常工況下的快速響應和工作人員的輻射安全受控。