移動式屏蔽檢查熱室輻射防護解決方案

張志鵬 茍家元 孫 宇 劉艷芳 吳 耀 黃 聰 金 濤

（中國核動力研究設計院 四川省退役治理工程實驗室，四川 成都610005）

熱室是一種進行高放射性試驗和操作的屏蔽小室，在乏燃料檢查、材料輻照性能確認、放射化學實驗等方面發揮著重要作用。傳統的熱室通常都固定在核設施建筑體內，由很厚的重混凝土墻包裹，以防護γ 放射性。傳統的熱室要實現功能，強放射性物項必須遠距離轉運至熱室專用接收孔道內。考慮強放射性物項遠距離運輸的困難性，傳統固定式熱室在事故應急、就近快速測量等情況下存在機動、靈活性不足問題。為解決機動、靈活性不足的問題，中國核動力研究設計院研發設計了移動式屏蔽檢查熱室。該移動屏蔽檢查熱室可模塊化地拆卸、運輸到需要的地點，進行快速組裝實現對相關強放射性物項的檢查，具備較好的靈活性和機動性。

傳統的固定式熱室本身在核設施建筑體內，位置不移動，環境也基本不變化，其輻射分區、排放控制、輻射監測等輻射防護方案可直接沿用標準成熟的核設施輻射防護體系，而相關體系已非常成熟。但新的移動式熱室由于具備了靈活性和機動性，其輻射防護工作的實施和落實產生了一系列新的問題，如：怎么配套實現靈活分區管理；如何對應實現輻射監測；廢物管理如何實現等。為解決相關問題，踐行實現輻射防護的最優化，本文在分析移動式屏蔽檢查熱室結構組成的基礎上，結合相關輻射防護標準及體系，對移動熱室輻射防護解決方案進行了研究。

1 移動式屏蔽檢查熱室概述

移動式屏蔽檢查熱室由基座、不銹鋼殼體、鑄鐵屏蔽模塊、窺視窗等單元模塊組成，結構示意圖見圖1。其主要的輔助系統包括操作控制系統、視頻檢查系統、輻射監測系統、通風系統、轉運系統、去污系統、特排系統等。平時移動式屏蔽檢查熱室以單元模塊的形式存放在指定位置，需要時可使用汽車或火車運輸至相關位置，進行組裝后實現對放射性物項的檢查。

圖1 移動式屏蔽檢查熱室結構示意圖

2 輻射防護劑量限制體系

輻射防護劑量限制體系是輻射防護設計的基礎，以滿足并保證劑量限制體系要求為目標，開展輻射防護系統細化設計。根據相關標準并結合移動式屏蔽檢查熱室運行實際情況，移動式屏蔽檢查熱室輻射防護劑量限制體系的主要內容包括：

2.1 劑量限值

按照GB18871-2002 的規定，任何工作人員連續5 年的年平均有效劑量限值為20 mSv，任何一年的有效劑量不超過50 mSv，眼晶體的年當量劑量不超過150 mSv，四肢或皮膚的年當量劑量不超過500 mSv[1]。

2.2 劑量約束

2.2.1 職業照射

移動式屏蔽檢查熱室主要用于在相關核設施開展臨時性的檢查，其職業照射一方面應符合GB18871-2002 的相關規定要求，另一方面應滿足相關核設施職業照射個人約束值的要求。結合運行實際和相關經驗，將移動式屏蔽檢查熱室工作人員職業照射的個人劑量約束值定為1 mSv/月與相關核設施職業照射個人約束值中的較小值。

2.2.2 公眾照射

根據GB6249-2011 的規定，任何廠址的所有核動力堆向環境釋放的放射性物質對公眾中任何個人造成的有效劑量，每年必須小于0.25 mSv 的劑量約束值[2]。

2.3 放射性流出物排放控制

移動式屏蔽檢查熱室在運行過程中可能需排放少量氣載或液載流出物。其排放一般應納入到相關核設施排放控制體系中進行管理和控制。若出現特殊情況，應結合實際情況確定排放控制水平，并上報審管部門審批認可后執行。

3 輻射防護解決方案考慮

根據相關標準和移動式屏蔽檢查熱室輻射防護劑量限制體系要求，開展移動式屏蔽檢查熱室輻射防護解決方案設計，從源項及屏蔽、通排風、輻射分區及管理、輻射監測、事故處理等要素進行相關細化考慮。

3.1 源項及屏蔽

移動式屏蔽檢查熱室主要通過鑄鐵屏蔽模塊、窺視窗（外形結構參見圖2）實現防護屏蔽。為減少人員受照，保障工作人員在移動熱室外較長時間停留、操作過程中的輻射安全，設計保證移動式屏蔽檢查熱室外的輻射防護分區滿足控制Ⅰ區輻射水平（≤7.5 μSv/h）[3]。為達到該設計目標，通過MCNP 程序建模開展屏蔽計算設計。參見圖3，以預計最大處理源項下保證c 點和b 的輻射水平均≤7.5μSv/h 且有1.5 倍保守余量進行屏蔽計算，根據計算結果確認屏蔽模塊的最小厚度為 和窺視窗的最小厚度。

圖2 鑄鐵屏蔽模塊、窺視窗示意圖

圖3 移動式屏蔽檢查熱室MCNP 屏蔽計算模型圖

3.2 通排風設計

根據輻射防護的要求，屏蔽檢查熱室在使用期間需要保證內部負壓。配套設計通排風系統：屏蔽檢查熱室進風采用自然進風，前端安裝中效過濾器過濾氣體雜質。后端設計配套排風風機，保證內部負壓。同時，對移動式屏蔽檢查熱室指定的幾處使用場所進行排風接口改造，通過臨時連接的風管和閥門切換實現對接，由配套場所的排風過濾系統實現排風過濾。此外，配套移動式中效和高效過濾裝置，根據需要接通并開啟，保證氣載放射性流出物經過有效處理。

3.3 輻射監測系統

為保護人員、環境的輻射安全，針對性開展輻射監測系統設計，配套輻射監測包括個人劑量監測、工作場所監測、流出物監測和環境監測等。

個人劑量監測包括放射性工作人員的職業性外照射監測和內照射監測。外照射監測采用熱釋光個人劑量計完成；內照射個人劑量監測采用人體計數器測量系統完成。

工作場所監測包括屏蔽檢查裝置內和工作場所的γ 輻射水平監測、工作場所空氣污染監測，以及工作場所墻面、地面、設備表面、工作服和工作人員的體表污染監測。設置電離室探測器、GM管探測器、便攜式污染測量儀等儀器設備。電離室探測器量程寬、耐輻照，用于測量熱室內γ 輻射水平；GM管探測器用于工作場所的輻射水平測量；便攜式表面污染測量儀用于測量工作場所的墻面、地面、設備表面、工具、工作服、人體表面的污染，測量結果用于指導去污、改善管理等。

流出物包括液態流出物和氣載流出物。設置氣載流出物監測系統，系統由氣載流出物取樣系統、氣溶膠連續監測儀、惰性氣體連續監測儀等組成（原理示意見圖4）。惰性氣體連續監測儀、氣溶膠連續監測儀均為帶移動輪的可移動式設備，用于連續監測氣載流出物中惰性氣體/氣溶膠的活度濃度。氣載流出物取樣系統作為連續監測功能的補充，可實現氣載流出物中氣溶膠和碘的取樣。取樣系統是一套非標設備，便攜可移動，具有累積流量停泵、定時停泵功能，取樣流量全量程可調。此外，取樣系統提供相關配套的快速接頭和儀表測量管延長管，可實現與移動熱室氣載流出物監測進出口、惰性氣體連續監測儀、氣溶膠連續監測儀的快速連接，從而構成一套較全面的可移動式氣載流出物監測系統。移動式屏蔽檢查熱室產生的放射性廢液計劃統一收集后，視情況由現場廢水處理系統或轉運處理，處理或轉運前進行取樣后實驗室分析測量。由于廢液量較少且無單獨的液態流出物排出，故不專設相應的連續監測設備。

圖4 氣載流出物監測系統原理示意圖

移動式屏蔽檢查熱室配套輻射監測設備均設計采用卡套、快換接頭等易快速拆卸、安裝的接口，同時配套運輸包裝箱，實現方便快捷地拆卸、安裝及運輸。

3.4 污染控制

在移動式屏蔽檢查熱室熱運行之后，不可避免地會產生放射性物質溢出或放射性活化，在移動式熱室拆裝過程中，這些物質將大大增加人員受照劑量，影響輻射防護工作開展。因此，一方面配套專用去污設備，包括：配置一套用于移動式屏蔽檢查熱室去污的便攜設備；配套一套工業吸污機，用于吸除移動熱室殼體內的微小放射性廢物及粉塵；此外，移動熱室內部機械手也可以夾持相關工具進行去污操作。另一方面，移動式屏蔽檢查熱室里層為可拆卸不銹鋼殼體，根據需要可對污染嚴重的不銹鋼殼體進行模塊化更換。

3.5 輻射分區及管理

根據移動式屏蔽檢查熱室現場情況，建立臨時控制區（參見圖5），進行臨時分區管理：

3.5.1 在移動式屏蔽檢查熱室組裝的同時，采用實體隔離警示帶在相關操作邊界建立臨時控制區；

3.5.2 控制區各個邊界合適位置設置明顯的電離輻射警示標識；

圖5 臨時控制區參考示意圖

3.5.3 建立臨時衛生管理措施和制度：在臨時控制區適當位置預留唯一開口，作為臨時通道門，人員必須從臨時通道門進入。臨時通道門附 近設置輻射防護用品發放點和廢物收集點。人員進入臨時通道門必須按規定領用并穿戴好防護用品，出臨時通道門需經過必要的表面污染測量并按規定分類處理好相關廢物。

3.5.4 若有放射性物項進出移動式屏蔽檢查熱室需求，臨時移開隔離警示帶，建立物流通道，物項進出過程中無關人員撤離，并注意監測和防護，放射性物項運離后，恢復臨時分區。

3.5.5 應定期開展臨時控制區及其附近區域的輻射監測工作，對發現的污染區域進行及時去污，確保移動式屏蔽檢查熱室運行不造成污染擴散。

3.6 事故處理

移動式屏蔽檢查熱室可能出現的主要事故工況為強放射源轉運過程中跌落或卡住。為保證事故工況相關人員能合理有效地開展處置工作，基于輻射防護考慮，要求建立事故應急預案，預案應從各方面充分保證“事故工況下的劑量水平不超標”。事故應急預案建立后，應進行必要地應急培訓和演練。

3.7 廢物管理

移動式屏蔽檢查熱室組裝、運行過程中可能產生放射性廢物。廢物應統一收集，避免擴散。固體和液體放射性廢物首先應進行統一收集，收集的廢物應根據現場核設施相關的廢物管理規定和流程，在業主的配合下進行轉運和處理；若出現特殊情況，移動式屏蔽檢查熱室運行區域確實無法進行廢物處理的，應及時上報，根據上級管理部門的指示對收集廢物進行存放和轉運等工作。氣載流出物通過通排風系統的過濾裝置過濾處理，并通過氣載流出物監測系統實時監測，確保受控排放。

3.8 其它輻射防護措施考慮

移動式屏蔽檢查熱室存在運行、拆除、安裝、運輸4 種不同的工況，上文描述的輻射防護內容主要針對運行工況。針對其它相關工況，主要有以下輻射防護考慮：

3.8.1 輻射防護體系和措施應結合現場實際和設施運行情況，根據合理、可行、盡量低的原則進行不斷優化和完善；

3.8.2 無論何種工況，應確保人員的輻射防護用品配備并穿戴到位，輻射水平、表面污染、個人劑量等現場監測設備到位，根據輻射監測設備的數據結果，采用靈活、合理、有效地輻射防護措施，保障人員、設備、環境的輻射安全；

3.8.3 移動式屏蔽檢查熱室拆除前應確保熱室內部已經過反復去污，輻射水平在盡量低的水平；

3.8.4 在移動式屏蔽檢查熱室拆除、安裝或其它劑量較高操作過程中，應注意采取加強人員培訓提高熟練程度、配套遠程操作工具、完善并穿戴號勞保防護用品、合理分配人員劑量等多種劑量控制手段，減少人員受照劑量；

3.8.5 移動式屏蔽檢查熱室的運輸工作應按照相關放射性物項運輸、管理的要求嚴格執行。

3.9 輻射防護人員配置考慮

根據移動式屏蔽檢查熱室實際情況以及輻射防護與監測的工作量，建議移動式屏蔽檢查熱室運行期間至少配備兩名輻射防護人員。相關人員的工作內容參見表1。

表1 輻射防護人員考慮

4 結論

針對移動式屏蔽檢查熱室輻射防護工作中的一系列問題，本文在參考現有核設施輻射防護體系建設標準的基礎上，梳理了移動式屏蔽檢查熱室輻射防護劑量限制體系，開展移動式屏蔽檢查熱室輻射防護解決方案設計，從源項及屏蔽、通排風、輻射分區及管理、輻射監測、事故處理等要素進行相關細化考慮。相關成果和經驗不僅僅適用于移動式熱室的輻射防護系統，同時在類似移動涉核設施輻射防護體系建立方面有一定的推廣和借鑒價值。