某壓水堆核電廠輻射控制區氚化水蒸汽監測

馬來山， 張志強， 崔進， 李文國

(廣西防城港核電有限公司， 廣西 防城港， 538001)

0 引言

壓水堆核電廠在日常運行及停堆大修階段均會產生放射性核素氚(3H)，氚在環境中存在的形態主要有3中：氣態氚(T2、HT)、氚化水(HTO)和有機結合氚(OBT)。核電廠氚最常見的形態是HTO，工作場所中的HTO又主要是以氚化水蒸汽的形式存在[1]。

在壓水反應堆運行過程中會產生氚，且無法通過設備去除，只能在電站壽期內逐年控制排放。隨著核電廠運行時間的增加，氚的產生量也會相應增加。

壓水堆核電廠廠房空氣中的氚化水蒸汽主要來源于反應堆一回路水的滲漏、擴散和蒸發。與其它氣態放射性核素不同之處是乏燃料存貯廠房、換料時反應堆廠房充水階段廠房空氣中的氚水蒸汽濃度相對較高。其原因在于，乏燃料存貯水池和反應堆換料水池均是一種開放形式的水池，水池與廠房空氣的接觸面積大約分別為150 m2和120 m2，因此水池中的氚水通過水池表面以蒸發的形式擴散到廠房空氣中去。

氚對人體的影響時段主要是在核電廠大修階段。運行階段RX廠房是封閉的，人員進入幾率低。大修階段一回路設備開口后、充排水操作均會增加氚的釋放，好在大修階段人員大量進入RX廠房時，通風系統已經投入運行，這使得RX廠房的氚濃度能大幅度降低；大修期間KX廠房的燃料操作也會導致KX20m氚濃度有所變化，由于通風系統(DVK)的正常運行，氚濃度也是在可以接受的范圍之內。目前國內各壓水堆核電廠均不開展氚致內照射劑量監測。

國內同行對壓水堆核電廠氚的研究結論是：一回路冷卻劑中的氚濃度是逐年累計增加的，但對核電廠工作人員的集體劑量和個人劑量的影響很小；由于氚濃度升高的趨勢明顯，有必要跟蹤關注[2]。

1 某核電廠氚測量情況

為確認核電廠工作場所氣態氚濃度實際情況，2019年10月至2020年4月，某核電廠對輻射控制區內部分有代表性的房間進行了氣態氚采樣測量。

1.1 現場采樣

1.1.1現場狀態

運行期間，采樣時1、2號機組均100% Pn滿功率運行、無燃料操作；大修期間，采樣時1號機正常停堆大修(第3次換料大修)，2號機100%Pn滿功率運行，采樣期間1號機反應堆廠房和燃料廠房有燃料操作。

1.1.2采樣選點原則

(1) 根據氚濃度在不同場所的分布情況，選取采樣點，如：輻射控制區邊界所在房間(電氣廠房L215)；一回路輔助系統管線區域(連接廠房W217，核輔助廠房NA219)；水池周邊區域〔反應堆廠房20 m (RX20m)，燃料廠房20 m (KX716/KX756)〕。

(2) 現場工作人員可能有較多停留的場所，如：核輔助廠房(N270)。

1.1.3采樣位置

運行期間：K716、K756、N270、W217、NA219、L215。

大修期間：RX20m、RX8m、K716、N270、W217、NA219、L215。

1.1.4樣品采集

氚采樣器型號為MARC 7000(法國SEDC生產)，含4個串聯的鼓泡采樣瓶，每個鼓泡采樣瓶均添加160 mL除鹽水，制樣時四個瓶子樣品混合后再進行測量，采樣流量為20 L/h。

采樣前采樣器進行了流量校準，確保采樣設備的可靠性。每次采樣過程中對采樣裝置的鼓泡瓶潤洗3次，并且每次換用新的采樣瓶。

采樣過程中，由2人執行(1人操作，1人監護)，確保采樣過程不出現人因失誤；采樣區域進行隔離，防止人員誤碰設備。采樣過程中每天對采樣設備巡檢3次，防止現場環境變化對采樣結果的影響。

1.2 樣品測量

樣品測量所用儀器為Tri-Carb 3180 TR/SL液閃譜儀，譜儀在檢定有效期內(2019年3月15日—2021年3月14日)，水中樣品儀器探測限為1.64×104Bq/m3。

配樣操作為5 mL樣品+15 mL ULTIMA GOLD LLT閃爍液，樣品本底約2 cpm，氚計數效率為29.01%。

測量模式選用low level模式，能量范圍0～18.6 keV，測量時間為20 min，每次測量分析都同時進行質控源的分析，質控源偏差均小于5%，以保證測量數據的可靠性。

1.3 監測結果與分析

1.3.1運行期間監測結果

某核電廠運行期間主要廠房空氣中HTO濃度監測結果列于表1。

表1 某核電廠運行期間工作場所空氣中HTO濃度監測結果

由表1可見，HTO濃度較高的區域為乏燃料水池所在區域(K716，K756)，最大值9.2×102Bq/m3；其次是W217，測值為101Bq/m3級；其他區域均低于測量的探測限。

1.3.2大修期間監測結果

大修期間(第三次燃料循環大修)主要廠房空氣中HTO濃度監測結果列于表2。

由表2可見，HTO濃度較高的區域為RX廠房和乏燃料水池區域(K716)，最大值為3.14×103Bq/m3(最大值位于RX20 m水池旁邊，RX和KX廠房測量時均有燃料操作)；其次是W217，測量值為101Bq/m3級；其他區域均低于測量的探測限。

1.3.3監測結果分析

從運行期間和大修期間主要工作場所空氣中HTO濃度的監測結果可以看出：

(1) 大修期間KX廠房20 m空氣中的HTO濃度高于運行期間1個量級。

(2) 各監測點HTO濃度分布和理論分析的結果一致，HTO濃度由高到低的場所依次為：水池所在場所(RX20m，KX20m)；與主回路直接相連接的一回路輔助系統管線所在區域(W217)；輻射控制區內其他區域(N270)；輻射控制區邊界(L215)。

表2 某核電廠第三次大修期間主要廠房空氣中HTO濃度監測結果

2 同類電廠對比分析

為了進一步驗證某核電廠運行和大修期間空氣中氚測量結果的準確性和可靠性，根據文獻[3]收集了國內同類核電廠B某次大修的監測數據，進行對比分析。

國內核電廠B某大修期間主要廠房HTO濃度監測結果見表3[3]。

由表3可見，大修期間測量最大值為1.469×104Bq/m3，由RX20m水池旁邊測得；KX廠房測量結果為102Bq/m3級；W217廠房測量結果為101Bq/m3級；其他區域均為100Bq/m3級。

通過對比表2、表3可以看出：

(1) 大修期間廠房空氣中HTO濃度分布兩個電廠情況一致，由高到低依次為RX廠房、KX廠房、一回路輔助系統管線所在房間、9NX和控制區邊界處。

(2) 對應廠房監測結果處同一量級：RX廠房為103～104Bq/m3級；KX20m為102～103Bq/m3級；W217為101Bq/m3級；9NX和控制區邊界為100Bq/m3級或低于探測限。

3 結論

我國核行業標準《氚內照射監測大綱的最低要求》[4]中規定：“工作人員經常出入和停留場所空氣中的氚水蒸汽濃度可能超過8×104Bq/m3(1/10導出空氣濃度)時，應進行氚內照射個人監測。”

表3 核電廠B第一次大修期間主要廠房空氣中HTO濃度 (Bq/m3)[3]

某壓水堆核電廠運行初期，機組正常運行及大修期間，相關工作場所空氣中HTO濃度監測值最大為3.14 ×103Bq/m3，低于《氚內照射監測大綱的最低要求》規定的進行氚內照射個人劑量監測的限值要求。因此，在此期間該核電廠相關的現場工作人員無需采取額外的氚防護措施和進行氚內照射劑量監測。