核電廠典型放射性熱點的管理控制與優化

陳琛祥，曾進忠，倪 偉，黃 剛，何俊男

(中核核電運行管理有限公司保健物理二處，浙江 海鹽 314300)

隨著社會的發展，環保意識的增強，加上日本福島事故以及國內“5.7南京放射源丟失事件”的輿論影響，人們對核能發展持越來越謹慎態度。只有消除公共領域對核能發展的擔憂與恐懼，才能為核能可持續發展創造一個良好的輿論環境，這就要求各核能利用單位和部門不斷提高輻射防護業績，以人為本，切實減少放射性對人類和環境的不利影響。因此如何降低現場輻射水平，減少人員的受照劑量，貫徹清潔電廠的理念，是核電企業一個長期研究的課題，而放射性熱點的有效管控將是最為切實可行的重要手段。

沉積在回路表面的活化腐蝕產物對工作人員的集體劑量有主要貢獻，一般80%～90%的核電廠人員集體劑量均來自于沉積活化腐蝕產物的貢獻。腐蝕產物產生于核電廠結構材料的內表面，因為堆芯內的主要結構材料為鋯合金，其產生的腐蝕產物相對較少，而堆芯外表面為腐蝕產物的主要貢獻者。在堆芯外回路結構材料表面產生的腐蝕產物可以釋放到冷卻劑、并且轉移到反應堆堆芯中，有一定的份額沉積、被活化，并且可能通過持續的交換過程重新釋放到冷卻劑中[1]。

在電廠長期運行過程中，冷卻劑中的活化腐蝕產物不斷沉積在主系統及其輔助系統的設備、閥門、管道內壁，隨著核電機組堆齡的增加，形成放射性熱點，且數量逐漸增多。這些放射性熱點輻射水平較高、不易消除，是核電廠輻射控制區部分區域或房間輻射水平升高的主要原因，也是運維人員受照劑量的主要來源。

1 國內核電廠放射性熱點管理現狀及問題

目前，國內大部分核電廠對放射性熱點管控體系建設的系統化研究和實踐尚處于摸索階段，在管控和處置中普遍存在以下問題：

(1)電廠未建立熱點分析和處置的標準化管控制度，未建立完備的放射性熱點清單目錄，缺乏對熱點的統一、規范、專業化管理；

(2)電廠對熱點管控措施的研究不夠深入和豐富，長期停留在屏蔽、隔離等消弱源項影響范圍的手段上；

(3)電廠未建立熱點源項分析、處置機制，未從根本上消除或減少熱點源項的形成條件，從而達到治標治本、防治結合的目的；

(4)行業內尚未建立專業化、規模化的熱點源項分析和處理團隊，僅依托各電廠自身技術能力，技術力量薄弱，專業化不強；

(5)國內尚未建立同類型電廠熱點的分析、處置的標準模式，各電廠對外交流的良好實踐經驗，其推廣價值往往因其“特色”得不到同行認同，其他電廠難以吸收和借鑒，造成行業資源浪費。

2 典型放射性熱點的管控與優化體系

秦二廠輻射防護通過多年現場實踐與經驗積累，逐步建立了核電廠典型放射性熱點的管控與優化體系，并在摸索和創新研究中不斷發展完善，取得了良好的成效，具體方法如圖1所示。

圖1 典型放射性熱點管控與優化體系Fig.1 Typical radioactive hot-spot control and optimization system

2.1 建立完備的典型放射性熱點系列清單和分類管理方法

對核電廠的放射性熱點進行全面的梳理、排查，建立典型放射性熱點系列清單，并定期對清單中的熱點進行有效更新，實時掌握電廠熱點的特征信息。

2.1.1典型放射性熱點系列清單建立的數據基礎

典型放射性熱點系列清單的建立主要基于機組常規監測數據，并以操作監測、特殊監測的數據作為補充：

(1)常規監測：機組大修、小修、日常功率運行期間的輻射水平定期測量數據；

(2)操作監測：機組大修、小修、日常功率運行期間輻射工作介入的輻射水平測量數據；

(3)特殊監測：特定工況、運行模式變化、放射性系統投運、運行切換操作等情況下，部分放射性系統的輻射水平測量數據。

2.1.2典型放射性熱點系列清單中熱點的確定方式

典型放射性熱點系列清單中熱點確定,主要基于機組1個及以上燃料循環周期內的2.1.1節范圍的輻射水平數據，通過一定限制條件來篩選熱點，并在后續的各類監測活動中進行有條件的增補或刪減。熱點的選取條件為：接觸劑量率水平高于環境劑量率3 倍，且接觸劑量率達到0.5 mSv/h的點或局部[2]。以秦二廠為例，某點或局部接觸劑量率水平高于環境劑量率3倍，且接觸劑量率達到0.5 mSv/h，即判定為熱點。值得注意的是，熱點的判斷條件與所在房間的輻射分區無直接關系。

通過上述條件篩選，初步建立放射性熱點清單。清單中包括熱點的特征信息，包括但不限于：所屬系統及標識、輻射水平、所在區域。

圖2 核電廠典型放射性熱點清單的建立和更新方法Fig.2 Establishment and update method of typical radioactive hot-spot list in nuclear power plants

2.1.3典型放射性熱點系列清單分類管理方法

電廠放射性熱點受機組狀態、運行方式和運行水平、一回路水質等因素影響，各放射性熱點的特征可能是一個動態變化過程，如放射性水平、熱點位置等，建立放射性熱點清單分類管理制度，采取定期或不定期的監測方式，可以對熱點實施動態跟蹤和持續改進。一般分類原則是：

(1)長期固定熱點：采取最優化的管控措施，制定長期監測計劃，條件成熟的，應考慮措施以去除熱點源項；

(2)偶發性或可去除的熱點：通過2個以上燃料循環周期的監測，確認熱點的偶發性或去除后不再重復發生，綜合評估后可從清單中剔除，但須保存相關處理經驗；

(3)條件觸發類熱點：應在清單中注明其觸發的條件、歷史輻射水平，到達觸發條件前及時制定監測計劃和防護方案，進行有效管控。

2.2 建立放射性熱點的專項分析與處理制度

放射性熱點的特征是動態變化的,建立一套完整的放射性熱點的分析與處理制度，有利于對放射性熱點實施有效管控。

2.2.1建立放射性熱點分析制度

定期收集和更新放射性熱點清單中熱點的特征信息并進行分析，形成一套完善的分析制度，制度中要明確分析的要素、方法、成因。熱點的特征主要包括但不限于：所屬系統及標識、輻射水平、源項典型核素、所在區域、成因情況、劑量貢獻、危害影響、出現規律等，涉及系統運行、設備、材質、水質的熱點，成因復雜，可以組織專項分析。

通過上述信息的收集和分析，掌握熱點動態，確定熱點合適的處理時機、最優化的處理和防護方法，便于后續熱點的長期跟蹤和處理。

2.2.2建立放射性熱點處理制度

輻射防護部門對熱點的管控設定期望值，如：從源項考慮盡可能減少固定熱點的數量和降低輻射水平，對于無法去除或降低的熱點也應采取合適的管控措施，如屏蔽、隔離、警示等，確保各熱點均處于輻射防護監管之下。熱點的處置要以分析為前提，采取最優化的處置方法，最終以文件的形式進行固定，如處理方案、指南、操作單等。

因熱點成因的復雜性，使其在管控上很難一概而論、存在反復發生、處理效果不佳等可能性，需要在實踐中逐步摸索其處理的最佳方案。實踐中熱點處理經驗的積累，要周期性、系統化考慮并進行歸納，如按成因、系統、處理方法等，一般周期可為一個堆年。

2.3 開展典型放射性熱點管控與優化措施的研究和實踐

開展放射性熱點管控與優化措施的研究和實踐，有利于熱點管控與優化。對熱點對人和環境的輻射安全影響的評估作為其研究和實踐的主要參考依據，同時也要確保得到了充分的利益代價和最優化分析。

一般來說，人員經常活動的區域應優先考慮消除和降低放射性熱點輻射水平的方案，而人員活動較少的區域則可適當考慮采取警示隔離的方案，但從長期來看，要將消除熱點源項作為最終處置目標，以期滿足清潔電廠的要求。秦二廠通過多年現場實踐和研究，歸納了以下幾種管控與優化措施。

2.3.1通過系統沖排的方式降低放射性熱點水平

對于某些系統管道，設備熱點較多、輻射水平較高、影響區間較大的，可與運行、維修部門協作，采取以下兩種沖排方式降低放射性熱點水平。

(1)利用系統自身的循環凈化功能：采用對系統管道進行沖排的方式，持續局部循環，將熱粒子向下游沖洗，再利用下游的過濾器或除鹽床凈化[3]。

(2)利用可移動式沖排設備：對存在熱點的設備隔離、排空，兩端開口，利用壓縮氣體或除鹽水等正、反向多次吹掃或沖洗，并通過過濾器吸附、攔截沖出的熱粒子。

沖排過程中須監測熱點的變化情況，評估沖排的效果，沖排結束后，對熱點所處的下游管道或相關系統管道進行輻射水平調查，確認是否會出現新的熱點。

大修期間，因為各工藝系統疏排水操作導致核島疏水排氣系統(RPE)管線整體輻射水平大幅升高(尤其是通往工藝疏水箱(RPE003BA)的工藝疏水總管)，通過對該段管道進行沖洗，管線接觸劑量率能從幾十mSv/h降低到1 mSv/h以下，輻射水平整體下降明顯。對于沖洗后輻射水平仍然達到熱點判斷條件的，可作為放射性熱點進行管控。

2.3.2通過實施技術改造降低放射性熱點水平

出于運行規范要求或原設計缺陷，電廠留存了部分死管道、U型存水彎管，在設計上未考慮疏排水措施，造成管道更容易成為放射性熱點的積聚區。對于此類情況，可考慮采用技術改造的方式：

(1)對于死管道，可在管道尾部或低點增加疏排水手段、排水疏水閥門等；

(2)對于U型存水彎管，可在管道最低點增加疏排水手段、排水疏水閥門等。

實例：大修期間，一回路水位計處熱點劑量率通常在100～300 mSv/h，分析主要原因是水位計底部為盲板，無疏水設施，通過實施技術改造，調整了一回路水位計管線布置，熱點劑量率降低到0.5～3 mSv/h。

2.3.3通過調整檢修窗口時間，避開放射性熱點的影響

大修和日常功率運行期間，部分熱點的出現與機組的運行工況、一回路水位等息息相關，一般通過調整檢修窗口時間，避開熱點的高峰期來進行作業，主要方式有：

(1)閥體、管道、容器內部液體排空，輻射水平顯著升高。

熱停堆和低低水位期間主泵間的閥門和管道，前后輻射水平相差達到一個量級，滿足熱點判斷條件的，可作為熱點管控。特定的機組，熱點出現的位置均有其規律，通常根據歷史經驗在滿水階段開展屏蔽工作。

(2)某些系統管道、閥門在特定作業后，輻射水平會顯著升高。

壓水堆電廠裝/卸料結束之后，開展水池去污工作期間，重力疏排水管道、閥門輻射水平會顯著升高，如反應堆換料水池和乏燃料水池冷卻和處理系統的601、602號閥門(PTR601/602VB)及管線，輻射水平前后相差1～3個量級，從疏排水前的0.5～2 mSv，提高到了50～600 mSv。通常根據歷史經驗在疏排水前開展屏蔽工作。

(3)部分設施、設備的輻射水平較高，可考慮利用放射性自身衰變的規律，避開其熱點峰值。

裝/卸料操作導致燃料轉運倉的輻射水平較高，通常對轉運倉進行去污以降低其輻射水平，考慮該作業不影響大修進度，安排在大修結束1～2個月后開展，熱點及環境輻射水平顯著降低。

2.3.4通過屏蔽措施減小放射性熱點的影響范圍

屏蔽因其實施相對簡單靈活、材料價格適中、屏蔽效果明顯，成為核電廠對放射性熱點處置最常用的方式。隨著技術的進步，在屏蔽上不僅僅在是簡單的搭設鉛皮，而是已經朝著模型化、模塊化方向發展，實現屏蔽體的快速拆裝，從而降低屏蔽實施人員的受照劑量。

屏蔽體有以下三種：

(1)通用型屏蔽體:鉛皮、鉛帶、鉛塊，主要搭設在管道、腳手架、地面，搭設簡單，實施容易；

(2)模型式可組裝型屏蔽體:針對輻射水平高設備定制的，如閥狀屏蔽體、管狀屏蔽體、容器型屏蔽體，容易組裝，屏蔽效果好，自帶支撐結構，減少設備承重要求；

(3)移動式可組裝型屏蔽體：可遠離熱點安裝和拆除，利用自帶的移動裝置到達設定位置，極大地降低了屏蔽實施人員的受照劑量。

2.3.5通過警示帶和實體屏障來對放射性熱點實施隔離

對于人員活動極少的區間和場所，若存在放射性熱點，通常采用放置警示信息、拉設警示帶或實體屏障相結合的方式來進行管理，一般來說：

(1)放射性熱點對范圍內人員可能的潛在危害可控時，采用拉設隔離警示帶、放置警示信息的方式，提示人員快速通過、勿長時間逗留，一般不對人員實施進出許可控制；

(2)放射性熱點對范圍內人員可能的潛在危害較大時，采用搭設實體屏障和屏蔽，放置警示信息的方式，日常進行閉鎖管理，對人員實施進出許可控制。

2.4 建立典型放射性熱點的長效管控機制

典型放射性熱點清單中的熱點應實施長期監測計劃，對于處置過程中形成的良好實踐應進行歸納，逐步將放射性熱點管控、優化措施編制成標準化的文件。

2.4.1建立放射性熱點管控與優化的三級文件管理制度

根據熱點個體特征情況，包括但不限于所屬系統及標識、輻射水平高低、區域人員活動頻度、劑量貢獻大小、輻射危害影響、出現時機和規律、處理和防護難易程度等，編制不同等級的文件形式來進行管控，如熱點分析、處置方案、熱點處理行動指南、熱點處理操作單等。

(1)熱點管控專項分析、處置方案

方案應包含：詳細的成因分析、風險評估、影響范圍、處置時機和方法、歷史輻射水平、人員防護、監測計劃、經驗反饋等。

(2)熱點處置行動指南

行動指南應包含：風險分析、處置時機和措施、人員防護、歷史輻射水平。

(3)熱點處置操作單

操作單應包含：輻射水平、處理時機和方法、人員防護。

2.4.2建立反饋機制,將良好實踐及時更新到相關執行文件

對于編制的方案、指南、操作單應在長期管控的實踐中進行不斷檢驗，將有意義的處置經驗、實踐結果持續更新到相關方案、指南、操作單中，形成動態的閉環跟蹤機制，保證文件的有效性和可用性。

2.5 建立放射性熱點管控與優化的內、外部協作機制

放射性熱點的分析、處理是一項龐大的系統工程，作為生產企業，各電廠輻射防護管理部門往往會在一定程度上受限于資金、技術、人才、人力、設備等的制約。因此，僅憑部門之力對放射性熱點實施最優化的管控是不現實的，也是不可取的，這就要求電廠需要在內、外部尋求專業化的部門或單位來進行協作。

2.5.1依托本電廠ALARA委員會，建立多專業、多部門聯動機制

部分典型放射性熱點的成因分析以及處理過程較為復雜，涉及專業部門較多，可以借助電廠ALARA委員會等平臺，建立多部門聯動機制，各部門群策群力，共同解決放射性熱點管理中的疑難問題。從運行方式、設備改型、技術改造、屏蔽應用等多方面綜合考慮，拓寬了熱點處理思路，實現了熱點處理的全員參與。

(1)運行部門：系統的運行方式、水平、管道沖排；

(2)維修部門：實施技術改造、優化維修方案、減少源項、規范維修人員行為；

(3)化學部門：一回路水質控制，過濾器型號及性能選取等；

(4)技術部門：評估管道、閥體、密封件的選材，設備、管道布局。

2.5.2同行對標，求同存異，逐步建立統一的放射性熱點管理新模式

秦二廠輻射防護積極致力于建立同行電廠的交流平臺，開展行業內部對標和交流，分享熱點的處理經驗和良好實踐。同行交流過程中，既結合自身特點，又可探討相通、相似之處，求同存異，逐步達成共識，先小范圍后大范圍，以期在同類型電廠中推廣或建立對熱點的統一、規范化管理，促使同類電廠的 “良好實踐”價值能在后續交流過程中得到充分的體現，便于其他電廠吸收和借鑒經驗。

2.5.3聯合外部科研院所，開展科研項目，培養專業化團隊

各獨立電廠資源有限，受限于技術儲備、人才技能、高新儀器等方面，往往局限在應用技術領域，難以深入開展理論研究，如材料研究、源項測量分析等。秦二廠與科研單位開展項目合作，探討可行的方式，如開展一回路沉積源項調查、核電廠典型核素的來源及控制等科研項目，通過參與科研項目，了解行業內的新動態、新方法，培養專業化的隊伍。

3 建立典型放射性熱點管控體系的現實意義

典型放射性熱點的標準化管理模式，可以實現電廠對熱點的有效管控，通過針對性的系統化分析及現場實踐，能夠切實降低現場部分熱點及影響區域的輻射水平。對于無法消除或降低的熱點，采取最優化的管控與優化措施，極大減少了人員意外照射的風險，確保人員受照劑量合理、可行且盡量低。

放射性典型熱點的管控體系具備一定的通用性，在群堆管理模式的要求下，有廣泛的應用前景，通過對同堆型機組之間的信息共享、數據比對、經驗分享、良好實踐推廣等，將極大減少電廠熱點處置的成本，提高輻射防護運行業績，帶來巨大的實際價值，也為核電廠輻射防護標準化管理，提供了有力支持和技術保障。

該管理模式形成的處理經驗，對現有在役機組的運行或維修提出改進方式，避免或減少熱點的產生，也將為后續在建機組如何在系統、設備、管道的設計、選材、布局、屏蔽上，減少放射性熱點的形成或規劃屏蔽體的位置，提供現實的參考數據。

4 結束語

核電廠典型放射性熱點的管理控制與優化是基于秦二廠多年的實踐經驗，通過對熱點分布和形成分析，梳理和總結壓水堆核電廠的放射性熱點的管控和處理而形成的一套管理體系。該體系規范了典型放射性熱點的管控和處置模式，不斷加強并持續改進現場輻射防護管理的規范化建設，進一步固化了輻射防護工作經驗，統一了輻射防護人員管理和執行的標準，為輻射防護最優化提供了有力的保障。也是典型放射性熱點管控研究和實踐的補充，對核電廠輻射防護朝精細化管理方向發展，起到了積極作用。