HPR1000放射性集体剂量优化方案探讨.pdf
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1、724CiLiursTPOWERSNIICIFAR中国核电第16 卷第5期2023年10 月HPR1000放射性集体剂量优化方案探讨刘润生(中核核电运行管理有限公司,浙江海盐314303)摘要:放射性集体剂量是核电厂接受WANO评估过程的重要指标。以“华龙一号”机组为例,探讨了在设计阶段降低机组运行工况下放射性集体剂量的方案,调研了其他核电厂的运行情况和降低放射性集体剂量的方案,以调研结果作为参考,探讨了设计阶段需要考虑的改进建议及方案,以确保机组投运后的放射性集体剂量在较低水平。关键词:设计阶段;降低;集体剂量;改进建议中图分类号:TM623文献标志码:A文章编号:16 7 4-16 17(
2、2 0 2 3)0 5-0 7 2 4-0 5Optimization Schemefor the Collective Radiation Dose of HPR1000LlURunsheng(Nuclear Power Operation Management Co.,Ltd.,CNNP,Haiyan,Zhejiang Prov.314303,China)Abstract:The radiation collective dose is an important indicator of a nuclear power plant in WANO evaluationprocess.Tak
3、ing the HPR1oo0 as an example,options to reduce the units radiation collective dose under operat-ing conditions in the design phase were discussed.The operational conditions and strategies for reducing radia-tion collective dose at other nuclear power plants were investigated,and based on these resu
4、lts as a reference,improvement suggestions and plans that need to be considered in the design phase were determined to ensurethat the units radiation collective dose is maintained at a low level after it is put into operation.Key words:HPR1000;design stage;reduction;collective dose;improvement sugge
5、stionsCLC number:TM623Articiecharacter:AArticleID:1674-1617(2023)05-0724-050引国际原子能机构J(I A EA)基本安全原则(SF一1)原则5:防护的最优化要求“必须实现防护的最优化,以提供合理可行的最高安全水平”。在核电厂的设计中,所遵循的安全目标是建立有效的对放射性危害的防护,保证在电厂的后续运行中,人与环境不受放射性辐射的危害。为实现此安全目标,在核电厂设计阶段就应该保证在所有运行状态下,对人员与环境所造成的放射性影响低于规定限值,同时还应提供减轻任何事故放射性后果的手段。因此,核电厂在设计阶段应充分考虑辐射防护最
6、优化工作策略,如图1所示。放射性集体剂量是WANO对于核电厂进行评估的重要指标,随着核电技术水平的发展,WANO对于核电厂的评估方式也将更新。WANO原计划于2 0 2 2 年内调整WANO综合指数的计算规则,如表1所示,对于换料周期为设计目标基本设计运行经验辐射与化学数据库修改设计以满足设计目标个人剂量和集体剂量评价修改设计以实现辐射防护设计的最优化审查最优化代价利益分析图1核设施设计的辐射防护最优化策略 6 Fig.1The optimization strategy for radiation protectionin the design of nuclear facility618个
7、月的PWR机组,集体剂量(CRE)满分条件从滚动18 月累计集体剂量不超过90 0 manmSv降低到6 0 0 manmSv,则年化值从600manmSv降低到 40 0 manmSv。新规则文稿日期:2 0 2 3-0 7-19非者简介:刘润生(1996 一),男,湖南人,助理工程师,学士,研究方向:压水堆核电厂放射性剂量优化(E-mail:I)。725核电研发NuclearPowerR&D的出台将对未来核电厂辐射防护工作提出更高的标准,也为核电厂设计工作提出更高的要求。根据核设施设计的辐射防护最优化策略,运用目前已有的大量的运行经验反馈以及良好实践,在设计阶段对进行修改,不仅可以提升机组
8、辐射防护水平,降低集体剂量率,同时还可以降低后续变更改造成本,提高电厂经济性。表1WANO待发布评分标准Table1WANO rating criteria to be released2022年度待发布标准现有评分闵值区间/(manmSv)评分方法CREP400指数点=10 0指数点(6 3 0-C R EP)/400CREP630指数点=0以下将以核设施设计的辐射防护最优化策略为基准,根据对其他核电厂的运行情况的调研,提出针对“华龙一号”的集体剂量优化方案。1集体剂量影响因素以及优化方向在正常运行及大修工况,核电厂集体剂量的影响因素总体而言包括两个方面:1)反应堆厂房中辐射源的分布及剂量水
9、平;2)放射性作业时长及作业场地辐射强度。针对运行工况下集体剂量的优化控制,需针对放射源项展开分析,评估主冷却剂裂变及腐蚀活化产物的来源以及分布,减少辐射源的产生,并采取措施定期消除腐蚀产物聚集形成的辐射源。除此之外还有必要通过厂房布局改进等方式,保证人员主要通行和检修工作能尽量远离辐射源。2辐射源项优化所有的放射性剂量都是与辐射源相关的,压水堆核电机组辐射源项包括:裂变产物造成的辐射,由裂变裂变中子,裂变以及裂变产物衰变释放的射线组成;活化产物辐射源项,由冷却剂固有活化产物、冷却剂杂质和添加剂核素活化产物以及腐蚀产物活化核素组成。然而在核电厂的运行工况中,裂变产物虽然有更强的辐射剂量率,但是
10、被包容于燃料包壳内部,分布范围仅存在于堆芯。即使在大修阶段,卸料操作由自动化程度很高的装置完成,实际上不会引起人员集体剂量的增加。而活化产物却可以溶解于冷却剂中,随着冷却剂的流动,充斥整个一回路冷却剂系统,并逐步沉积在一回路系统管道内壁,分布范围广,成为集体辐射剂量的主要贡献者。对于压水堆机组而言,机组功率、燃料包壳完整性、设备材料、机组运行状况,都会对堆辐射源项产生影响。2.1设备材料控制6Co、58 Co 和110 mAg是压水堆核电厂一回路主要的放射性核素,而目前在运的“华龙一号”同样也存在这些问题。这些放射性核素基本上由一回路设备材质中的某种核素活化产生,包括钻、镍、银等其他易活化核素
11、。因此控制一回路设备及辅助系统设备中的材料成分,可以有效降低“华龙一号”运行期间的辐射源数量和辐照强度。2.1.1控制设备材料中的钻含量为了提高核电厂的安全性并降低辐射剂量率,需要控制设备材料中的钻含量。尽管钻基合金(Stellite合金)具有质地坚硬的特性,并且可以用于制造一回路及辅助系统中需要较高硬度的管线、设备和阀门等结构,阀门密封转动部件对于钻基合金的应用最为典型,但它也产生6 Co,经EPRI估算后1gCo的放射性活度相当于15枚7 0 Ci的射线探伤源。这会增加辐照强度和集体剂量。为此应对钻基合金材料的使用进行全面控制。首先,针对性能需求,部分设备结构必须使用钻基合金。为了降低风险
12、,需要对设备进行筛选,识别哪些设备可以不使用钴基材料。此外,其他设备、管道材料中的钻杂质也需要进行控制以确保钻的含量保持较低水平。国内某核电厂VVER机组已经成功使用铁基合金(AntinitDUR300)替代钻基合金作为阀门的密封面材料,而且没有出现性能上的偏差。受目前国内厂商技术限制,以及国产化率的要求,“华龙一号”依旧无法应用铁基合金作为密封面材料。如果后续能够通过研究,研制合格的铁基合金材料(AntinitDUR300),在“华龙一号”机组替代钻基合金,有效减少一回路放射性腐蚀产物的量,从而降低集体剂量率2.1.2控制设备材料中的镍含量国内压水堆核电厂中,蒸汽发生器采用镍基合金(Inco
13、loy690)制造传热管,该材料中镍含量约占6 0%。但是58 Ni元素吸收中子后会生726中国核电第16 卷第5期2023年10 月POWER成58 Co,成为放射源。而使用Incoloy800合金则可降低辐照强度和集体剂量。这一点已经在采用Incoloy800作为蒸发器U形管的反应堆中得到了验证,因为相比于In-coloy690.Incoloy800材料中的Ni和Cr含量都要低得多,停堆时一回路的辐照强度能够有效降低,据统计大约可以下降约2 6%。虽然Incoloy690是最理想的蒸汽发生器传热管材料之一,也是目前“华龙一号”机组的蒸汽发生器传热管的制造材料,但是如果可以证明Incoloy
14、800能够应用于制造“华龙一号”机组的蒸汽发生器传热管,那么其将成为替代Incoloy690的可行选择,从而更好地保护人员在核电厂工作过程中的健康与安全。2.1.3控制材料中的银含量在压水堆核电厂中,天然银中的10 9Ag元素,吸收热中子后会经(n,)反应生成放射性同位素110 mAg。一回路设备中的含银控制棒、Helicoflex垫片、焊材中的10 9Ag活化是110 mAg污染的主要来源。为了减少一回路中的110 mAg,可以采取以下措施:第一,使用其他材质的垫片替代含银垫片,例如石墨垫片;第二,尽量避免在一回路和相关系统的设备焊接时使用含银焊材;第三,对于AIC控制棒的设计可以进行改进,
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