反应堆强放射性部件整备辐射安全分析.pdf
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1、第42 卷第4期2023年8 月环境辐射四川环境SICHUAN ENVIRONMENTVol.42,No.4August 2023D0I:10.14034/ki.schj.2023.04.034反应堆强放射性部件整备辐射安全分析许非2,李-2,李莉,苟家元,左伟1,吴耀12(1.中国核动力研究设计院,成都6 10 0 0 5;2.四川省退役治理工程实验室,成都6 10 0 0 5)摘要:放射性物质在运输过程中会对环境造成一定污染,并对人体产生辐射危害。为了科学全面的评估从某反应堆中取出的强放射性部件的切割运输活动对环境和人体的辐射影响是否满足国家标准的规定,进行了整备活动实施方案的设计并对涉及
2、的主要放射性工作进行了分类整理,采用蒙特卡罗方法模拟和剂量估算模式对屏蔽容器以及整个整备过程中各种工艺操作对工作人员和公众产生的辐射影响进行了货包辐射水平和受照剂量的计算。辐射安全分析结果表明:货包屏蔽效果和正常工况下工作人员及公众的个人最大有效剂量均小于国家标准规定的剂量约束值,在辐射影响最大的两种事故工况下,工作人员和公众的所受辐射剂量也处于可接受的水平。采用的辐射安全评价方法可为进行涉核活动全流程的辐射环境影响评价提供参考。关键词:辐照监督管;切割;辐射安全分析;屏蔽;运输容器中图分类号:X34;T L9 3Radiation Safety Analysis for Conditioni
3、ng of Highly Radioactive Reactor ComponentsX Fei,L Yao,I Lie,cou Jia-yuan,zuo weie,wu Yao(1.Nuclear Power Institute of China,Chengdu 610005,China;2.Sichuan Decommissioned Management Engineering Laboratory,Chengdu 610005,China)Abstract:Radioactive materials in the process of transportation will cause
4、 certain pollution to the environment and radiationharm to human body.In order to scientifically and comprehensively assess whether the radiation effects on the environment andhuman body of the cutting and transportation activities of highly radioactive parts taken from a reactor meet the provisions
5、 ofnational standards,the implementation plan of the conditioning activities has been designed and the main radioactive workinvolvedhas been classified.The radiation effects on workers and the public from various process operations in the shieldingcontainer and throughout the conditioning activities
6、 were calculated using Monte Carlo simulation and dose estimation models.Theresults of radiation safety analysis showed that the shielding effect of cargo package and the maximum effective individual dose ofthe workers and the public under normal working conditions are less than the dose constraint
7、value stipulated by the nationalstandard,and the radiation dose of the workers and the public is also at an acceptable level under the two accident workingconditions with the greatest radiation impact.The radiation safety assessment method adopted in this paper can provide referencefor the radiation
8、 environmental impact assessment of the whole process of nuclear activities.Keywords:Iradiation monitoring tube;cutting;radiation safety analysis;shielding;transport cask文献标识码:A文章编号:10 0 1-3 6 44(2 0 2 3)0 4-0 2 52-0 8前言根据国际原子能机构对反应堆三阶段的描述,在反应堆退役的第一阶段,需要拆除堆内的燃料组件以及各种堆内构件,并进行预处理、包装、运输乃至处置等一系列的操作。这些从堆
9、内卸出的组件和构件在反应堆运行过程中受到长时间的中子照射通常具有较高的放射性活度,且其物理尺度较大需要经过切割分解等操作后才能放人运输容器。由于收稿日期:2 0 2 2-0 7-2 6作者简介:许非(19 9 8),女,四川彭州人,中国核动力研究设计院辐射防护与环境保护专业2 0 2 0 级在读研究生,研究方向为核电厂放射性源项分析与辐射安全分析。4期放射性物质运输过程中存在着放射性污染,如果发生异常事故,还可能会产生泄漏,扩散到环境中去,造成对环境的严重污染,并对人体产生辐射危害,因而分析放射源运输中的辐射环境影响并进行评价具有十分重要的现实意义。针对放射性物质运输安全问题,IAEA特别制定
10、了相关法规,明确了放射性物质运输时的包装防护等事项。我国也对放射性物质的运输管理制定了严格的规范,如放射性物品安全运输规程(G B 118 0 6-2 0 19)、放射性物质运输包装质量保证(GB15219-94)等。因此,放射性物质运输过程中对人体和环境的辐射影响也成为备受关注的研究课题,目前国内的相关研究集中于对运输容器的辐射安全性进行分析 1-2】,而放射性物质的装载整备对象辐照监督管控制棒组件二次中子源组件许非等:反应堆强放射性部件整备辐射安全分析1材料与方法1.1整备对象本次辐射安全分析针对的整备对象为从某堆抽取出的辐照监督管、控制棒组件和中子源组件,这三类整备对象均为细长杆结构,它
11、们的基本情况信息见表1。表1整备对象基本情况Tab.1Basic information of conditioning objects数量6根1组1组253运输仅为整个涉核活动中的部分流程,在此之前的各种工艺操作产生的辐射影响也不可忽视。本文通过对某强放射性样品整备活动中的放射性工作进行分类整理,从切割解体到装载运输进行了全流程的辐射安全分析,得到更为完善的评价结果。文章中采用的辐射安全评价方法可为进行涉核活动全流程的辐射环境影响评价提供参考。组成辐照样品+结构组件12根控制棒+结构组件12根1型可燃毒物棒+4根二次中子源棒+结构组件源项(Bq)8.0010ll2.99 10 121.43
12、10 13 本次整备的目标为采用最经济的装箱方案将三类对象切割装箱形成货包,并确保单个货包的总活度在A型货包限值以下。由于控制棒组件和二次中子源组件的放射性水平较高,整体包装形成的货包为B型货包,为满足整备目标需切割解体后再整备包装。而辐照监督管因尺寸较长,也需要先切割解体再装人包装容器。于是计划总共形成八个货包,每个货包的信息见表2。表2 运输货包信息Tab.2 Information of transport packages切割对象包装箱编号辐照监督管1控制棒组件2345二次中子源组件6781.2整备实施方案为保证切割工艺安全可靠,本次整备活动采用的切割工艺方案为:水下将整备对象放入屏蔽
13、操作容器中,吊出水面后排水烘干,最后远程操作机器人携带圆盘锯对组件进行切割。最终确定的整备的实施流程可以分为三阶段:整备阶段、货包暂存和装载与场区运输三个阶段。(1)整备阶段:首先进行文件、人员、设备及工器具、现场设施设备等条件准备,再开展相关组件和辐照监督管的切割、整备、装箱等工作。钢箱类型内容物FA-I6根辐照监督管FA-III4根控制棒FA-II4根控制棒FA-II控制棒组件FA-III1根中子源棒FA-I1根中子源棒FA-II1根中子源棒FA-II二次中子源组件(2)货包暂存:整备完成形成的运输货包转运至暂存库进行暂时存放并开展补漆、喷涂编号的标识工作。(3)装载与场区运输:在具备外运
14、条件后开展货包装载与场区运输工作。根据保守性估计,通过对整个工艺流程进行分析可以确定主要的放射性工作及其工作时间和人数见表3。254四川环境表3 主要放射性工作内容、时间及人数Tab.3Main radioactive work contents,time and number of persons主要工作内容整备阶段控制棒组件整备相关活动二次中子源整备相关活动辐照监督管整备相关活动货包暂存控制棒组件货包转运、标识二次中子源组件货包转运、标识辐照监督管货包转运、标识运输阶段八个货包的装车运输整个过程剂量监测技术管理42卷每人平均工作人数工作时间(h)(人)条件准备4控制棒切割3.5控制棒整备0
15、.5控制棒装箱2可拆接头切割1.3可拆接头整备0.3控制棒组件装箱1条件准备4二次棒切割1.5二次棒整备0.5二次棒装箱1二次棒组件装箱1条件准备4辐照监督管切割19辐照监督管整备1辐照监督管装箱111124852232235223351422224241.3计算方法针对本次整备对象的切割解体及装箱运输的涉核活动,依据GB11806-2019放射性物品安全运输规程 3 和GB18871-2019电离辐射防护与辐射源安全基本标准 4 需满足以下规定:(1)对包装容器:货包外表面上任一点的最高辐射水平应不超过2 mSv/h,以及外表面2 m处任意一点辐射水平不超过0.1mSv/h辐射水平限值;(2
16、)对工作人员:连续五年平均年有效剂量不超过2 0 mSv;(3)对公众:年有效剂量不超过1mSv。因此本研究拟采用以下三种方法分别对本次整备活动中的包装容器的辐射水平、工作人员和公众的受照剂量进行计算。1.3.1辐射水平计算方法采用MCNP蒙特卡罗程序模拟计算运输包装容器在满载时的辐射水平。屏蔽计算中只考虑钢箱和屏蔽体的屏蔽作用。程序计算时为了计算保守和方便,忽略源体的自屏蔽作用,忽略对屏蔽作用不大的材料结构,计算中假设源项在各源棒中均匀分布,得到的屏蔽计算模型如图1所示。在计算辐射水平时,采用F5点探测器计数方法,即可得到货包外表面及2 m处辐射水平的计算结果。钢箱屏蔽体源棒(a)轴向截面图
17、(b)径向截面图图1运输包装容器屏蔽计算模型Fig.1ccontainer shielding model of MCNP runs4期1.3.2职业剂量计算方法工作人员外照射剂量由放射性工作场所的辐射水平及放射性工作人员的工作时间确定,计算公式见式(1)。H,=T t式中:H,:工作人员外照射个人剂量,mSv;T:放射性工作场所的辐射水平,mSv/h;At:工作人员在放射性区域停留的时间,h。工作人员内照射剂量主要是由于吸人放射性污染空气造成的,因此在进行估算时只考虑吸人污染空气造成的待积有效剂量,工作人员吸人污染空气的待积有效剂量按式(2)进行计算。H,=ZC,RgiAt式中:H:工作人员
18、吸人污染空气的待积有效剂量,mSv;C:吸入污染空气中放射性核素i的活度浓度,Bq/m;R:工作人员单位时间内吸入的空气量,m/h,取 1.2 m/5;gi:吸人单位摄人量的放射性核素i后的待积有效剂量,mSv/Bq,慢速吸人模式下对Co取g;=2.9 10*/Bql5;At:工作人员在放射性区域停留的时间,h。工作人员照射有效剂量H按式(3)进行计算。H=H,+H,1.3.3公众剂量计算方法采用IAEA第19 号报告提供的气态途径剂量估算模式 6 对整备活动影响范围内公众所受剂量进行计算。放射性气载流出物对公众产生照射的各种途径如图2 所示:主要包括食人途径、吸人途径、地面沉积外照射和空气浸
19、没外照射四种途径。采用无限烟云模式,空气浸没外照射剂量计算公式为:Di(x)=Q:(式中:Di():在i风向、下风距离处的空气浸没外照射剂量,Sv;Q:经烟羽损耗修正因子修正后的源项,Bq/a;:i 风向的下风向扇形内的大气弥散因子,s/m;DRFim:浸没外照射剂量转换因子,Svm.-1.Bq。许非等:反应堆强放射性部件整备辐射安全分析(1)沉积壤植物动物(2)空气漫没外照射图2 放射性流出物对环境影响的照射途径示意图Fig.2Schematic diagram of exposure pathways for(3)the environmental effects of radioacti
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