核电厂辐射危险分析

核电厂辐射危险分析

于成龙

（山东核电有限公司265116）

摘要：核能已经成为世界上多数发达国家所需能源的重要组成部分。一个运行中的1000MW的反应堆含有约2×108TBq（～5000MCi）的放射性物质。另外，由于冷却剂本身以及它含有的杂质和它携带的腐蚀产物流经堆芯时被活化，它连续不断地将在堆芯产生的放射性物质带到相关的系统和设备中去。因此，在核电站工作的人员除与其它电力部门的工作人员一样可能遭遇到一般工业安全的危险外，还可能遭遇到辐射照射的危险。

关键词：放射性；裂变产物；活化产物

1.核电站的放射性来源

1.1辐射源

1.1.1中子源

反应堆运行时主要的中子来源是裂变产生的中子。裂变中子有两个特点：一是裂变中子只限于堆内，一是只产生于反应堆运行时。

U-235一次裂变大约平均放出2.5个快中子。从堆芯通过生物屏蔽层泄漏出来的中子已经受到不同程度的减速，所以屏蔽层外，从热中子到快中子都会有。

反应堆停运后，裂变反应已停止，几乎没有中子辐射。

1.1.2辐射源

反应堆运行时存在着多种辐射源，其中最主要的是核裂变时产生的射线，裂变产物衰变放出的射线和活化产物衰变放出的射线。U-235一次裂变大约平均放出8个光子，光子的能量从高到低都有。当反应堆停堆时伴随着裂变中子的消失，裂变也即消失。U-235的裂变产物有300种，这些裂变产物多数都是不稳定的，衰变产生的光子，其能量从低到高都有。裂变产物的半衰期从不足1秒到几百万年都有。尽管光子的数量和总能量都比前两项小，但在防护时亦不可忽视。反应堆停运后，辐射源主要是裂变产物和活化产物衰变放出的射线。

反应堆在运行期间，堆内的结构材料、冷却剂本身以及冷却剂中携带的杂质和腐蚀产物由于中子辐照会感生出大量的放射性物质。这些放射性质通常称为活化产物。活化产物

主要包括冷却剂活化产物和活化腐蚀产物。活化产物衰变时几乎都要放出的射线。反应堆停运后，凡是与一回路相关的系统和设备，离堆芯较近的地方，都存在较高的辐射场。另外，堆内有些被活化的部件，如燃料组件、控制棒以及冷却剂等可能被带出堆外，也会造成工作现场较高的辐射。

1.2污染源

反应堆堆芯和冷却剂回路中包容有大量的放射性物质，其中除活化产物外，还有从破损元件中泄漏出来的裂变产物。这些放射性物质绝大多数都是发射粒子的放射性核素。由于辐射在介质中的射程很短，很容易被吸收掉，因此在放射性屏蔽设计时重点考虑的是裂变中子和射线。但是，放射性物质包容系统的破坏（这种破坏可能是因维修需要而人为地打开放射性的系统、设备；也可能是设备缺陷造成的泄漏），放射性物件的加工和放射性物质的运输事故等都有可能造成放射性物质污染。放射性物质进入空气，则是空气污染；接触表面，则是表面污染。空气污染和表面污染又可能互为因果，即松散的表面污染物悬浮到空气中就造成空气污染，而空气中污染物的固体或液体小微粒沉降在物体表面则造成表面污染。因此，在核电站除了外照射的防护外，还应十分重视放射性污染的防护。

1.2.1放射性泄漏

压水堆设计有三道屏障以防止堆内的放射性泄漏，第一道屏障是燃料元件包壳，第二道屏障是一回路及其压力边界和第三道屏障是安全壳。第一、第二道屏障内包容了巨量的放射性物质。第一道屏障失效，包壳内的放射性物质将进入一回路。第二道屏障失效，一回路的放射性将污染相关的厂房。在发生核事故时，如第三道屏障失效，放射性物质才可能泄漏出安全壳而进入公众环境。

一般而言，只要第一、第二道屏障保持完整，则核电站控制区内发生严重污染的危险性不大。事实上，反应堆正常运行期间，因为放射性系统或设备的跑、冒、滴、漏，放射性物质的运输，放射性废物的处理和放射性样品的采取等，都可能会造成控制区局部区域或个别地点的污染。而机组停堆大修期间，控制区内严重污染的可能性比正常运行时要大得多。

1.2.2停堆维修和换料

反应堆停堆大修期间，由于维修工作和更换燃料的要求，一回路及其相关设备开口处、解体的放射性设备和排空的反应堆水池等都是污染源。如果防污染的措施采取不当或不力都可能造成工作现场和工作人员污染。

1.2.3加工带有放射性的物件

由于加工（车、钳、铣、刨、磨以及电焊、气焊等）放射性物件或被放射性污染的物件，可能会使放射性的烟雾、微尘进入空气，撒落地面等而造成放射性污染。

1.2.4H（氚）

另外，对于核电站的污染源来讲，H-3是一种重要的核素。H-3是一种纯发射体，半衰期为12.3年。它既可以通过U核裂变产生，又可通过Li（锂）和B（硼）的活化产生。一旦造成H-3的污染将很难去除，而且H-3的渗透性很强，可以通过人体完好无损的皮肤进入体内。因此，在污染的控制上应对它予以重视。

1.3裂变产物和活化产物

1.3.1裂变产物

裂变产物主要包括气体裂变产物、易挥发性裂变产物和非挥发性裂变产物。显然，在反应堆运行中气体和高挥发性裂变产物从燃料组件内泄漏出来的可能性最大，而非挥发性裂变产物即使发生组件熔化事故也只可能有少量的漏入大气。

1.3.2活化产物

反应堆运行期时产生活化产物主要包括冷却剂活化产物和活化腐蚀产物。

1.4核电站放射性来源的小结

综上所述，核电站的主要辐射源是堆芯和冷却剂。堆芯辐射在堆运行时主要是裂变中子、裂变射线、裂变产物衰变产生的射线和活化产物衰变产生的射线。而堆停运时，堆芯辐射中的裂变中子和裂变射线就不再产生了。冷却剂的辐射无论堆运行与否，都主要是裂变产物衰变产生的射线和活化产物衰变产生的射线。

核电站放射性的主要来源见下表：

从根本上讲，核电站的放射性来源于裂变和活化。裂变产物虽然是最大的来源，但它被包容在第一道屏障内，对工作人员的照射是有限的，仅占员工年集体剂量的10%左右。但活化产物会随冷却剂循环而转移到与一回路的相关其它系统中去。活化产物的大部分被化容控制系统和废液处理系统去除，其小部分仍将沉积或吸附在一些系统和设备的内表面。活化产物对员工的照射剂量约占年集体剂量的90%左右。