大亞灣核電站氣載流出物放射性監(jiān)測(cè)

1、,氣載流出物放射性監(jiān)測(cè)劉國(guó)華,內(nèi) 容,一、核電站氣載流出物排放監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介二、氣溶膠測(cè)量三、氣體測(cè)量四、碘測(cè)量五、氚碳取樣六、疑問,一、核電站氣載流出物排放監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介,核電站與外界環(huán)境的主要接口是排出流，包括氣態(tài)排出流和液態(tài)排出流。其中最重要也最容易監(jiān)測(cè)的是放射性氣態(tài)排出流。核廠房將工藝、場(chǎng)所中的氣體統(tǒng)一匯總后通過煙囪集中向大氣環(huán)境進(jìn)行排放，一旦核廠房?jī)?nèi)發(fā)生放射性泄漏事件，比如一回路壓力邊界發(fā)生泄漏，放射性物質(zhì)通過

2、不同的途徑迅速釋放到廠房?jī)?nèi)部大氣環(huán)境中，并通過通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)由煙囪排向外部環(huán)境，從而造成放射性泄漏，對(duì)核電站周邊的居民人身安全產(chǎn)生危險(xiǎn)，同時(shí)污染周邊環(huán)境。因此基于不同的探測(cè)原理和方式對(duì)正常工作中的核電站氣態(tài)排出流進(jìn)行放射性監(jiān)測(cè)是十分重要的 。,一、核電站氣載流出物排放監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介,,電站通風(fēng)系統(tǒng)流程圖：,一、核電站氣載流出物排放監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介,氣體取樣流程圖：,一、核電站氣載流出物排放監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介,氣體取樣流程圖：,一、核電站氣載流出物排放監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介,氣體

3、取樣測(cè)量裝置（Mirion）：,二、氣溶膠測(cè)量,煙囪排放空氣中的放射性氣溶膠來自一回路中的活化產(chǎn)物和反應(yīng)堆燃料棒中的裂變產(chǎn)物。當(dāng)一回路發(fā)生泄漏時(shí)，這些金屬離子通過泄漏點(diǎn)隨氣流釋放到大氣環(huán)境中并附著凝聚在空氣中的氣溶膠上產(chǎn)生放射性氣溶膠 。 放射性氣溶膠很容易附著在帶靜電的人體表面（如發(fā)梢），或者被人體呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)吸收，其放射性包括α、βγ放射性。放射性氣溶膠大多不能被人體有效的排除，容易在人體內(nèi)沉積富集，對(duì)人體造

4、成嚴(yán)重的內(nèi)照射傷害。,二、氣溶膠測(cè)量,放射性氣溶膠一般采用濾紙富集。使用高過濾效率的濾紙對(duì)取樣空氣中的放射性氣溶膠進(jìn)行過濾，隨著富集濃度的增加，放射性氣溶膠的有效計(jì)數(shù)率增大，因此基于過濾富集的作用，放射性氣溶膠探測(cè)裝置的探測(cè)下限要明顯優(yōu)于放射性氣體探測(cè)裝置 。,二、氣溶膠測(cè)量,放射性氣溶膠探測(cè)的一個(gè)重點(diǎn)是去除天然放射性氣溶膠的影響。天然氡氣和釷射氣來源于建筑材料或者天然石料中，其衰變子體在空氣中產(chǎn)生天然放射性氣溶膠。人工放射性氣溶膠測(cè)量

5、必須首先去除天然放射性氣溶膠的影響。 大亞灣核電站老的放射性氣溶膠探測(cè)采用塑料閃爍體探測(cè)器正對(duì)濾紙測(cè)量放射性氣溶膠，由于塑料閃爍體能量分辨率很差，不能對(duì)測(cè)量的射線類型進(jìn)行一定能力的區(qū)分，算法不能有效剔除天然放射性氣溶膠的影響，導(dǎo)致氣溶膠探測(cè)通道頻繁閃發(fā)誤報(bào)警事件 。,二、氣溶膠測(cè)量,目前大亞灣核電站放射性氣溶膠測(cè)量使用2個(gè)PIPS半導(dǎo)體探測(cè)器正對(duì)濾紙進(jìn)行測(cè)量。濾紙上沉積的氣溶膠發(fā)射的α、β、γ射線被第一個(gè)探測(cè)器探測(cè)到。

6、由于PIPS半導(dǎo)體探測(cè)器可較精確的區(qū)分不同能量的α、β射線。天然氡釷衰變子體發(fā)射的α射線能量較高，因此可通過α能峰的鑒別精確區(qū)分天然氡釷衰變子體的α射線計(jì)數(shù)率，再根據(jù)天然氡釷衰變鏈關(guān)系推導(dǎo)出天然放射性氣溶膠的β射線對(duì)探測(cè)器測(cè)量產(chǎn)生的貢獻(xiàn)，結(jié)合后部的探測(cè)器剔除γ射線干擾后，可得到人工α、β放射性氣溶膠活度 。,,二、氣溶膠測(cè)量,取樣取樣空氣流量為 ，探測(cè)器對(duì)α放射性氣溶膠的探測(cè)效率為 ，對(duì)β放射性氣溶膠的探測(cè)效率為 ，

7、濾紙對(duì)放射性氣溶膠過濾效率為 ，濾紙對(duì)α放射性氣溶膠的吸收系數(shù)為 ，對(duì)β放射性氣溶膠的的系數(shù) ，濾紙托板對(duì)β放射性氣溶膠的反射系數(shù)為 。人工α放射性氣溶膠的活度計(jì)算公式為： 為剔除天然影響下的α放射性氣溶膠探測(cè)計(jì)數(shù)率的變化率 為剔除天然影響和γ影響下的β放射性氣溶膠探測(cè)計(jì)數(shù)率的變化率,,,,,,,,,,,,,,,,三、氣體測(cè)量,煙囪排放空氣中的放射性氣體來自于核反應(yīng)堆核燃料組件中的裂變

8、產(chǎn)物（如133Xe、85Kr，一般情況下燃料棒上的破口非常小，但反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，破損的燃料棒中核反應(yīng)不斷產(chǎn)生的放射性氣體（單原子分子，體積小，氣態(tài)）導(dǎo)致燃料棒內(nèi)部的壓力不斷增高，很容易從燃料棒破損口泄漏到一回路中并通過一回路壓力邊界的破損泄漏到反應(yīng)堆廠房或者二回路中，從而進(jìn)入廠房?jī)?nèi)空氣并最終由煙囪排放到外部大氣中 。,三、氣體測(cè)量,目前放射性氣體監(jiān)測(cè)采用基于PIPS半導(dǎo)體的在線探測(cè)方式，其探測(cè)原理如圖所示：,,三、氣體測(cè)量,煙囪放射性氣體

9、探測(cè)裝置串聯(lián)在取樣腔室中。探測(cè)裝置外部鉛屏蔽去除環(huán)境干擾，內(nèi)部設(shè)有取樣室，探測(cè)器正對(duì)取樣室，中間通過超?。?0μm）金屬膜隔絕。探測(cè)裝置中前后設(shè)置２個(gè)緊密排列的PIPS薄半導(dǎo)體探測(cè)器。放射性氣體發(fā)射的β射線通過金屬膜后射入前面的探測(cè)裝置中。放射性氣體發(fā)射的γ射線可射入前、后兩個(gè)探測(cè)器。通過后部探測(cè)器測(cè)量到的γ計(jì)數(shù)剔除前部探測(cè)器測(cè)量到的γ計(jì)數(shù)，得到前部探測(cè)器測(cè)量到的β計(jì)數(shù)。若前部探測(cè)器在有效能量區(qū)間內(nèi)測(cè)量到的β、γ混合計(jì)數(shù)率為 (c

10、ps)，后部探測(cè)器測(cè)量到的γ計(jì)數(shù)率為 (cps)，探測(cè)器對(duì)β放射性氣體靈敏度為 (cps/(Bq/m3))，則氣體β放射性活度為：,,,,,四、碘測(cè)量,煙囪氣體中的放射性碘主要來自于反應(yīng)堆核燃料中的裂變產(chǎn)物碘。在高溫下，碘單質(zhì)氣化，同時(shí)有部分有機(jī)碘（主要為甲基碘）生成。核燃料棒泄漏時(shí)，碘蒸氣和有機(jī)碘分子可進(jìn)入到一回路水中。在一回路承壓邊界泄漏時(shí)，放射性碘隨氣流泄漏到核廠房?jī)?nèi)。 放射性碘一般采用活性炭濾盒串聯(lián)在取樣管路中

11、對(duì)取樣空氣中的放射性碘進(jìn)行過濾吸附。,四、碘測(cè)量,目前放射性碘探測(cè)采用NaI閃爍體探測(cè)器正對(duì)活性炭濾盒測(cè)量，其探測(cè)原理如圖所示。取樣氣體經(jīng)過經(jīng)過活性炭盒，其中的放射性碘被活性炭吸附而富集?；钚蕴课降姆派湫缘獍l(fā)射的364keV能量的γ射線被活性炭盒旁邊的NaI閃爍體探測(cè)器探測(cè)。通過分析測(cè)量到的γ能譜，計(jì)算出364keV能量γ射線的計(jì)數(shù)率，結(jié)合必要的物理參量計(jì)算出放射性碘活度。,,四、碘測(cè)量,取樣空氣流量為 ，探測(cè)器對(duì)放射性碘的探測(cè)

12、效率為 ，活性炭對(duì)放射性碘過濾效率為 ，NaI閃爍體測(cè)量γ能譜中364keV能量的γ能峰計(jì)數(shù)率為 ，其變化率為 ，則放射性碘活度為：,,,,,,,五、氚碳取樣,氣載排出流監(jiān)測(cè)對(duì)H3和C14的放射性監(jiān)測(cè)一般采用現(xiàn)場(chǎng)取樣實(shí)驗(yàn)室分析。由于現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境下測(cè)量H3和C14極低能β放射性難度大，準(zhǔn)確率低。目前的輻射探測(cè)技術(shù)手段不能很方便的在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下以低能β放射性為測(cè)量對(duì)象對(duì)3H和14C進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量。因此核電站目前采用