賈靖軒，袁育龍，孫國慶，王益元，熊啟發(fā)

(1.武漢第二船舶設(shè)計研究所，湖北 武漢 430064;2.中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518045)

0 引言

核能是目前公認(rèn)的惟一可大規(guī)模替代常規(guī)能源的既清潔又經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代能源，在人類生產(chǎn)和生活中應(yīng)用的主要形式是核電。相比于其他能源設(shè)施，核電站最大的缺點就是會產(chǎn)生大量的放射性物質(zhì)，這些物質(zhì)如果不加以控制會對人體和環(huán)境造成極大危害，為此核電站設(shè)置了多道屏障對其進(jìn)行防護(hù)。但任何一道屏障都不能保證永久完整和有效，為監(jiān)測這些屏障的完整性和有效性并保證人員安全，核電站設(shè)置了輻射監(jiān)測系統(tǒng)，通過對核電站某些工藝過程和設(shè)備、工作區(qū)域、排出流的監(jiān)測，從輻射水平的高低來判斷設(shè)備是否正常運行，防止任何超劑量事故的發(fā)生［1］。

一般情況下，核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)包括幾十個不同的監(jiān)測通道，分別監(jiān)測核電站工藝系統(tǒng)、工作區(qū)域、排出流的放射性水平。每個通道都設(shè)置有兩級報警，即一級報警(又稱調(diào)查報警)和二級報警(又稱干預(yù)報警)。在核電站發(fā)生異常情況時，這兩級報警閾值的設(shè)置可使輻射監(jiān)測系統(tǒng)準(zhǔn)確及時的發(fā)出報警信號，以便工作人員采取措施，確保電站和人員(包括公眾)的安全。因此，報警閾值作為輻射監(jiān)測系統(tǒng)是否發(fā)出報警信號的重要指標(biāo)，是輻射監(jiān)測系統(tǒng)的核心運行參數(shù)，其設(shè)置的合理與否將直接影響到輻射監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定有效運行，并且間接影響到電站的安全穩(wěn)定運行［2］。簡單地說，如果閾值設(shè)置過高，輻射監(jiān)測系統(tǒng)可能在發(fā)生事故的情況下不能及時報警，從而對電站和工作人員的安全造成極大威脅;如果閾值設(shè)置過低，輻射監(jiān)測系統(tǒng)又可能會出現(xiàn)頻繁誤報警的情況，直接影響電站的運行效率。綜上所述，合理的閾值設(shè)置將會有效提高電站的負(fù)荷因子，保證電站的安全穩(wěn)定運行，并確保核電站工作人員及公眾的輻射安全。

關(guān)于核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)報警閾值的設(shè)置，國外一些核電發(fā)達(dá)國家已對其進(jìn)行過深入的研究，并且早已成功投入到電站的運行中，擁有長時間的運行經(jīng)驗。由于這其中涉及商業(yè)利益，目前只知道部分核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)的運行閾值，卻無法獲知閾值設(shè)置的具體方法。而我國自發(fā)展核電以來，主要以引進(jìn)國外技術(shù)并進(jìn)口國外設(shè)備為主，在輻射監(jiān)測系統(tǒng)報警閾值設(shè)置方面則主要由外方廠商直接提供，雖然也有秦山一期等國產(chǎn)化堆型的投入運行，但其閾值的設(shè)置也大部分參考國外同類型電站，缺乏相關(guān)的專題研究。

輻射監(jiān)測系統(tǒng)報警閾值的設(shè)置首先必須滿足國家相關(guān)的核安全法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求，其次需根據(jù)監(jiān)測通道所執(zhí)行的功能進(jìn)行具體的研究。本文針對工藝系統(tǒng)監(jiān)測通道、區(qū)域輻射監(jiān)測通道、排出流監(jiān)測通道的報警閾值設(shè)置方法作相應(yīng)的探索，以對輻射監(jiān)測系統(tǒng)報警閾值的設(shè)置方法進(jìn)行初步的定性研究。

1 工藝系統(tǒng)監(jiān)測通道報警閾值

工藝系統(tǒng)監(jiān)測是指對核電站的某些工藝過程和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，以便從輻射水平的高低來發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否有效、正常運行。

1.1 監(jiān)測通道特點［1］

工藝系統(tǒng)監(jiān)測通道主要包括燃料元件包殼總破損監(jiān)測、蒸汽發(fā)生器傳熱管總破損監(jiān)測、壓力容器及一回路設(shè)備與管道組成的壓力邊界泄漏監(jiān)測和核輔助系統(tǒng)的某些設(shè)備的泄漏監(jiān)測等。監(jiān)測通道通過監(jiān)測特定核素的輻射水平來判斷工藝設(shè)備的完整性和有效性，一般是通過對液體或氣載放射性物質(zhì)的監(jiān)測來實現(xiàn)的，其中需研究放射性核素的遷移變化過程，找出輻射水平與屏蔽完整性之間的定性或定量關(guān)系。

1.2 閾值設(shè)置

1.2.1 閾值設(shè)置原則

工藝系統(tǒng)輻射監(jiān)測報警閾值設(shè)置的原則、依據(jù)和方法大致分為以下幾種:

1)依據(jù)運行歷史和運行經(jīng)驗的反饋，同類核動力裝置的運行數(shù)據(jù)或設(shè)計部門與業(yè)主之間對某些監(jiān)測通道報警閾值達(dá)成的共識確定報警閾值。

放射性屏障完整性、有效性的輻射監(jiān)測通道以及某些工藝過程的輻射監(jiān)測通道的測量結(jié)果受眾多因素影響，無法建立計量檢定標(biāo)準(zhǔn)條件，不能實現(xiàn)真正意義上的在線定量測量。因此此類通道的報警閾值只能依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的積累、分析和運行經(jīng)驗進(jìn)行定性測量或半定量分析測量，并以此為依據(jù)設(shè)置報警閾值。即根據(jù)正常運行條件下，不同功率時相關(guān)通道的實測值、運行事件記錄，將這些正常運行工況下的測量值視為正常狀態(tài)，結(jié)合以往非正常運行事件時的實測值，確定超出正常測量值一定范圍為調(diào)查報警以及干預(yù)報警。

2)依據(jù)設(shè)計結(jié)果和設(shè)計值設(shè)置報警閾值。

根據(jù)反應(yīng)堆設(shè)計范圍內(nèi)的運行事件、事故及假想事故條件下工藝系統(tǒng)介質(zhì)中核素組成及比活度，氣載放射性物質(zhì)比活度設(shè)計值等源項數(shù)據(jù)，并結(jié)合反應(yīng)堆物理、熱工、結(jié)構(gòu)、工藝系統(tǒng)運行參數(shù)、廠房及系統(tǒng)設(shè)備布置情況等進(jìn)行放射性水平的設(shè)計計算，其結(jié)果可作為確定工藝輻射監(jiān)測通道報警限值的依據(jù)。

3)通過理論分析、計算設(shè)置報警閾值。

部分通道的報警閾值也可通過理論分析來確定。通過對核素的遷移進(jìn)行建模，并選取合理的輸入?yún)?shù)對模型進(jìn)行計算，求出放射性核素在正常情況和非正常情況下的比活度或劑量率大小，以此為報警閾值的設(shè)置提供依據(jù)。

1.2.2 閾值設(shè)置方法

根據(jù)上述的閾值設(shè)置原則，以安全殼大氣中惰性氣體比活度監(jiān)測通道報警閾值的設(shè)置為例，閾值設(shè)置方法如下:

1)確定通道所執(zhí)行功能［2］

安全殼大氣中惰性氣體比活度監(jiān)測通道主要用于監(jiān)測一回路壓力邊界的完整性，即安全殼內(nèi)一回路系統(tǒng)是否發(fā)生泄漏以及泄漏率的大小。一旦監(jiān)測到的放射性氣體體積比活度超過一級報警閾值則發(fā)出聲光報警信號，操作人員接到信號后對其進(jìn)行調(diào)查分析;當(dāng)超過二級報警閾值時，系統(tǒng)自動隔離安全殼內(nèi)大氣監(jiān)測系統(tǒng)、安全殼換氣通風(fēng)系統(tǒng)、核島排氣和疏水系統(tǒng)向反應(yīng)堆廠房外的排放，進(jìn)一步分析報警原因，找出工藝程序中可能存在的問題，保障電站安全穩(wěn)定運行。

2)理論分析與模型建立

根據(jù)惰性氣體監(jiān)測通道的監(jiān)測對象，確定計算中所要考慮的重要核素。一般情況下選取放射性惰性氣體41Ar作為考察對象(燃料元件包殼發(fā)生破損的情況下還應(yīng)考慮放射性核素85Kr和133Xe及其同位素)，建立核素遷移的數(shù)學(xué)模型，研究一回路冷卻劑泄漏導(dǎo)致安全殼空氣中惰性氣體體積比活度的變化與一回路系統(tǒng)冷卻劑泄漏率之間的關(guān)系。

3)數(shù)值計算及閾值設(shè)置

根據(jù)實際情況，選取合理的輸入?yún)?shù)對以上模型進(jìn)行數(shù)值計算，對計算結(jié)果進(jìn)行分析，并結(jié)合實測值或經(jīng)驗值對模型進(jìn)行修正，最終根據(jù)計算結(jié)果提出閾值設(shè)置的建議。

2 區(qū)域監(jiān)測通道報警閾值

2.1 監(jiān)測通道特點［2］

對核電站的區(qū)域輻射進(jìn)行測量有工藝和安全的目的，涉及到的監(jiān)測通道相當(dāng)多。以主控室空氣γ輻射劑量率監(jiān)測通道為例，該監(jiān)測通道連續(xù)監(jiān)測由主控制室空調(diào)系統(tǒng)吹入控制室的空氣的放射性活度，當(dāng)輻射劑量率超過二級報警閾值時自動觸發(fā)主控制室空調(diào)系統(tǒng)吸風(fēng)切換到通過碘收集器，對空氣中的放射性碘進(jìn)行過濾，從而起到保護(hù)主控室工作人員的作用。

2.2 閾值設(shè)置

2.2.1 閾值設(shè)置原則

區(qū)域輻射監(jiān)測系統(tǒng)報警閾值設(shè)置的原則、依據(jù)和方法大致有以下2種:

1)依據(jù)國家相關(guān)核安全標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范設(shè)置報警閾值。部分區(qū)域監(jiān)測通道的報警閾值可直接或間接地依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)所規(guī)定的限值要求及其相關(guān)規(guī)定來確定，并遵循合理可行盡量低的輻射防護(hù)基本原則。放射性工作場所相關(guān)監(jiān)測通道報警閾值可按工作人員劑量控制原則、年有效劑量限值、管理限值等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。

2)部分兼有工藝監(jiān)測功能的區(qū)域監(jiān)測通道報警閾值的設(shè)置原則可參考工藝輻射監(jiān)測通道報警閾值設(shè)置原則中的第1種。

談及取得的有形成果時，劉延錦稱，數(shù)據(jù)是最好的證明，營養(yǎng)風(fēng)險篩查率由改善前的40%提升至100%，經(jīng)口進(jìn)食正確率由改善前的85%提升至100%，營養(yǎng)支持介入時間由改善前102h縮短至62h等?！澳壳?，這一模式已在河南省18個地市廣泛應(yīng)用，充分發(fā)揮了醫(yī)院的輻射帶動作用?！彼牢康卣f。

2.2.2 閾值設(shè)置方法

根據(jù)閾值設(shè)置原則，以主控室空氣γ輻射劑量率監(jiān)測通道報警閾值的設(shè)置為例，閾值設(shè)置方法如下:

1)確定所監(jiān)測區(qū)域必須符合的控制標(biāo)準(zhǔn)

主控室為工作人員經(jīng)?；顒拥膮^(qū)域，其γ輻射劑量率應(yīng)按工作人員的職業(yè)照射水平年劑量當(dāng)量限值進(jìn)行控制，具體限值可參考GB 18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》中對放射性工作人員年有效劑量的限值規(guī)定。

2)根據(jù)劑量限值推算出實時劑量率

GB 18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的劑量限值適用于在規(guī)定期間內(nèi)內(nèi)、外照射(包括中子、γ、惰性氣體)所致劑量和放射性物質(zhì)攝入所致待積劑量之和，工作人員接受的γ輻射劑量只能是年劑量限值的一小部分，比如說30%或更小。根據(jù)γ輻射劑量限值，再結(jié)合工作人員每年在此區(qū)域中工作的時間，算出對應(yīng)的實時劑量率值。

3)閾值設(shè)置

根據(jù)以上實時劑量率結(jié)果，結(jié)合實測值，提出初步的閾值設(shè)置建議。

3 排出流監(jiān)測通道報警閾值

核電站在運行過程中會產(chǎn)生放射性廢氣和廢液，這些含有放射性物質(zhì)的廢氣和廢液最終會排放到環(huán)境中去。排放到環(huán)境中的放射性物質(zhì)不但對核電站周圍公眾造成外照射影響，而且隨著公眾的食入和吸入，造成內(nèi)照射影響。因此，在核電站運行過程中必須進(jìn)行針對排出流的監(jiān)測［1］。

3.1 監(jiān)測通道特點［2］

核電站的排出流分為氣態(tài)排出流和液態(tài)排出流2種形式。以氣態(tài)排出流監(jiān)測為例，其中包括氣溶膠、碘和惰性氣體的活性監(jiān)測，通過循環(huán)輔助裝置測量單位體積內(nèi)惰性氣體的活性以及測量在過濾器、碘收集器上沉淀物的放射性活度，來確定由煙囪排放的氣載放射性物質(zhì)的總活性。當(dāng)測量到的氣載放射性物質(zhì)活性超過二級報警閾值時自動隔離排放系統(tǒng)向環(huán)境中的排放，起到保護(hù)環(huán)境和公眾的作用。

3.2 閾值設(shè)置

3.2.1 閾值設(shè)置原則

排出流監(jiān)測通道報警閾值設(shè)置原則的依據(jù)主要是國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其排放必須間接符合國家相關(guān)核安全法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的限值要求。

3.2.2 閾值設(shè)置方法

根據(jù)閾值設(shè)置原則，以煙囪排出流中惰性氣體監(jiān)測通道報警閾值的設(shè)置為例，閾值設(shè)置方法如下:

1)確定排出流排放時應(yīng)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)

核電站氣體放射性物質(zhì)排放所需執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)主要包括:GB 6249-1986核動力廠環(huán)境輻射防護(hù)規(guī)定、GB 14317-1993核熱電廠輻射防護(hù)規(guī)定及GB 18871-2002電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)。

2)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)推算出煙囪排出流排放時的氣載放射性物質(zhì)活度

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的排放限值或?qū)娝聞┝肯拗担Y(jié)合排放量和排放時間等參數(shù)，可推算出煙囪排出流排放時的氣載放射性物質(zhì)的活度限值。

3)閾值設(shè)置

根據(jù)以上煙囪排出流排放時的氣載放射性物質(zhì)活度限值，確定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的上限所對應(yīng)的氣載放射性物質(zhì)活度為二級報警閾值，在核電站正常運行實測值與二級報警閾值之間選取合理的值作為一級報警閾值。

4 結(jié)語

隨著國家大力發(fā)展核電的大趨勢以及核電國產(chǎn)化的逐步推進(jìn)，核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測通道報警閾值作為關(guān)系到核電站安全穩(wěn)定運行的重要參數(shù)必須受到足夠的重視。這其中每個通道的報警閾值都需根據(jù)核電站的設(shè)計布置、放射性物質(zhì)源項、監(jiān)測通道自身特點以及國家相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行專項研究，研究出合理的閾值設(shè)置方法。本文根據(jù)核電站工藝系統(tǒng)監(jiān)測通道、區(qū)域輻射監(jiān)測通道、排出流監(jiān)測通道各自的特點，對各監(jiān)測通道報警閾值的設(shè)置方法作了初步的定性研究;同時選取各監(jiān)測通道中典型的監(jiān)測對象，確定了報警閾值設(shè)計方法。

［1］凌球，郭蘭英，等.核電站輻射測量技術(shù)［M］.北京:原子能出版社，2001.94 －168.

［2］廖紅彪.輻射監(jiān)測系統(tǒng)KRT培訓(xùn)教材［M］.廣東:嶺澳核電站保健物理處，2001.3 －16.