馬強(qiáng)+潘君艷

【摘 要】通過對(duì)鈉冷快堆輻射源和安全分析，結(jié)合CEFR輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步從工藝系統(tǒng)設(shè)備的密封性和工藝系統(tǒng)操作的合規(guī)性方面探討工藝輻射監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)要素。

【關(guān)鍵詞】鈉冷快堆；工藝輻射監(jiān)測(cè)；輻射源

【Abstract】The radiation source features and the safety analysis for sodium cooled fast reactor were described.Based on the design experience of China Experimental Fast Reactor，the design factors of process radiation monitoring systems were presented in detail，which focused on the equipment tightness and operation compliance for fast reactor process systems.

【Key words】Sodium cooled fast reactor；Process radiation monitoring；Radiation source

核電廠工藝輻射監(jiān)測(cè)用于安全屏障和某些設(shè)備和系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，測(cè)量通道主要包括監(jiān)測(cè)廠房?jī)?nèi)重要設(shè)備或其附近的γ輻射、空氣放射性或工藝流放射性[1]。國(guó)內(nèi)壓水堆廠房輻射監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，現(xiàn)已發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備的布置和測(cè)量通道的要求都做了具體的規(guī)定。

中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自完成自主設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和運(yùn)行后，目前已經(jīng)過運(yùn)行驗(yàn)證。本文將著重闡述快堆工藝輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素。

1 輻射源

快堆的工藝系統(tǒng)主要包括主熱傳輸系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和燃料操作系統(tǒng)等。主熱傳輸系統(tǒng)由一次鈉系統(tǒng)、二次鈉系統(tǒng)和蒸汽系統(tǒng)組成。核輔助系統(tǒng)主要包括一回路鈉輔助系統(tǒng)，一次氬氣系統(tǒng)，一次氬氣吹掃與衰變系統(tǒng)等。燃料操作系統(tǒng)包括堆內(nèi)換料系統(tǒng)，堆外換料系統(tǒng)和乏組件清洗系統(tǒng)[2-3]。

反應(yīng)堆運(yùn)行期間，主熱傳輸系統(tǒng)中的放射性核素主要是冷卻劑鈉的活化產(chǎn)物24Na和22Na。其中24Na由（n，γ）反應(yīng)產(chǎn)生，半衰期15.0h，發(fā)射1.4MeV和2.8MeV的γ光子；22Na由（n，2n）反應(yīng)產(chǎn)生，半衰期2.6a，發(fā)射1.3MeV的γ光子。二次鈉中24Na和22Na的活度濃度遠(yuǎn)低于一次鈉的放射性水平。CEFR主系統(tǒng)冷卻劑中的放射性活度濃度如表1所示。

一回路鈉輔助系統(tǒng)包括一回路鈉凈化系統(tǒng)和一回路鈉充排系統(tǒng)。其輻射源與主熱傳輸系統(tǒng)基本相同。反應(yīng)堆運(yùn)行期間一次氬氣中的主要放射性核素為23Ne，41Ar和24Na以及燃料元件破損引入的133Xe，135Xe和85Kr等。其余氬氣系統(tǒng)的主要放射性核素為133Xe、85Kr和137Cs等[4]。

乏組件清洗過程中產(chǎn)生的廢液主要為一次鈉的清洗溶液，放射性水平較高，可能達(dá)到中放水平。

2 安全分析

2.1 鈉火

快堆安全分析指出，在局部事故中，首當(dāng)其沖的是鈉泄漏及鈉火，鈉火的特點(diǎn)是在房間內(nèi)產(chǎn)生大量的濃煙，并有較大的比例形成氣溶膠懸浮物。而在反應(yīng)堆運(yùn)行期間，一次鈉火產(chǎn)生的氣溶膠也具有較強(qiáng)的放射性。

2.2 放射性氣體釋放

快堆核島廠房的放射性氣體釋放主要包括一回路覆蓋氣體系統(tǒng)泄露和一次氬氣衰變罐泄漏[4]。此類氣體泄漏后，會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)工藝間的放射性水平上升。

2.3 燃料操作

燃料操作事故中的典型事故為高功率燃料組件誤提到轉(zhuǎn)運(yùn)室：達(dá)到預(yù)定燃耗的燃料組件，由于操作錯(cuò)誤，在還未經(jīng)過充分冷卻的情況下提出到轉(zhuǎn)運(yùn)室，因燃料組件失去對(duì)余熱的冷卻可能造成損壞。未經(jīng)冷卻乏燃料的γ劑量率水平遠(yuǎn)高于經(jīng)過冷卻的乏燃料。

3 工藝輻射監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)要素

根據(jù)工藝系統(tǒng)輻射監(jiān)測(cè)需求及安全分析結(jié)果，快堆工藝輻射監(jiān)測(cè)的具體功能主要包括如下方面：

-工藝設(shè)備密封性監(jiān)測(cè)

-乏燃料更換過程監(jiān)測(cè)

-清洗廢液監(jiān)測(cè)

-放射性氬氣排放監(jiān)測(cè)

3.1 工藝設(shè)備密封性監(jiān)測(cè)

通過放射性監(jiān)測(cè)來(lái)判斷工藝設(shè)備密封性主要包括兩個(gè)方面：放射性覆蓋氣體設(shè)備密封性監(jiān)測(cè)和放射性鈉設(shè)備密封性監(jiān)測(cè)。

3.1.1 放射性覆蓋氣體密封性監(jiān)測(cè)

對(duì)于有放射性覆蓋氣體泄漏風(fēng)險(xiǎn)的工藝間需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)，考慮因素包括：

1）監(jiān)測(cè)對(duì)象主要為惰性氣體；

2）采用掃描式取樣進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

3）對(duì)有工作人員長(zhǎng)期停留工藝間的取樣頻率應(yīng)高于普通工藝間。

3.1.2 放射性鈉設(shè)備密封性監(jiān)測(cè)

工藝輻射監(jiān)測(cè)僅考慮因設(shè)備泄漏而造成鈉火的放射性監(jiān)測(cè)。鈉燃燒后變成氣溶膠的份額為0.12～0.15；房間內(nèi)鈉燃料時(shí)，鈉氣溶膠濃度可達(dá)20g/m3；在鈉燃料期間，多數(shù)顆粒的粒徑分布在5～6μm范圍內(nèi)[5-6]。根據(jù)一回路冷卻劑的輻射源分析和鈉氣溶膠的特性，用輻射監(jiān)測(cè)來(lái)判斷鈉火的發(fā)生是一種有效而可靠的手段。監(jiān)測(cè)通道設(shè)計(jì)需考慮到如下因素：

1）監(jiān)測(cè)對(duì)象為鈉氣溶膠中的典型核素為24Na和22Na；

2）采用取樣方式進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)；

3）選用針對(duì)特定核素探測(cè)且更為靈敏的探測(cè)器；

4）過濾材料耐用。由于鈉火事故發(fā)生概率極低，卻有著強(qiáng)放射性，強(qiáng)腐蝕性等特點(diǎn)，為了運(yùn)行維護(hù)方便，宜選用結(jié)實(shí)耐用的過濾材料，從而不致浪費(fèi)過多的人力去更換過濾材料。

3.2 燃料更換過程和貯存監(jiān)測(cè)

快堆的燃料更換過程是在密閉的環(huán)境下進(jìn)行的。首先，經(jīng)達(dá)到一定燃耗的從堆芯移至特定區(qū)域進(jìn)行衰變和冷卻，待冷卻一定時(shí)間后從鈉池中取出并清洗、漂洗，去除燃料組件表面附著的鈉后移至乏燃料貯存水池保存。

在此過程中的如下環(huán)節(jié)需要設(shè)置輻射監(jiān)測(cè)：

1）乏燃料卸料過程

在燃料操作過程中存在誤將未經(jīng)衰變冷卻的高功率燃料組件提至轉(zhuǎn)運(yùn)室的事故工況，為了有效避免這種情況的發(fā)生，可在乏燃料運(yùn)輸路徑上設(shè)置相應(yīng)的探測(cè)器，當(dāng)乏燃料組件的放射性水平超過設(shè)定閾值時(shí)，觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，從而限制該換料操作的進(jìn)行。

2）乏燃料清洗過程

乏燃料清洗可分為吹掃、清洗和漂洗3個(gè)基本過程，其中在清洗過程中使用的水蒸氣，經(jīng)冷凝后形成放射性廢液，該廢液可能達(dá)到中放水平，因此需要在廢液排放管線上設(shè)置放射性監(jiān)測(cè)裝置，使得中、低放廢液排至不同的廢液收集罐中。

3）乏燃料貯存

經(jīng)漂洗后的乏燃料組件被送至貯存水池保存，為了監(jiān)視乏燃料的安全情況，應(yīng)在貯存水池周邊設(shè)置放射性監(jiān)測(cè)裝置。

3.3 放射性氬氣排放監(jiān)測(cè)

對(duì)于氬氣衰變罐內(nèi)貯存的一次氬氣，經(jīng)放化專業(yè)對(duì)其進(jìn)行品質(zhì)分析，當(dāng)品質(zhì)不符合復(fù)用要求后需排放。在排放之前，為了避免污染環(huán)境，需對(duì)一次氬氣中的典型放射性核素含量進(jìn)行分析，確保短壽命核素已經(jīng)過充分衰變后方可排放。

4 結(jié)束語(yǔ)

鈉冷快堆與壓水堆在工藝輻射監(jiān)測(cè)方面有諸多不同，主要是由于工藝系統(tǒng)的差別造成的。本文通過對(duì)鈉冷快堆輻射源和安全分析的研究，針對(duì)工藝設(shè)備密封性監(jiān)測(cè)，燃料更換和貯存監(jiān)測(cè)和放射性氬氣排放監(jiān)測(cè)等鈉冷快堆工藝輻射監(jiān)測(cè)的主要方面進(jìn)行了闡述，完成了工藝輻射監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)要素的初步分析。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]