溫國(guó)義

（國(guó)核示范電站有限責(zé)任公司，山東威海264300）

淺談核電站用锎-252中子源

溫國(guó)義

（國(guó)核示范電站有限責(zé)任公司，山東威海264300）

壓水堆核電站用锎源作為堆內(nèi)設(shè)置用來(lái)首次啟動(dòng)，以維持和發(fā)展裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。為了滿足锎源啟堆要求，使核裂變放出的中子數(shù)以補(bǔ)償或超過(guò)甚至大大超過(guò)泄漏和非裂變俘獲損失的中子，并盡可能降低采購(gòu)成本，在采購(gòu)前應(yīng)針對(duì)锎源入堆時(shí)間，并按以往核電工期延誤特點(diǎn)，推算出锎源質(zhì)量及锎源強(qiáng)度，確定采購(gòu)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，按要求辦理采購(gòu)運(yùn)輸手續(xù)，提前進(jìn)行安裝準(zhǔn)備及安裝實(shí)施。

锎-252；裂變；鋦-248；核電站

1 锎-252特性

锎（Californium）是一種放射性金屬元素，符號(hào)為Cf，原子序?yàn)?8.锎屬于銀白色的錒系金屬，熔點(diǎn)為900±30℃，估計(jì)的沸點(diǎn)為1 745℃。處于純金屬態(tài)時(shí)，锎是具延展性，可以用刀片輕易切開(kāi)，在真空狀態(tài)下的锎金屬到了300℃以上時(shí)便會(huì)氣化。

锎-252有96.9%的概率進(jìn)行α衰變（損失2顆質(zhì)子和2顆中子），并形成鋦-248，剩余的有3.1%概率進(jìn)行自發(fā)裂變。1 μg的锎-252每秒釋放2.3×106顆中子，平均每次自發(fā)裂變釋放3.7顆中子。一旦锎進(jìn)入人體內(nèi)，會(huì)造成很大的損害，锎所釋放的電離輻射在骨骼和肝臟中可致癌，其累積在骨骼組織里的锎會(huì)釋放輻射，破壞身體制造紅血球的能力。

2 锎源的采購(gòu)原則

2.1 采購(gòu)锎源的要求

圖1 锎中子源運(yùn)輸

锎-252作為核電站啟動(dòng)的一種工具，在反應(yīng)堆啟動(dòng)中扮演了極其關(guān)鍵的角色。在核電站啟動(dòng)前采用锎-252作為核電站啟動(dòng)源，主要是因?yàn)楹推渌鞣N同位素中子源相比，锎-252具有體積小、強(qiáng)度大、中子連續(xù)裂變等優(yōu)點(diǎn)。但由于锎-252是個(gè)強(qiáng)中子射源，具有極強(qiáng)的放射性，非常危險(xiǎn)，綠豆大的锎就能制造一顆微型原子彈。因此，在采購(gòu)運(yùn)輸時(shí)，不但需到當(dāng)?shù)厥〖?jí)環(huán)境保護(hù)部門(mén)進(jìn)行備案、放射性同位素進(jìn)口審批，還需要有轉(zhuǎn)讓協(xié)議、放射源運(yùn)輸檢測(cè)方案、輻射安全許可證、運(yùn)輸資質(zhì)、運(yùn)輸方案及應(yīng)急預(yù)案等，其運(yùn)輸容器外表面需進(jìn)行輻射水平及污染檢測(cè)證明，要求此放射性物質(zhì)貨包分級(jí)符合《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)程》（GB 11806—2004）II級(jí)運(yùn)輸?shù)燃?jí)要求，運(yùn)輸車(chē)輛輻射水平符合《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)程》（GB 11806—2004）要求。其采購(gòu)運(yùn)輸示意圖如圖1所示。

锎源采用專用運(yùn)輸容器進(jìn)行運(yùn)輸，其容器外徑約為Φ1 305 mm，容器高度約為4 400 mm。锎-252運(yùn)輸嚴(yán)格，不僅因?yàn)槠浞派湫詮?qiáng)，而且它是比黃金還貴重的金屬，號(hào)稱“王中之王”，1 g锎售價(jià)高達(dá)1.0×107美元。因此，在采購(gòu)锎源時(shí)，需精確計(jì)算采購(gòu)的锎源的質(zhì)量，并留有一定的余量。

2.2 锎-252中子源采購(gòu)計(jì)算

在核電站中，一次源采用的是锎（252Cf）源作為啟堆源，252Cf的主要特性如表1所示。

表1 锎（252Cf）源主要特性表

壓水堆核電站每個(gè)機(jī)組有2組一次中子源組件，每組一次中子源組件有1個(gè)锎（252Cf）源，一般要求單根中子源棒——锎（252Cf）源的源強(qiáng)入堆時(shí)不小于4×108n/s。為了滿足此要求，即使采購(gòu)后立即入堆的锎（252Cf）源其質(zhì)量也應(yīng)不小于173.16 μg，但由于核電首堆建設(shè)周期一般延長(zhǎng)約1年時(shí)間，根據(jù)锎（252Cf）半衰期計(jì)算，因此，采購(gòu)的锎（252Cf）源質(zhì)量一般在250 μg左右，具體計(jì)算公式如下：

式（1）中：t為貯存時(shí)間；T為半衰期，按2.64計(jì)；No為入堆前源強(qiáng)不小于4×108n/s的锎（252Cf）質(zhì)量；N為采購(gòu)的锎（252Cf）質(zhì)量。如果采購(gòu)的锎（252Cf）需存放1年后才入堆，則需要采購(gòu)的锎源質(zhì)量為173.16/0.769 08=225.151 4 μg。

根據(jù)上述測(cè)算，某集團(tuán)采購(gòu)的锎（252Cf）源質(zhì)量如表2所示。

表2 某集團(tuán)采購(gòu)的锎（252Cf）源質(zhì)量表

3 锎源的安裝

3.1 安裝實(shí)施

圖2 一次中子源插入燃料組件示意圖

圖3 一次中子源組件組裝示意圖

锎-252采購(gòu)、運(yùn)輸?shù)街付ǖ牡攸c(diǎn)后，安裝組成一次中子源組件，以用于核電站堆芯首次啟動(dòng)，提高中子通量水平。一次中子源棒的組裝操作由燃料供應(yīng)方在燃料制造廠完成，一次中子源棒與一次中子源組件的組裝及焊接在核電站現(xiàn)場(chǎng)完成。在堆芯裝料前，通過(guò)對(duì)未裝配的一次中子源棒和一次中子源組件的其他部分在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝、焊接成一次中子源組件，并與對(duì)應(yīng)的燃料組件配插，以達(dá)到堆芯裝料要求。一次中子源棒插入燃料組件示意圖如圖2所示，一次中子源組件組裝示意圖如圖3所示。

3.2 安裝注意事項(xiàng)

一次中子源棒從運(yùn)輸容器中提出插入乏燃料水池時(shí)，要計(jì)算出安全操作距離及時(shí)間，進(jìn)行一次中子源棒吊裝、焊接操作時(shí)，禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入工作場(chǎng)地，并且嚴(yán)格控制工作人員人數(shù)；吊裝燃料組件時(shí)，嚴(yán)格按著組件吊運(yùn)操作技術(shù)要求實(shí)施并注意吊裝與指揮人員共同協(xié)作，防止造成燃料組件磕碰；在安裝擰緊螺母及焊接操作時(shí)，要注意防范，防止螺母、扳手及其他工裝等掉落劃傷組件。

4 結(jié)束語(yǔ)

锎-252既貴重又具有較強(qiáng)的放射性，采購(gòu)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格計(jì)算采購(gòu)的锎源質(zhì)量，并按要求控制采購(gòu)、運(yùn)輸及安裝操作流程，以防止操作過(guò)程失誤造成組件損傷和人員輻射風(fēng)險(xiǎn)。

［1］侯儉.比黃金還貴重的金屬［J］.金屬世界，2007（03）.

［2］侯燕妮.锎-252中子源世界供應(yīng)市場(chǎng)分析［J］.中國(guó)核工業(yè)，2015（05）.

［3］鄧浚獻(xiàn)，鄧峰.壓水堆燃料的破損、探測(cè)和修復(fù)［J］.中國(guó)核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告（第一卷），2009（11）.

［4］司峰偉.燃料組件破損原因分析及AP1000燃料的防護(hù)措施［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2003（25）.

〔編輯：張思楠〕

TM623.99

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.005

2095－6835（2017）16－0005－02

溫國(guó)義（1972—），男，內(nèi)蒙古寧城人，高級(jí)工程師，碩士，化學(xué)工程專業(yè)，主要從事核燃料及核物理工作。