大亞灣核電站氣載流出物放射性監(jiān)測

1、,氣載流出物放射性監(jiān)測劉國華,內 容,一、核電站氣載流出物排放監(jiān)測簡介二、氣溶膠測量三、氣體測量四、碘測量五、氚碳取樣六、疑問,一、核電站氣載流出物排放監(jiān)測簡介,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)測的是放射性氣態(tài)排出流。核廠房將工藝、場所中的氣體統(tǒng)一匯總后通過煙囪集中向大氣環(huán)境進行排放，一旦核廠房內發(fā)生放射性泄漏事件，比如一回路壓力邊界發(fā)生泄漏，放射性物質通過

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

3、取樣測量裝置（Mirion）：,二、氣溶膠測量,煙囪排放空氣中的放射性氣溶膠來自一回路中的活化產物和反應堆燃料棒中的裂變產物。當一回路發(fā)生泄漏時，這些金屬離子通過泄漏點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，容易在人體內沉積富集，對人體造

4、成嚴重的內照射傷害。,二、氣溶膠測量,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取樣空氣中的放射性氣溶膠進行過濾，隨著富集濃度的增加，放射性氣溶膠的有效計數(shù)率增大，因此基于過濾富集的作用，放射性氣溶膠探測裝置的探測下限要明顯優(yōu)于放射性氣體探測裝置 。,二、氣溶膠測量,放射性氣溶膠探測的一個重點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生天然放射性氣溶膠。人工放射性氣溶膠測量

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采用塑料閃爍體探測器正對濾紙測量放射性氣溶膠，由于塑料閃爍體能量分辨率很差，不能對測量的射線類型進行一定能力的區(qū)分，算法不能有效剔除天然放射性氣溶膠的影響，導致氣溶膠探測通道頻繁閃發(fā)誤報警事件 。,二、氣溶膠測量,目前大亞灣核電站放射性氣溶膠測量使用2個PIPS半導體探測器正對濾紙進行測量。濾紙上沉積的氣溶膠發(fā)射的α、β、γ射線被第一個探測器探測到。

6、由于PIPS半導體探測器可較精確的區(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射線計數(shù)率，再根據(jù)天然氡釷衰變鏈關系推導出天然放射性氣溶膠的β射線對探測器測量產生的貢獻，結合后部的探測器剔除γ射線干擾后，可得到人工α、β放射性氣溶膠活度 。,,二、氣溶膠測量,取樣取樣空氣流量為 ，探測器對α放射性氣溶膠的探測效率為 ，對β放射性氣溶膠的探測效率為 ，

7、濾紙對放射性氣溶膠過濾效率為 ，濾紙對α放射性氣溶膠的吸收系數(shù)為 ，對β放射性氣溶膠的的系數(shù) ，濾紙托板對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算公式為： 為剔除天然影響下的α放射性氣溶膠探測計數(shù)率的變化率 為剔除天然影響和γ影響下的β放射性氣溶膠探測計數(shù)率的變化率,,,,,,,,,,,,,,,,三、氣體測量,煙囪排放空氣中的放射性氣體來自于核反應堆核燃料組件中的裂變

8、產物（如133Xe、85Kr，一般情況下燃料棒上的破口非常小，但反應堆運行時，破損的燃料棒中核反應不斷產生的放射性氣體（單原子分子，體積小，氣態(tài)）導致燃料棒內部的壓力不斷增高，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堆廠房或者二回路中，從而進入廠房內空氣并最終由煙囪排放到外部大氣中 。,三、氣體測量,目前放射性氣體監(jiān)測采用基于PIPS半導體的在線探測方式，其探測原理如圖所示：,,三、氣體測量,煙囪放射性氣體

9、探測裝置串聯(lián)在取樣腔室中。探測裝置外部鉛屏蔽去除環(huán)境干擾，內部設有取樣室，探測器正對取樣室，中間通過超?。?0μm）金屬膜隔絕。探測裝置中前后設置２個緊密排列的PIPS薄半導體探測器。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裝置中。放射性氣體發(fā)射的γ射線可射入前、后兩個探測器。通過后部探測器測量到的γ計數(shù)剔除前部探測器測量到的γ計數(shù)，得到前部探測器測量到的β計數(shù)。若前部探測器在有效能量區(qū)間內測量到的β、γ混合計數(shù)率為 (c

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

11、對取樣空氣中的放射性碘進行過濾吸附。,四、碘測量,目前放射性碘探測采用NaI閃爍體探測器正對活性炭濾盒測量，其探測原理如圖所示。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閃爍體探測器探測。通過分析測量到的γ能譜，計算出364keV能量γ射線的計數(shù)率，結合必要的物理參量計算出放射性碘活度。,,四、碘測量,取樣空氣流量為 ，探測器對放射性碘的探測

12、效率為 ，活性炭對放射性碘過濾效率為 ，NaI閃爍體測量γ能譜中364keV能量的γ能峰計數(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)測對H3和C14的放射性監(jiān)測一般采用現(xiàn)場取樣實驗室分析。由于現(xiàn)場復雜環(huán)境下測量H3和C14極低能β放射性難度大，準確率低。目前的輻射探測技術手段不能很方便的在現(xiàn)場環(huán)境下以低能β放射性為測量對象對3H和14C進行實時準確的測量。因此核電站目前采用