核電廠放射性流出物
根據監測方式的不同,核電廠放射性流出物監測可分為線上監測和離線監測,監測數據通常是對排放點處劑量率、活度濃度或總活度的線上測量得到的,但如果流出物排放量較低,線上測量就可能因儀器靈敏性不足而無法得到數據,需要考慮採樣和隨後的實驗室分析。根據核電廠放射性流出物監測對象,又可以分為氣態放射性流出物、液態放射性流出物和直接輻射監測。
1、氣態放射性流出物
核電廠正常運行狀態下,氣態放射性流出物主要有惰性氣體、碘同位素、氚和碳-14的揮發性化合物以及顆粒狀的裂變和活化產物。其中,碘同位素和惰性氣體也是核電廠事故排放中的重要監測項目。通常氣態放射性流出物排放限值由審管部門以惰性氣體、氣溶膠和碘同位素年活度限值的形式給出,根據反應堆的不同類型,有時還可能需要給出核素、碳-14和氚的年排放限值。
(1) 惰性氣體。
利用監測設備連續線上監測或對流出物進行取樣測量,獲得惰性氣體中放射性同位素的活度數據,以驗證惰性氣體排放符合審管部門所批准的排放限值要求。在核電廠氣態放射性流出物監測中,IAEA建議需要考慮的惰性氣體有 Ar、Kr同位素 ( Kr、 m Kr、 Kr、 Kr、 Kr) 和Xe同位素( m Xe、 Xe、 m Xe、 Xe、 m Xe、 Xe、 Xe)。
(2) 顆粒物。
核電廠氣態放射性流出物監測中,需要考慮的氣溶膠核素有: Cr、 Mn、 Co、 Co、 Co、 Fe、 Zn、 Zr、 Nb、 Ru、 Ru、 m Ag、 Sb、 Cs、 Cs、 Ba、 La、 Ce和 Ce;放射性核素: Sr、 Fe、 Sr和 Ni; 核素: Pu、 Pu、 Pu、 Am、 Cm和 Cm。
其中,氣溶膠核素的取樣應採用過濾器,並定期對濾膜進行更換,採樣結束後利用HPGe譜儀進行放射性分析。放射性核素(例如Pu的同位素) 年排放量通常很低,但必須定期監測。此外,還可能需要開展對氣溶膠的線上監測,採用過濾器進行連續採樣,並在採樣過程中進行總放射性測量。
(3) 碘-131。
碘-131是碘同位素中對公眾照射劑量貢獻最大的放射性核素。為了能在放射性氣態流出物偏離正常水平的情況下給出預警信號,核電廠應對碘-131進行線上監測。空氣中的碘-131按其形態可分為元素碘、有機碘和碘微粒三種。不同形態的碘-131在環境中的表現行為不同,特別在沉積速度方面,元素碘的沉積速度比碘微粒高一個數量級,比有機碘高兩個數量級。一般,只有在需要對3種形態的碘-131劑量貢獻分別考慮,或者審管部門對3種形態的碘-131分別給出排放限值的情況下,放射性流出物監測方案中才需要對碘-131的形態進行區分。
(4) 氚和碳-14。
對於重水堆,氣態氚的監測十分重要,沸水堆和壓水堆中氣態氚排放量較少。反應堆類型確定,氣態流出物中碳-14的年排放量基本恆定。一般,重水堆碳-14排放率顯著高於沸水堆和壓水堆。核電廠應開展對氣態流出物中氚和碳-14的監測,如果在環境監測方案中已包含了氚和碳-14監測項目,那么流出物中的氚和碳-14每季度進行取樣/監測即可。
2、液態放射性流出物
核電廠液態流出物中含有大量裂變和活化產物,主要有鍶、銫、鈷、碘和氚的放射性同位素。在液態流出物排入環境之前,應設定貯存裝置對流出物收集和取樣,進行放射性核素濃度測量。其中,對於放射性測量,應在排水管線上設定線上連續監測裝置,需要關注的核素與氣態放射性流出物相同; 對於β放射性核素,如鍶-89、鍶-90、鐵-55和鎳-63,如果不能做到對β放射性線上連續監測,應每季度對混合樣品進行測量和分析。對於沸水堆,至少核電廠在運行的第一年,應每月對液態流出物中的磷-32進行監測。
對於放射性核素,如鈽、鎇和鋦的同位素,應每季度對混合樣品進行分析。首先對總活度進行測量,如果測量值超出預定值,再對樣品進行具體的放射性核素分析。氚是核電廠液態流出物中的重要放射性核素。對於重水堆核電廠而言,氚的測量尤為重要,混合水樣中的氚應至少每周測量一次,實際上許多核電運營者的監測頻率往往更為頻繁。其他堆型的核電廠氚排放量較少,混合水樣中的氚應每月進行測量。
碳-14的排放量只在重水堆液態流出物中較大,混合樣中的碳-14可以每月進行一次測量,其他堆型的核電廠,如果碳-14排放量很小或可以通過其他方法進行估量,液態流出物中的碳-14則不是必要的監測項目。
放射性流出物監測項目的通用要求
對於不同堆型的核電廠,放射性流出物監測項目會有一定的差異,IAEA對核電廠正常運行狀態下放射性流出物監測項目的通用要求見圖1。
—流出物取樣/監測應參考以往特定或類似堆型核電廠的情況而定,對於氣態流出物,應考慮到取樣代表性( 取樣位置、樣品萃取方法、樣品損失)、樣品收集以及單個放射性核素的取樣和測量方法。對於液態流出物,要求取樣位置處液態流出物的流速必須足夠大,能夠使得樣品充分混合。
流出物監測報告
IAEA規定核電廠的流出物監測數據,應至少每年向審管部門報告一次。流出物監測報告應包括來源於直接輻射的劑量率、流出物組成、排放速率和年排放量,應包括對監測結果的解釋和說明(如參考模型、標準、監測結果的不確定性) ,特別對發生顯著變化的流出物監測數據,需要予以說明。此外,一些詳細的流出物取樣/監測信息(排放點位置、取樣頻率、放射性分析方法)、測量儀器的基本參數和校準信息也應隨監測結果一起上報審管部門。監測報告還應包括其他的有用信息,如監測報告期間的天氣條件和核電廠淨髮電量。公眾個人年受照劑量的計算應包含在流出物監測報告中。IAEA給出了關於核電廠放射性流出物劑量評價的3種模式:“稀釋”劑量評價模式、通用環境劑量評價模式和場址特有劑量評價模式。根據流出物監測數據,選取合適的計算模型,將劑量結果與相應的劑量約束值比較,拒絕劑量高於劑量約束值的放射性流出物排放方案,並考慮替代方案。
質量保證
質量保證是核電廠放射性流出物監測活動的重要組成部分,必須貫穿於監測方案制定到劑量評價整個過程。核電廠放射性流出物監測質量保證,應包括滿足以下具體條件的措施:
①與流出物監測有關的取樣代表性要求;
②流出物取樣頻度應當是合適的;
③測量設備的刻度和效能檢驗程式應當滿足要求;
④測量的比對計畫應當到位;
⑤測量應當可追溯到國際標準;
⑥放射性分析實驗室應當是公認合格的;
⑦記錄保持體系應當是充分有效的;
⑧流出物監測報告程式應當是經審管部門認可的。