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（環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082）

核電廠氣載放射性流出物有效劑量轉(zhuǎn)移因子取值差異性分析研究

張瓊，逯馨華，王博，郭瑞萍，陳魯?

（環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082）

本文介紹了核電廠氣載放射性流出物對公眾造成的劑量計算公式，概述了在正常運行工況下由于大氣彌散所導(dǎo)致的公眾劑量評價軟件，比較分析了軟件中典型放射性核素的有效劑量轉(zhuǎn)移因子，并與相關(guān)標準進行對比分析，為我國核電廠環(huán)境影響審評提供了有益的技術(shù)參考。

核電廠；氣載放射性流出物；有效劑量轉(zhuǎn)移因子

《核動力廠環(huán)境輻射防護規(guī)定》（GB6249-2011）［1］指出，在核電廠環(huán)境影響報告書中必須考慮核電廠流出物對環(huán)境、生態(tài)和公眾的影響。因此，開展核電廠流出物對周圍環(huán)境的影響審評，是核電廠正常運行工況下不可或缺的重要環(huán)節(jié)［2，3］。

在對我國自主研發(fā)的三代堆CAP1400和華龍一號劑量校核計算的過程中發(fā)現(xiàn)，“有效劑量轉(zhuǎn)換因子”各個評價單位的程序的取值具有一定的差別。本文針對福清5、6號機組正常運行工況［4］初步安全分析階段的公眾輻射劑量進行了相關(guān)校核計算，采用的軟件是中國輻射防護研究院依據(jù)美國RG1．111《估計輕水堆正常釋放的氣態(tài)物質(zhì)的大氣遷移和擴散方法》［5］開發(fā)的ROULEA軟件。本文對劑量轉(zhuǎn)換因子進行了討論分析，選取符合實際情況的數(shù)值，并以福清5、6號機組（華龍一號）為例，開展相關(guān)比較研究，優(yōu)化完善 “有效劑量轉(zhuǎn)換因子”模塊，可為福清5、6號機組最終安全分析審評以及其他核電場址提供技術(shù)支持。

l 概述

ROULEA程序是由中國輻射防護研究院研究開發(fā)的［6］，該程序可以根據(jù)核電廠正常運行期間放射性物質(zhì)的排放量、公眾生活習(xí)慣和食物鏈等參數(shù)，結(jié)合廠址環(huán)境特征，利用放射性物質(zhì)在周圍大氣和水體中的傳輸、擴散和沉積模式以及公眾輻射劑量計算模式，計算周圍80 km范圍內(nèi)各子區(qū)公眾所受到的個人有效劑量和集體有效劑量，開展核電廠正常運行期間對周圍公眾產(chǎn)生的輻射影響的評價［7-9］。

福建福清核電廠5、6號機組位于福清核電廠場內(nèi)，北、南、西三面環(huán)海，東北側(cè)與陸地連接，占地24．16 ha［4］。

核電廠氣載流出物主要包括惰性氣體、氣溶膠等，根據(jù)設(shè)計單位提供的福清核電廠5、6號機組的氣載源項，具體見表1［4］，進行校核計算，所產(chǎn)生的氣載流出物由核電廠煙囪集中排放。

氣載流出物主要通過煙囪排放到大氣，煙囪高度為 73 m，安全殼上水箱高度暫定76．5 m，對煙囪釋放的氣載流出物按混合釋放考慮。煙囪和主要構(gòu)筑物等氣載放射性流出物相關(guān)參數(shù)見表2。

表l 單臺機組氣載放射性流出物年排放量（保守工況）Table l Discharge amount of main radionuclides inairborne effluents from Fuqing 5、6 Nuclear Power Plant

2 氣載放射性流出物所致公眾輻射劑量計算分析

在正常運行工況下，核電廠所產(chǎn)生的氣載放射性流出物通過煙囪排放，在估算對周圍公眾造成的輻射劑量時考慮的照射途徑［10］主要有浸沒于空氣中受到的外照射；由于干、濕沉降導(dǎo)致地面放射性沉積物引起的外照射；吸入空氣造成的內(nèi)照射；食入因干、濕沉降導(dǎo)致放射性沉積的糧食、蔬菜及肉類、奶等造成的內(nèi)照射。

在計算每種釋放途徑對公眾所造成的劑量時，都會用到不同的劑量轉(zhuǎn)換因子，下述將結(jié)合照射途徑，選取特征核素來進行對比分析?？紤]氣態(tài)釋放核素量的大小及核素代表性，選取85Kr、88Kr、133Xe、135Xe、131I、133I、58Co、60Co、89Sr、90Sr、134Cs、137Cs、3H 和14C進行差異性比較分析［11］。

CAP1400的劑量計算，上海核工程研究院采用的程序是在Y3001基礎(chǔ)上的改進版本，因此簡稱CAP1400程序，華龍一號防城港3、4號機組和華龍一號福清5、6號機組劑量計算分別是中廣核設(shè)計院和中核設(shè)計院采用自行的劑量計算軟件完成的，分別簡稱為防城港3、4軟件和福清5、6軟件，校核計算軟件為ROULEA程序，審評過程中常用的程序為 C-AIRDOS［12］，所以本文將選取上述幾個單位在劑量計算中所采用的劑量轉(zhuǎn)換因子進行差異性比較分析研究。

2.l空氣浸沒外照射劑量

參考RG1．109，空氣浸沒外照射劑量計算公式如下：

式中：DEA為計算點處公眾個人浸沒于污染的半無限煙云中受到的有效劑量，Sv·a-1；χi為計算點處地面空氣中放射性核素i的濃度，單位Bq·m-3；F為建筑物的屏蔽因子，無量綱；DFEAi為浸沒于半無限煙云中放射性核素i對人體的有效劑量轉(zhuǎn)換因子，單位 （Sv· h-1） /（Bq·m-3）。

2.2 地面沉積外照射劑量

對于地面沉積外照射，從物理機理方面分析，惰性氣體、3H及14C的地面沉積外照射均可忽略，因此，僅需考慮氣溶膠和碘兩大類氣載釋放的核素。參考RG1．109，地面沉積外照射劑量計算公式如下：

式中：DEG為計算點處公眾個人逗留在污染的地面上受到的有效劑量，單位Sv·a-1；γi為計算點處放射性核素i的表面沉積率，單位Bq ·m-2d-1；λGi=λi+λg，λi為放射性核素i的衰變常數(shù)，單位1/d，λg為放射性核素在陸地環(huán)境中的物理去除常數(shù)，單位1/d；tG為放射性核素在地面上的積累時間，單位d；DFESi為沉積物中放射性核素i對人體的有效劑量轉(zhuǎn)換因子單位 （Sv·h-1） /（Bq·m-2）。

表2 主要參數(shù)列表Table 2 The main parameters about the airborne effluent

2.3 吸入內(nèi)照射劑量

對于吸入內(nèi)照射，從物理機理方面分析，惰性氣體、3H及14C發(fā)生吸入內(nèi)照射的情況均可忽略。參考RG1．109，吸入內(nèi)照射劑量計算公式如下：

式中：DEI為居民個人吸入污染的空氣所致的有效劑量，單位Sv·a-1；Br為人的呼吸率，單位m3·h-1；DFEIi為吸入放射性核素i對人體的有效劑量轉(zhuǎn)換因子，單位Sv·Bq-1。

2.4 食入陸地動植物內(nèi)照射劑量

參考RG1．109，食入陸生食品造成的內(nèi)照射劑量計算公式如下：

式中：Dee為公眾個人攝入陸地動植物所致的有效劑量，單位Sv·a-1；Dee1為公眾個人攝入除3H和14C外的放射性核素所致的有效劑量，單位Sv·a-1；Dee2為公眾個人攝入3H所致的有效劑量，單位Sv·a-1；Dee3為公眾個人攝入14C所致的有效劑量，單位Sv·a-1。具體計算公式為：

式中：UV、UL、UF和UM分別表示公眾個人作物、蔬菜、肉類和牛奶消費量，單位kg·a-1或L·a-1；

FVi、FLi、FFi和FMi分別表示公眾個人食用本子區(qū)內(nèi)生產(chǎn)作物、蔬菜、肉類和牛奶的份額，無量綱；

FV2i、FL2i、 FF2i和 FM2i分別表示公眾個人食用評價區(qū)（不包括本子區(qū)）內(nèi)生產(chǎn)作物、蔬菜、肉類和牛奶的份額，無量綱；CV1i、CL1i、CF1i和CM1i分別表示本子區(qū)生產(chǎn)的作物、蔬菜、肉類和牛奶內(nèi)放射性核素i的含量，單位Bq· kg-1或Bg·L-1；CV2i、CL2i、CF2i和 CM2i分別表示評價區(qū)（不包括本子區(qū)）內(nèi)生產(chǎn)作物、蔬菜、肉類和牛奶的加權(quán)平均放射性核素i的含量，單位Bq·kg-1或Bg·L-1；TV為作物從收獲到被消費的時間間隔，單位d；TL為蔬菜從收獲到被消費的時間間隔，單位d；TF為產(chǎn)肉動物從屠宰到被消費的時間間隔，單位d；TM為從擠牛奶到牛奶被消費的時間間隔，單位d；λi為放射性核素i的衰變常數(shù)，單位1/d；DFhi為公眾個人攝入放射性核素i的有效劑量轉(zhuǎn)換因子，單位Sv/Bq。

氣載放射性流出物所致居民個人總的有效劑量為上述各輻射途徑所致劑量的總和。在計算80 km范圍內(nèi)居民的集體劑量時，首先使用各年齡組的平均食譜和生活習(xí)性因子，得到80 km范圍內(nèi)各子區(qū)內(nèi)各年齡組的個人平均受照有效劑量；然后，將該個人平均受照有效劑量乘以各子區(qū)相應(yīng)的人口數(shù)，得到半徑80 km范圍內(nèi)各子區(qū)的集體劑量，相加得到半徑80 km范圍內(nèi)氣態(tài)途徑所致居民的總的集體劑量。

3 劑量轉(zhuǎn)換因子對比分析

3.l空氣浸沒劑量轉(zhuǎn)換因子

在2．1中介紹了氣載放射性核素由于空氣浸沒所致個人劑量的計算公式，由計算公式可知，公眾浸沒于煙云中所受到的有效劑量和計算點地面空氣中放射性核素的濃度、有效劑量轉(zhuǎn)換因子及建筑物的屏蔽因子有關(guān)。其中，空氣浸沒劑量轉(zhuǎn)換因子DFEAi直接影響計算的大小，防城港3、4和福清5、6根據(jù)國際原子能機構(gòu)19號報告（IAEA19：2001）［13］選取DFEAi，IAEA19號報告查詢不到的則根據(jù)美國聯(lián)邦導(dǎo)則12號報告《空氣、水和土壤中核素導(dǎo)致的外照射》（FGR12：1993）［14］進行選取，各個單位所提供的空氣劑量轉(zhuǎn)換因子見表3。

由表3可知，對于惰性氣體85Kr、88Kr、133Xe和135Xe的取值，C-AIRDOS、防城港3、4和福清5、6的取值和GB18871表B10保持一致，ROULEA和CAP1400則與FRG12號報告的取值保持一致。對于放射性核素131I、133I和58Co、60Co，雖然防城港 3、4和福清 5、6取自IAEA19號報告，其他取自FRG12號報告，但由于IAEA19和FRG12的取值基本保持一致，因此差異不大。

對于放射性核素89Sr、90Sr和134Cs、137Cs，根據(jù)是否考慮子體，IAEA19和FRG12取值存在較大差異，以134Cs和137Cs為例進行說明。如根據(jù)FGR12號文件的表III．1，134Cs取值為7．57× 10-14Sv m3·Bq-1a-1，ROULEA和 CAP1400的取值與之保持一致，防城港3、4修訂后的取值和IAEA19號報告表XV（2．4×10-6Sv m3· Bq-1a-1，換算后為7．61×10-14Sv m3·Bq-1s-1）一致。IAEA19和FRG12由于單位換算導(dǎo)致數(shù)值有一定的差異。對于放射性核素137Cs，根據(jù)FGR12號文件的表III．1，取值為7．74× 10-18Sv m3·Bq-1s-1，與ROULEA和CAP1400的取值保持一致。IAEA19號報告的值為8．7× 10-7Sv m3·Bq-1a-1，換算為Sv m3·Bq-1s-1的值為2．76×10-14，和防城港3．4完全一致，與C-AIRDOS與福5、6保持在同一個數(shù)量級。IAEA19號報告較FRG12報告的的取值大4個數(shù)量級，是由于考慮了放射性核素137Cs的衰變子體的空氣浸沒外照射。

由此可見，對于空氣浸沒劑量轉(zhuǎn)換因子，之所以各個軟件取值不一致，一是由于所依據(jù)的文件不同，單位換算過程中產(chǎn)生一定的差異；另外，是否考慮放射性核素的衰變子體，也導(dǎo)致了有效劑量轉(zhuǎn)換因子有較大差異。

表3 空氣浸沒劑量轉(zhuǎn)換因子 （DFEAi）對比分析Table 3 Comparative analysis of air immersion dose conversion factor（DFEAi）

3.2 地面沉降劑量轉(zhuǎn)換因子

在2．2中介紹了氣載放射性核素降落到地面所致的計算點處公眾個人逗留在污染的地面上受到的有效劑量的計算公式，由公式可知公眾逗留在污染的地面上所受到的有效劑量和放射性核素的表面沉積率、地面的累積時間及有效劑量轉(zhuǎn)換因子等因素有關(guān)。其中，地面沉積劑轉(zhuǎn)換因子DFESi直接影響計算結(jié)果的大小 ，該值一般取自 FGR12號報告的表 III．3或IAEA19表XV。各個單位所提供的地面沉積轉(zhuǎn)換因子見表4。

由表4可知，由于惰性氣體和3H不會沉積于地表，因此不予考慮。對于放射性核素131I和133I、58Co和60Co的地面沉積劑量轉(zhuǎn)換因子，IAEA19號報告和FGR12號報告取值基本保持一致。以放射性核素58Co和60Co為例進行說明，F(xiàn)GR12號報告取值分別為9．50×10-16Sv m2· Bq-1s-1和 2．35 ×10-15Sv m2·Bq-1s-1，IAEA19號報告進行單位換算后數(shù)值分別為9．51 ×10-16Sv m2·Bq-1s-1和2．38×10-15Sv m2· Bq-1s-1，基本保持一致。

對于放射性核素89Sr、90Sr和134Cs、137Cs的地面沉積劑量轉(zhuǎn)換因子，根據(jù)是否考慮子體，IAEA19和FRG12取值存在較大差異，以放射性核素89Sr、90Sr為例進行說明。對于89Sr、90Sr，F(xiàn)GR12號取值分別為2．27×10-18Sv m2·Bq-1s-1和 2．84 ×10-19Sv m2·Bq-1s-1， 根據(jù)IAEA19號報告計算值分別為2．2×10-9Sv m2· Bq-1a-1和3．5×10-9Sv m2·Bq-1a-1，換算單位后為6．98×10-17Sv m2·Bq-1s-1和1．11× 10-16Sv m2·Bq-1s-1，89Sr由于單位換算，存在一定的差異，90Sr由于IAEA19號考慮了其衰變子體 （90Y），與FRG12的取值差3個數(shù)量級。ROULEA和CAP1400的取值同F(xiàn)GR12號報告完全一致。防城港3、4號的取值來源于IAEA19號報告。福清5、6的89Sr的取值與FGR12號報告保持在同一個數(shù)量級，但90Sr的取值存在誤差，應(yīng)進一步進行確認分析。

由此可見，對于地面沉積劑量轉(zhuǎn)換因子，之所以各個軟件取值不一致，同空氣浸沒劑量轉(zhuǎn)換因子一樣，由于所依據(jù)的文件不同和是否考慮放射性核素的衰變子體而存在一定的差異。

表4 地面沉積劑量轉(zhuǎn)換因子 （DFESi）對比分析Table 4 Comparative analysis of ground deposition dose conversion factor（DFESi）

3.3 吸入劑量轉(zhuǎn)換因子

在2．3中介紹了氣載放射性核素由于公眾個人吸入后所造成的內(nèi)照射的計算公式。由計算公式可知吸入劑量和公眾的呼吸率、空氣中放射性核素的濃度及劑量轉(zhuǎn)換因子等因素有關(guān)。其中，劑量轉(zhuǎn)換因子DFEIi直接影響計算結(jié)果的大小，該值取自我國電離輻射防護與輻射源安全基本標準（GB18871）［15］中的表五。其中表5摘錄了GB1887158Co和60Co的部分數(shù)據(jù)用于對比說明。各個軟件所提供的吸入有效劑量轉(zhuǎn)化因子見表6。為了簡化起見，僅選取青少年組和成年組的數(shù)據(jù)來進行對比分析。

由于公眾吸入不考慮惰性氣體的影響，取值均為零。GB18871中的人口年齡按6組進行分類，環(huán)評報告一般按4組考慮，因此青少年組劑量轉(zhuǎn)換因子的選取有的取自7-12歲，有的取自12-17歲，加以呼吸類別的不同（F、M和S），導(dǎo)致各個軟件的取值存在一定的差異。對于放射性核素58Co和60Co，對比表5和表6進行說明。對于青少年組，幾個軟件選取的均是7-12歲的數(shù)值，ROULEA、CAP1400、福清5、6均是選取的S類別的（偏保守，數(shù)值最大），防城港3、4選取的是M類別的。對于成人組，防城港3、4的取值，58Co取得是S類別，60Co取得是M類別，其他幾個軟件均是S類別的數(shù)值。對于放射性核素131I和 I-133133I，ROULEA、C-AIRODS、CAP1400和福清5、6，青少年組均是選取7-12歲、F類別的吸入因子，防城港3、4選取的亦是7-12歲的，但選取的是M類別的。

由上述分析可見，對于公眾吸入氣載放射性核素所造成的影響，根據(jù)其劑量轉(zhuǎn)換因子的不同而產(chǎn)生一定的差異。據(jù)此，有兩種取值方法，一種是比較F、M、S三個類別和年齡組的數(shù)值，為了保守起見，選取大者，另外一種是根據(jù)GB18871所推薦的方法進行選取。

表5 GB-l887l中的吸入劑量轉(zhuǎn)換因子摘錄Table 5 Excerpt the inhaled dose conversion factors from GBl887l單位：Sv·Bq-1

表6 吸入劑量轉(zhuǎn)換因子（DFEIi）對比分析Table 6 Comparative analysis of inhaled dose conversion factors（DFEIi）

3.4 食入劑量轉(zhuǎn)換因子

在2．4中介紹了由于公眾食入被放射性物質(zhì)污染的陸生食物后所造成的內(nèi)照射的計算公式。公眾攝入陸生動植物所致的有效劑量主要和所攝入當(dāng)?shù)刈魑?、蔬菜、肉類和牛奶的消費量、食用當(dāng)?shù)貏又参锏姆蓊~、食物內(nèi)放射性核素的含量及公眾個人攝入放射性核素i的有效劑量轉(zhuǎn)換因子 DFhi有關(guān)。食入劑量轉(zhuǎn)換因子DFhi直接影響計算結(jié)果的大小，該值取自我國電離輻射防護與輻射源安全基本標準（GB18871）中的表六。各個軟件所提供的吸入有效劑量轉(zhuǎn)化因子見表7。

由表7可知，由于公眾食入不考慮惰性氣體的影響，取值均為零。對于核素131I和133I、58Co和60Co、89Sr和90Sr、134Cs和137Cs， 由于GB18871和環(huán)評報告依據(jù)年齡分類的不同，導(dǎo)致各個軟件的個別數(shù)值取值存在一定的偏差。食入差異較大的是對3H和14C的計算，不同的軟件所采用的公式也略有差別。以青少年為例，GB18871中，3H以氚化水的形式進行計算，取值為2．3×10-11Sv·Bq-1，C-AIRDOS、防城港3、4的取值與其一致，福清5、6的取值為有機束縛氚 （OBT）的7-12歲的青少年值，ROULEA取值偏大。對于14C，C-AIRDOS的取值和福清5、6的取值完全與GB18871保持一致，防城港3、4沒有提供相關(guān)數(shù)據(jù)，ROULEA取值較GB18871大4個數(shù)量級。

由上述分析可見，對于公眾食入氣載放射性核素所造成的影響，根據(jù)其劑量轉(zhuǎn)換因子的不同而產(chǎn)生一定的差異。ROULEA取值較大，應(yīng)該進一步核對其具體計算公式，C-AIRDOS、CAP1400和防城港3、4同GB18871一致，福清5、6需要確認3H的取值。

表7 食入劑量轉(zhuǎn)換因子 （DFhi）對比分析Table 7 Comparative analysis of food intake dose conversion factors（DFhi）

4 結(jié)論

由計算結(jié)果可知，采用幾個程序在計算核電廠氣載放射性流出物對公眾所造成的影響時，所考慮的幾個途徑中，采用的有效劑量轉(zhuǎn)換因子存在一定的差異，主要表現(xiàn)為：

（1）對于空氣浸沒外照射，由于FGR12號報告和IAEA19號報告存在是否考慮子體及單位換算的問題而存在取值不一致的現(xiàn)象。對于惰性氣體，應(yīng)該依據(jù)GB18871進行選取，對于其他核素，由于IAEA19考慮了子體，過于保守，應(yīng)以FGR12號報告的取值為準；

（2）對于地面沉積外照射，類似于空氣浸沒外照射，F(xiàn)GR12號報告和IAEA19號報告由于存在是否考慮子體及單位換算的問題而存在取值不一致的現(xiàn)象，應(yīng)以FGR12號報告的取值為準；

（3）對于吸入內(nèi)照射，由于人口分組和呼吸率取值選取的不同導(dǎo)致差異，應(yīng)依據(jù)GB18871所推薦的原則進行選取；

（4）對于食入陸地動植物所造成的內(nèi)照射，由于人口分組和3H形態(tài)的不同導(dǎo)致取值不一致，應(yīng)依據(jù)GB18871所推薦的原則進行選取。

鑒于上述分析，由于劑量轉(zhuǎn)換因子的不同，對于核電廠正常運行工況下，氣載放射性流出物對公眾所造成的劑量計算會存在一定的差異。這部分的工作還需要深入開展，編寫相關(guān)取值建議報告，以規(guī)范劑量轉(zhuǎn)移因子的取值，為我國的核電審評提供技術(shù)參考。

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Study on the Dose Transfer Factor of Airborne Effluents from Nuclear Power Plant

ZHANG Qiong，LU Xinhua，WANG Bo，GUO Ruiping，CHEN Lu?
（Nuclear and Radiation Safety Center，MEP，Beijing 100082，China）

Firstly，it introduces the public dose calculation formula and software on the nuclear power plant of airborne radioactive effluents to the public．Then it comparative analysis the transfer factor of the typical radionuclide under normal operating conditions by the atmospheric dispersion evaluation．Lastly，it compared with the relevant standards and it gives some advices and provides useful technical reference for the environmental impact evaluation of nuclear power plants in China．

Nuclear Power Plant；airborne radioactive effluents；transfer factor

X591

：A

：1672-5360（2016）04-0040-08

2016-07-19

2016-09-03

國家科技重大專項，項目編號2013ZX06002001

張 瓊 （1975—），女，寧夏固原人，工學(xué)博士，高級工程師，現(xiàn)主要從事輻射防護、大氣環(huán)境影響審評評價等相關(guān)工作

?通訊作者：陳 魯，E-mail：chenlu＠chinansc．cn