張志鵬 茍家元 孫 宇 劉艷芳 吳 耀 黃 聰 金 濤

（中國核動力研究設計院 四川省退役治理工程實驗室，四川 成都610005）

熱室是一種進行高放射性試驗和操作的屏蔽小室，在乏燃料檢查、材料輻照性能確認、放射化學實驗等方面發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的熱室通常都固定在核設施建筑體內(nèi)，由很厚的重混凝土墻包裹，以防護γ 放射性。傳統(tǒng)的熱室要實現(xiàn)功能，強放射性物項必須遠距離轉(zhuǎn)運至熱室專用接收孔道內(nèi)?？紤]強放射性物項遠距離運輸?shù)睦щy性，傳統(tǒng)固定式熱室在事故應急、就近快速測量等情況下存在機動、靈活性不足問題。為解決機動、靈活性不足的問題，中國核動力研究設計院研發(fā)設計了移動式屏蔽檢查熱室。該移動屏蔽檢查熱室可模塊化地拆卸、運輸?shù)叫枰牡攸c，進行快速組裝實現(xiàn)對相關(guān)強放射性物項的檢查，具備較好的靈活性和機動性。

傳統(tǒng)的固定式熱室本身在核設施建筑體內(nèi)，位置不移動，環(huán)境也基本不變化，其輻射分區(qū)、排放控制、輻射監(jiān)測等輻射防護方案可直接沿用標準成熟的核設施輻射防護體系，而相關(guān)體系已非常成熟。但新的移動式熱室由于具備了靈活性和機動性，其輻射防護工作的實施和落實產(chǎn)生了一系列新的問題，如：怎么配套實現(xiàn)靈活分區(qū)管理；如何對應實現(xiàn)輻射監(jiān)測；廢物管理如何實現(xiàn)等。為解決相關(guān)問題，踐行實現(xiàn)輻射防護的最優(yōu)化，本文在分析移動式屏蔽檢查熱室結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)輻射防護標準及體系，對移動熱室輻射防護解決方案進行了研究。

1 移動式屏蔽檢查熱室概述

移動式屏蔽檢查熱室由基座、不銹鋼殼體、鑄鐵屏蔽模塊、窺視窗等單元模塊組成，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。其主要的輔助系統(tǒng)包括操作控制系統(tǒng)、視頻檢查系統(tǒng)、輻射監(jiān)測系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、去污系統(tǒng)、特排系統(tǒng)等。平時移動式屏蔽檢查熱室以單元模塊的形式存放在指定位置，需要時可使用汽車或火車運輸至相關(guān)位置，進行組裝后實現(xiàn)對放射性物項的檢查。

圖1 移動式屏蔽檢查熱室結(jié)構(gòu)示意圖

2 輻射防護劑量限制體系

輻射防護劑量限制體系是輻射防護設計的基礎(chǔ)，以滿足并保證劑量限制體系要求為目標，開展輻射防護系統(tǒng)細化設計。根據(jù)相關(guān)標準并結(jié)合移動式屏蔽檢查熱室運行實際情況，移動式屏蔽檢查熱室輻射防護劑量限制體系的主要內(nèi)容包括：

2.1 劑量限值

按照GB18871-2002 的規(guī)定，任何工作人員連續(xù)5 年的年平均有效劑量限值為20 mSv，任何一年的有效劑量不超過50 mSv，眼晶體的年當量劑量不超過150 mSv，四肢或皮膚的年當量劑量不超過500 mSv[1]。

2.2 劑量約束

2.2.1 職業(yè)照射

移動式屏蔽檢查熱室主要用于在相關(guān)核設施開展臨時性的檢查，其職業(yè)照射一方面應符合GB18871-2002 的相關(guān)規(guī)定要求，另一方面應滿足相關(guān)核設施職業(yè)照射個人約束值的要求。結(jié)合運行實際和相關(guān)經(jīng)驗，將移動式屏蔽檢查熱室工作人員職業(yè)照射的個人劑量約束值定為1 mSv/月與相關(guān)核設施職業(yè)照射個人約束值中的較小值。

2.2.2 公眾照射

根據(jù)GB6249-2011 的規(guī)定，任何廠址的所有核動力堆向環(huán)境釋放的放射性物質(zhì)對公眾中任何個人造成的有效劑量，每年必須小于0.25 mSv 的劑量約束值[2]。

2.3 放射性流出物排放控制

移動式屏蔽檢查熱室在運行過程中可能需排放少量氣載或液載流出物。其排放一般應納入到相關(guān)核設施排放控制體系中進行管理和控制。若出現(xiàn)特殊情況，應結(jié)合實際情況確定排放控制水平，并上報審管部門審批認可后執(zhí)行。

3 輻射防護解決方案考慮

根據(jù)相關(guān)標準和移動式屏蔽檢查熱室輻射防護劑量限制體系要求，開展移動式屏蔽檢查熱室輻射防護解決方案設計，從源項及屏蔽、通排風、輻射分區(qū)及管理、輻射監(jiān)測、事故處理等要素進行相關(guān)細化考慮。

3.1 源項及屏蔽

移動式屏蔽檢查熱室主要通過鑄鐵屏蔽模塊、窺視窗（外形結(jié)構(gòu)參見圖2）實現(xiàn)防護屏蔽。為減少人員受照，保障工作人員在移動熱室外較長時間停留、操作過程中的輻射安全，設計保證移動式屏蔽檢查熱室外的輻射防護分區(qū)滿足控制Ⅰ區(qū)輻射水平（≤7.5 μSv/h）[3]。為達到該設計目標，通過MCNP 程序建模開展屏蔽計算設計。參見圖3，以預計最大處理源項下保證c 點和b 的輻射水平均≤7.5μSv/h 且有1.5 倍保守余量進行屏蔽計算，根據(jù)計算結(jié)果確認屏蔽模塊的最小厚度為 和窺視窗的最小厚度。

圖2 鑄鐵屏蔽模塊、窺視窗示意圖

圖3 移動式屏蔽檢查熱室MCNP 屏蔽計算模型圖

3.2 通排風設計

根據(jù)輻射防護的要求，屏蔽檢查熱室在使用期間需要保證內(nèi)部負壓。配套設計通排風系統(tǒng)：屏蔽檢查熱室進風采用自然進風，前端安裝中效過濾器過濾氣體雜質(zhì)。后端設計配套排風風機，保證內(nèi)部負壓。同時，對移動式屏蔽檢查熱室指定的幾處使用場所進行排風接口改造，通過臨時連接的風管和閥門切換實現(xiàn)對接，由配套場所的排風過濾系統(tǒng)實現(xiàn)排風過濾。此外，配套移動式中效和高效過濾裝置，根據(jù)需要接通并開啟，保證氣載放射性流出物經(jīng)過有效處理。

3.3 輻射監(jiān)測系統(tǒng)

為保護人員、環(huán)境的輻射安全，針對性開展輻射監(jiān)測系統(tǒng)設計，配套輻射監(jiān)測包括個人劑量監(jiān)測、工作場所監(jiān)測、流出物監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測等。

個人劑量監(jiān)測包括放射性工作人員的職業(yè)性外照射監(jiān)測和內(nèi)照射監(jiān)測。外照射監(jiān)測采用熱釋光個人劑量計完成；內(nèi)照射個人劑量監(jiān)測采用人體計數(shù)器測量系統(tǒng)完成。

工作場所監(jiān)測包括屏蔽檢查裝置內(nèi)和工作場所的γ 輻射水平監(jiān)測、工作場所空氣污染監(jiān)測，以及工作場所墻面、地面、設備表面、工作服和工作人員的體表污染監(jiān)測。設置電離室探測器、GM管探測器、便攜式污染測量儀等儀器設備。電離室探測器量程寬、耐輻照，用于測量熱室內(nèi)γ 輻射水平；GM管探測器用于工作場所的輻射水平測量；便攜式表面污染測量儀用于測量工作場所的墻面、地面、設備表面、工具、工作服、人體表面的污染，測量結(jié)果用于指導去污、改善管理等。

流出物包括液態(tài)流出物和氣載流出物。設置氣載流出物監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)由氣載流出物取樣系統(tǒng)、氣溶膠連續(xù)監(jiān)測儀、惰性氣體連續(xù)監(jiān)測儀等組成（原理示意見圖4）。惰性氣體連續(xù)監(jiān)測儀、氣溶膠連續(xù)監(jiān)測儀均為帶移動輪的可移動式設備，用于連續(xù)監(jiān)測氣載流出物中惰性氣體/氣溶膠的活度濃度。氣載流出物取樣系統(tǒng)作為連續(xù)監(jiān)測功能的補充，可實現(xiàn)氣載流出物中氣溶膠和碘的取樣。取樣系統(tǒng)是一套非標設備，便攜可移動，具有累積流量停泵、定時停泵功能，取樣流量全量程可調(diào)。此外，取樣系統(tǒng)提供相關(guān)配套的快速接頭和儀表測量管延長管，可實現(xiàn)與移動熱室氣載流出物監(jiān)測進出口、惰性氣體連續(xù)監(jiān)測儀、氣溶膠連續(xù)監(jiān)測儀的快速連接，從而構(gòu)成一套較全面的可移動式氣載流出物監(jiān)測系統(tǒng)。移動式屏蔽檢查熱室產(chǎn)生的放射性廢液計劃統(tǒng)一收集后，視情況由現(xiàn)場廢水處理系統(tǒng)或轉(zhuǎn)運處理，處理或轉(zhuǎn)運前進行取樣后實驗室分析測量。由于廢液量較少且無單獨的液態(tài)流出物排出，故不專設相應的連續(xù)監(jiān)測設備。

圖4 氣載流出物監(jiān)測系統(tǒng)原理示意圖

移動式屏蔽檢查熱室配套輻射監(jiān)測設備均設計采用卡套、快換接頭等易快速拆卸、安裝的接口，同時配套運輸包裝箱，實現(xiàn)方便快捷地拆卸、安裝及運輸。

3.4 污染控制

在移動式屏蔽檢查熱室熱運行之后，不可避免地會產(chǎn)生放射性物質(zhì)溢出或放射性活化，在移動式熱室拆裝過程中，這些物質(zhì)將大大增加人員受照劑量，影響輻射防護工作開展。因此，一方面配套專用去污設備，包括：配置一套用于移動式屏蔽檢查熱室去污的便攜設備；配套一套工業(yè)吸污機，用于吸除移動熱室殼體內(nèi)的微小放射性廢物及粉塵；此外，移動熱室內(nèi)部機械手也可以夾持相關(guān)工具進行去污操作。另一方面，移動式屏蔽檢查熱室里層為可拆卸不銹鋼殼體，根據(jù)需要可對污染嚴重的不銹鋼殼體進行模塊化更換。

3.5 輻射分區(qū)及管理

根據(jù)移動式屏蔽檢查熱室現(xiàn)場情況，建立臨時控制區(qū)（參見圖5），進行臨時分區(qū)管理：

3.5.1 在移動式屏蔽檢查熱室組裝的同時，采用實體隔離警示帶在相關(guān)操作邊界建立臨時控制區(qū)；

3.5.2 控制區(qū)各個邊界合適位置設置明顯的電離輻射警示標識；

圖5 臨時控制區(qū)參考示意圖

3.5.3 建立臨時衛(wèi)生管理措施和制度：在臨時控制區(qū)適當位置預留唯一開口，作為臨時通道門，人員必須從臨時通道門進入。臨時通道門附 近設置輻射防護用品發(fā)放點和廢物收集點。人員進入臨時通道門必須按規(guī)定領(lǐng)用并穿戴好防護用品，出臨時通道門需經(jīng)過必要的表面污染測量并按規(guī)定分類處理好相關(guān)廢物。

3.5.4 若有放射性物項進出移動式屏蔽檢查熱室需求，臨時移開隔離警示帶，建立物流通道，物項進出過程中無關(guān)人員撤離，并注意監(jiān)測和防護，放射性物項運離后，恢復臨時分區(qū)。

3.5.5 應定期開展臨時控制區(qū)及其附近區(qū)域的輻射監(jiān)測工作，對發(fā)現(xiàn)的污染區(qū)域進行及時去污，確保移動式屏蔽檢查熱室運行不造成污染擴散。

3.6 事故處理

移動式屏蔽檢查熱室可能出現(xiàn)的主要事故工況為強放射源轉(zhuǎn)運過程中跌落或卡住。為保證事故工況相關(guān)人員能合理有效地開展處置工作，基于輻射防護考慮，要求建立事故應急預案，預案應從各方面充分保證“事故工況下的劑量水平不超標”。事故應急預案建立后，應進行必要地應急培訓和演練。

3.7 廢物管理

移動式屏蔽檢查熱室組裝、運行過程中可能產(chǎn)生放射性廢物。廢物應統(tǒng)一收集，避免擴散。固體和液體放射性廢物首先應進行統(tǒng)一收集，收集的廢物應根據(jù)現(xiàn)場核設施相關(guān)的廢物管理規(guī)定和流程，在業(yè)主的配合下進行轉(zhuǎn)運和處理；若出現(xiàn)特殊情況，移動式屏蔽檢查熱室運行區(qū)域確實無法進行廢物處理的，應及時上報，根據(jù)上級管理部門的指示對收集廢物進行存放和轉(zhuǎn)運等工作。氣載流出物通過通排風系統(tǒng)的過濾裝置過濾處理，并通過氣載流出物監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測，確保受控排放。

3.8 其它輻射防護措施考慮

移動式屏蔽檢查熱室存在運行、拆除、安裝、運輸4 種不同的工況，上文描述的輻射防護內(nèi)容主要針對運行工況。針對其它相關(guān)工況，主要有以下輻射防護考慮：

3.8.1 輻射防護體系和措施應結(jié)合現(xiàn)場實際和設施運行情況，根據(jù)合理、可行、盡量低的原則進行不斷優(yōu)化和完善；

3.8.2 無論何種工況，應確保人員的輻射防護用品配備并穿戴到位，輻射水平、表面污染、個人劑量等現(xiàn)場監(jiān)測設備到位，根據(jù)輻射監(jiān)測設備的數(shù)據(jù)結(jié)果，采用靈活、合理、有效地輻射防護措施，保障人員、設備、環(huán)境的輻射安全；

3.8.3 移動式屏蔽檢查熱室拆除前應確保熱室內(nèi)部已經(jīng)過反復去污，輻射水平在盡量低的水平；

3.8.4 在移動式屏蔽檢查熱室拆除、安裝或其它劑量較高操作過程中，應注意采取加強人員培訓提高熟練程度、配套遠程操作工具、完善并穿戴號勞保防護用品、合理分配人員劑量等多種劑量控制手段，減少人員受照劑量；

3.8.5 移動式屏蔽檢查熱室的運輸工作應按照相關(guān)放射性物項運輸、管理的要求嚴格執(zhí)行。

3.9 輻射防護人員配置考慮

根據(jù)移動式屏蔽檢查熱室實際情況以及輻射防護與監(jiān)測的工作量，建議移動式屏蔽檢查熱室運行期間至少配備兩名輻射防護人員。相關(guān)人員的工作內(nèi)容參見表1。

表1 輻射防護人員考慮

4 結(jié)論

針對移動式屏蔽檢查熱室輻射防護工作中的一系列問題，本文在參考現(xiàn)有核設施輻射防護體系建設標準的基礎(chǔ)上，梳理了移動式屏蔽檢查熱室輻射防護劑量限制體系，開展移動式屏蔽檢查熱室輻射防護解決方案設計，從源項及屏蔽、通排風、輻射分區(qū)及管理、輻射監(jiān)測、事故處理等要素進行相關(guān)細化考慮。相關(guān)成果和經(jīng)驗不僅僅適用于移動式熱室的輻射防護系統(tǒng)，同時在類似移動涉核設施輻射防護體系建立方面有一定的推廣和借鑒價值。