徐永良

（中核環(huán)保產(chǎn)業(yè)有限公司，連云港 222002）

核電廠的特殊性源于其廠內貯存的大量放射性物質。這些放射性物質可通過內照射和外照射兩種途徑對人體產(chǎn)生危害。因此，核電廠應對放射性物質進行嚴格的監(jiān)管和控制。內照射即體內污染，其作為核電廠輻射防護工作業(yè)績評價的一項重要性能指標，在安全管理方面屬于絕對紅線。我國眾多核電廠對體內污染事件都采取零容忍策略，將年度管理指標設定為零起，即一個自然年內發(fā)生一起體內污染事件都是不可接受的。放射性物質一般可以通過食入、吸入以及皮膚傷口附著等方式進入人體導致體內污染。對于運行核電廠，吸入是最有可能的途徑，即工作場所中被放射性物質污染的空氣隨作業(yè)人員呼吸進入人體內而造成人員內照射。法國Dampierre 核電廠就曾發(fā)生過因空氣污染導致的內照射事件。該電廠在一次換料大修中，一回路開口時，冷卻劑中放射性碘超標，導致70余人產(chǎn)生體內131I污染，其中10余人的攝入量超過了年度控制限值1%［1］。

最優(yōu)化原則是輻射防護體系中最重要的基本原則之一［2］。在核電廠檢修項目中，有較多專項工作存在空氣污染風險，如污染設備焊接打磨、放射性容器開口檢修、放射性系統(tǒng)吹掃等。在存在空氣污染風險的工作場所作業(yè)不采取防護措施，可能造成人員內照射，而采取不合適的防護措施又可能給具體工作實施帶來不便，影響工作效率，甚至存在過度防護的問題。因此，在應對空氣污染風險的工作中，正確識別污染水平是踐行輻射防護最優(yōu)化原則的前提，制訂適宜的防護措施至關重要。本文就監(jiān)測、控制以及防護措施制訂進行了研究和思考，并以相關核電廠檢修作業(yè)為例進行了分析和探討。

1 核電廠空氣污染監(jiān)測手段

空氣污染監(jiān)測是在核電廠設計階段就著重考慮的問題。監(jiān)測手段一般包括自動監(jiān)測和手動監(jiān)測。自動監(jiān)測由一系列在線設備完成，專業(yè)上被稱為自動輻射監(jiān)測。為突出自動監(jiān)測的連續(xù)性與自動化的特性，本文稱其為在線監(jiān)測。而其他使用可移動設備并且需人工操作的測量，被稱之為線下監(jiān)測（專業(yè)上被稱為特殊任務監(jiān)測）。不論核電廠采用何種堆型，有效的空氣污染監(jiān)測都是核電廠進行空氣污染控制的必要前提。

1.1 在線監(jiān)測（自動輻射監(jiān)測）

運行核電廠需要實時關注系統(tǒng)、設備以及環(huán)境中的氣體放射性水平，因此，設置了各種功能的氣體放射性監(jiān)測通道。以某壓水堆核電廠為例，工藝監(jiān)測系統(tǒng)中設置了監(jiān)測放射性氣體處理系統(tǒng)的KPL30 監(jiān)測通道，監(jiān)測儲罐通風系統(tǒng)的KPL70 監(jiān)測通道等。這些通道主要是對放射性氣體系統(tǒng)（即正常情況下被測系統(tǒng)內氣體本身就含有放射性）進行監(jiān)測。監(jiān)測的主要目的是：確認系統(tǒng)內放射性氣體的活度是否在允許范圍內；能夠發(fā)現(xiàn)監(jiān)測結果過高的情況并進行干預；避免放射性氣載流出物的超標排放；減小放射性氣體向廠房異常泄漏的風險。此外，核電廠還設置了廠房空氣污染水平監(jiān)測通道，如監(jiān)測核安全廠房、核輔助廠房的通風系統(tǒng)監(jiān)測通道。監(jiān)測通道中設置的不同監(jiān)測探頭可實現(xiàn)對不同空氣污染類型進行監(jiān)測，如放射性碘監(jiān)測通道使用IM201輻射監(jiān)測探頭；放射性氣溶膠監(jiān)測通道使用ABPM201 輻射監(jiān)測探頭；放射性惰性氣體監(jiān)測通道使用NGM204輻射監(jiān)測探頭。表1提供了某核電廠針對核輔助廠房設置的空氣污染監(jiān)測通道的基本情況。

表1 某核電廠核輔助廠房空氣污染監(jiān)測通道一覽表Table 1 Air pollution monitoring channel list of nuclear auxiliary workshop in a NPP

通過這些常年不間斷運行的在線監(jiān)測通道，我們可以初步判斷可能存在空氣污染的工藝廠房、工作場所等。這種判斷結果為異常情況下的輻射防護響應提供參考依據(jù)。

1.2 線下監(jiān)測（特殊任務監(jiān)測）

線下監(jiān)測是由工作人員根據(jù)需要及時使用可移動設備對具體工作場所進行的輻射監(jiān)測。為了能夠因地制宜地應對不同的作業(yè)場所，核電廠可以從移動式實時顯示監(jiān)測和便攜式空氣取樣測量兩條途徑考慮和完善線下監(jiān)測手段。

1.2.1 移動式實時顯示監(jiān)測

引入移動實時顯示監(jiān)測設備的目的在于對指定工作進行全過程監(jiān)測，人員可以通過監(jiān)測終端顯示屏實時讀取所在輻射環(huán)境的空氣污染水平。選取的設備本身應自帶報警功能。出現(xiàn)數(shù)據(jù)呈趨勢攀升或超過設定閾值的情況時，設備會發(fā)出聲光報警信號，從而引起工作人員注意，進而采取應急措施。這對于存在高空氣污染風險的輻射作業(yè)場所十分必要。對于不同的空氣污染類型（如放射性氣溶膠、碘和惰性氣體），我們應選擇不同類型的監(jiān)測設備。表2 列舉了幾種應用比較廣泛的空氣污染實時顯示監(jiān)測小車。這些可移動小車可以在不同的工作場所之間轉移，可以確保對潛在的空氣污染情況進行實時監(jiān)測和跟蹤。

表2 常用空氣污染監(jiān)測小車Table 2 Some air pollution monitoring instrument

1.2.2 便攜式空氣取樣測量

便攜式空氣取樣測量的原理是：通過空氣泵對目標場所進行空氣取樣，再使用常用輻射儀表對樣品進行測量或分析，然后通過固定的轉換比例換算成目標場所的空氣污染水平。圖1、圖2分別為兩種不同型號的空氣取樣泵。為適應核電廠復雜的工業(yè)環(huán)境，這兩種空氣泵可以采用電源或電池的供電方式。

圖1 CF-1000BRL型取樣泵（插電源使用）Fig.1 CF-1000 type air sampling pump(plug in power usage)

圖2 CF-1524VBRL型取樣泵（配電池使用）Fig.2 CF-1524VBRL type air sampling pump(battery power)

使用該類空氣取樣泵對目標場所進行空氣取樣時，我們可選擇不同的濾紙安裝策略，以實現(xiàn)對放射性氣溶膠和放射性碘的取樣，取放射性氣溶膠樣品時，使用氣溶膠濾紙；取放射性碘樣品時，應同時安裝氣溶膠濾紙和用于取碘樣的活性炭濾紙，并且氣溶膠濾紙應靠近氣口一側。取放射性碘樣品時安裝氣溶膠濾紙的目的是：過濾進氣口中的氣溶膠，減小對所取碘樣的影響，使碘樣能更真實反映空氣中放射性碘的水平。由于放射性惰性氣體物理性質的特殊性，并且其對人體內照射的風險較小，一般情況下無須專門進行空氣污染取樣。特殊情況下需要對系統(tǒng)內的放射性惰性氣體進行分析時，我們可使用專用取樣容器取樣，然后進行譜分析。

1.3 在線/線下監(jiān)測優(yōu)缺點分析

在線監(jiān)測系統(tǒng)具有實時、高效、高穩(wěn)定性等優(yōu)點，能夠實現(xiàn)對監(jiān)測對象的24 h 不間斷測量和監(jiān)控，但也存在一定的局限性。首先，在線監(jiān)測是針對固定場所、房間或針對具體系統(tǒng)進行的監(jiān)測，不能隨作業(yè)場所與位置的變化而移動，很多時候無法做到對某一實際工作現(xiàn)場的空氣污染情況進行直接監(jiān)測。其次，在線監(jiān)測范圍不能覆蓋所有控制區(qū)廠房和房間，存在監(jiān)測盲區(qū)。因此，核電廠還應采取方便、快捷、靈活的線下監(jiān)測彌補在線監(jiān)測的局限性。

線下監(jiān)測中應用較多的移動式空氣污染監(jiān)測小車與線上監(jiān)測類似，同樣具有實時監(jiān)測、實時顯示的優(yōu)點，但設備運行穩(wěn)定性相對線上監(jiān)測有所降低。此外，移動式空氣污染監(jiān)測小車本身較笨重，體積較大，工作場所之間轉移（如過房間門檻、管道等）不便且比較昂貴。因此，移動式空氣污染監(jiān)測小車不適合大量配置到現(xiàn)場使用，可針對性地應用于空氣污染風險相對較高的工作場所（如反應堆壓力容器解密封作業(yè)現(xiàn)場）。

便攜式空氣取樣測量是一種間接的測量方式，需要先對目標場所進行過濾取樣，再對濾材進行測量并換算，缺乏實時性。此外，因取樣紙（膜）自身效率的局限性，取樣測量的系統(tǒng)誤差一般比其他測量方式稍高，測讀結果準確性有所下降。但空氣取樣設備設計簡單，具有便攜性高、現(xiàn)場使用方便及成本不高的優(yōu)點，在現(xiàn)場應用中能夠適應各種復雜的廠房空間環(huán)境。

綜上所述，無論是自動化程度高的在線監(jiān)測還是便攜性好的線下監(jiān)測，都具有各自的優(yōu)缺點，可滿足核電廠各種工作場所的不同監(jiān)測需求。在實際工作中，我們可以配合使用在線監(jiān)測和多種線下監(jiān)測，對不同監(jiān)測方式的結果進行相互驗證和確認，以獲得更真實、有效的測量結果，從而為制訂科學的應對措施提供可靠的數(shù)據(jù)保障。

2 空氣污染控制和防護方法

進行空氣污染監(jiān)測的最終目的是對環(huán)境中的放射性進行控制，為保證人員安全制訂合理的防護措施。

核電廠空氣污染來源主要包括一回路相關系統(tǒng)的泄漏或開口作業(yè)、放射性零部件的加工以及松散表面污染再懸浮等［3］。對于正常運行的核電廠，放射性系統(tǒng)開口檢修（如放射性水箱、儲罐的檢修，反應堆壓力容器解密封等）最為常見，并且是風險相對較高的作業(yè)。我們可以從總體控制和個人防護兩方面綜合應對此類空氣污染風險作業(yè)，制訂具體措施。下文以核電廠兩個典型的開口檢修為例進行介紹，并綜合現(xiàn)場控制和防護的實踐經(jīng)驗進行分析和討論。

2.1 含硼水水箱檢修場地的空氣污染控制與防護

硼水貯存系統(tǒng)是壓水堆核電廠重要的一回路輔助系統(tǒng)。含硼水是一回路調硼、控制堆芯反應性的重要媒介，具有較強的放射性。含硼水貯存水箱（JNK水箱）的主要功能是存儲一回路使用的含硼水。檢修水箱時，工作人員需要將存水排空，進入水箱內部進行作業(yè)。由于水箱內有污染空氣，所以，焊縫焊接、打磨等作業(yè)過程存在內照射風險［4］。

針對水箱內高空氣污染風險的作業(yè)，我們首先應從總體上進行控制，避免污染空氣的流通擴散?？傮w控制的一項重要措施是：在箱體開口處建立負壓工作棚（SAS 棚），使其作為箱體內部空氣與外部環(huán)境空氣流動的緩沖，從而有效降低水箱內空氣污染向外環(huán)境擴散的風險。SAS 棚內分為工作區(qū)和緩沖區(qū)。工作區(qū)直接連通水箱，中間用塑料簾幕分隔。為保證空氣污染源得到更好的控制，我們需要在工作區(qū)設置通風凈化小車。通風凈化小車的作用是：一方面建立SAS棚內部的負壓，減小放射性空氣向工作棚外擴散的概率；另一方面對檢修區(qū)域的空氣進行凈化換新。SAS棚搭建的原理如圖3所示。

因為JNK 水箱內部存在較高的空氣污染風險，所以，進入JNK 水箱工作的人員還需采取有效的個人防護措施。一般作業(yè)人員（如進行沖洗去污的作業(yè)人員）應穿戴氣衣進行防護，如圖4所示。

圖3 SAS棚原理圖Fig.3 Schematic diagram of SAS tent

圖4 穿氣衣防護Fig.4 Protected by air supplied suit

此外，由于焊接打磨作業(yè)產(chǎn)生的鐵屑使普通氣衣無法滿足防護要求，所以，此類作業(yè)人員應佩戴專門的焊接防護面罩開展工作，同時還應穿戴紙衣進行身體表面污染的防護，如圖5所示。

圖5 穿專用焊接面罩防護Fig.5 Protected by special welding mask

在各項控制手段和防護措施到位的情況下，現(xiàn)場還應布置移動監(jiān)測小車，對SAS 棚外空氣污染情況進行實時監(jiān)測顯示。同時，在整個作業(yè)期間，可采取空氣取樣的方式不定期地對空氣污染情況進行驗證測量和確認，以保證輻射防護人員做出科學安全的決策。此外，輻射監(jiān)控室應實時關注相應廠房通風系統(tǒng)在線監(jiān)測通道的運行情況，出現(xiàn)異常時，第一時間采取合理的響應措施。

根據(jù)ALRAR 防護原則的要求，針對不同程度的空氣污染，核電廠應采取相應合理的個人防護措施，既能保證人員的安全又不會過度防護，造成資源浪費。圖6是根據(jù)某電廠實踐經(jīng)驗進行總結推薦采取的不同空氣污染水平下的應對措施，供行業(yè)內探討和交流。

圖6 不同空氣污染水平下的推薦防護措施Fig.6 Recommended preventive measures for different levels of air pollution

2.2 反應堆壓力容器解密封作業(yè)現(xiàn)場的空氣污染控制與防護

燃料元件在反應堆內進行核反應時，核燃料包殼會受到超高溫高壓的作用。雖然核燃料是高精密工藝條件下生產(chǎn)出來的工業(yè)件，其產(chǎn)品質量受到了嚴格的控制和檢驗，但長期的高溫高壓及復雜的一回路水環(huán)境依然可能導致燃料棒出現(xiàn)一定程度的氣密性缺陷。據(jù)統(tǒng)計，全球核電機組20 000多個燃料組件中，有476個燃料組件在運行期間發(fā)生了氣密性喪失，22 個燃料組件存在與冷卻劑直接接觸缺陷［5］。核電廠放射性的主要來源是核燃料，燃料包殼內部的放射性存量非常巨大，一旦包殼出現(xiàn)氣密性缺陷，燃料包殼內部的放射性物質便會釋放到反應堆一回路中，部分放射性物質更會在檢修期間隨著一回路設備的開口釋放到工作場所環(huán)境中，形成空氣污染。在3種主要的空氣污染類型中，放射性碘是最容易被人體吸收的，對工作人員危害極大。在燃料氣密性缺陷期間，尤其是在停堆初期，由燃料包殼進入一回路的放射性物質以大量的放射性碘為主，在一回路開口后進入各個檢修作業(yè)場所。例如，在機組燃料缺陷情況下反應堆開蓋，堆內冷卻劑裸露，其中的放射性碘便釋放到廠房空氣中［6］，那么，此時的反應堆廠房則相當于一個存在較高空氣污染風險的放射性容器。

我們應遵循總體控制、個人防護的原則，首先對人員閘門、設備閘門實施單開管理，減少反應堆廠房與外環(huán)境進行空氣交換的機會。同時，我們應保證反應堆廠房通風凈化系統(tǒng)（其作用相當于SAS棚中的通風凈化小車）可用，保持反應堆廠房內的負壓環(huán)境并通過高效過濾器對大廳內的空氣進行不斷的凈化更新。

其次，我們應投運碘凈化小車對反應堆豎井內空氣實施凈化。這樣一方面能優(yōu)化反應堆豎井周圍的空氣環(huán)境；另一方面能降低豎井內可能存在的污染空氣向整個大廳擴散的風險。

再次，在落實以上總體控制措施的基礎上，工作人員還需要采取妥善的個人防護措施。在反應堆廠房空氣污染情況不明朗或存在變化可能（如反應堆開蓋過程）的情況下，建議工作人員佩戴過濾式防護面罩進入反應堆廠房。同時，我們應利用在線及線下監(jiān)測手段保持對作業(yè)場所的實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測異常，應立即結合具體情況（參照表3）采取相應的防護措施。

最后，我們應確保反應堆廠房在線空氣污染監(jiān)測通道可用，以實時監(jiān)控反應堆房內空氣污染情況。作為對在線監(jiān)測的補充，我們還應將移動式空氣污染取樣監(jiān)測小車布置在反應堆豎井附近位置進行連續(xù)監(jiān)測，達到在線及線下監(jiān)測并行，相互佐證的效果。為確保出現(xiàn)異常時，周圍工作人員以及輻射防護人員能夠及時發(fā)現(xiàn)并采取響應行動，我們可對移動式空氣污染監(jiān)測儀設置報警閾值，表3為某核電廠結合自身管理要求設定的報警閾值，供行業(yè)內進行參考。

表3 某核電廠移動式空氣污染監(jiān)測儀報警閾值Table 3 Alarm threshold for mobile air pollution monitor instrument in a nuclear power plant

3 結論和展望

工作場所的空氣污染控制是輻射防護領域一項重要的工作內容，是預防內照射事件最為基本的措施［7］。應對空氣污染的措施首先是進行多方位的總體控制，通過各項管理措施和技術手段將空氣污染限制在一定范圍內；其次是通過有效的監(jiān)測手段進行在線及線下監(jiān)測（用多種監(jiān)測手段相互驗證來保證監(jiān)測結果的真實可靠）；最后是在科學監(jiān)測的基礎上配以合理的個人防護措施，貫徹ALRAR 原則，確保過程安全、可靠、高效。如此，通過總體控制、多手段監(jiān)測以及合理的防護形成一道牢固的安全壁壘。

隨著核電輻射防護工作的深入，我國在核電廠空氣污染控制方面已積累了一些可循的經(jīng)驗。但該領域仍存在一些困難，比如，對于具體控制限值條件和防護等級，行業(yè)內還沒有確切的標準，雖然有攝入量限值的規(guī)定，但因其本身的復雜性，不便在具體作業(yè)過程中由工作人員直接應用。就監(jiān)測手段來說，儀表的差異性往往也會產(chǎn)生一些問題，不同的監(jiān)測手段給出的監(jiān)測結果可能存在一定的差異，給防護決策帶來疑慮。在這些方面的深入研究和標準化推進還需要行業(yè)的共同努力，以便將核電廠工作場所空氣污染應對策略進一步規(guī)范化、標準化。