甄麗穎，林穎慧，梁國帥，歐陽俊，陳日榮，張家俊

（廣東省環(huán)境輻射監(jiān)測中心，廣州 510300）

氚和碳-14 是核電廠流出物排放控制的主要核素，也是壓水堆核電廠放射性流出物歸一化排放量居前兩位的核素［1-2］。核電運行產(chǎn)生的氚和碳-14 釋放至環(huán)境中的量與反應(yīng)堆類型及流出物處理過程密切相關(guān)，其中碳-14 大部分以氣態(tài)流出的物形式釋放至環(huán)境中，在液態(tài)流出物中占比較少。相關(guān)研究指出，預計AP1000 和EPR核電機組運行中碳-14 的排放量占批復限值的比例較傳統(tǒng)壓水堆核電要高［3，4］。氚和碳-14 雖然屬于低毒性核素，但其穩(wěn)定核素是組成生物機體的重要元素，碳-14 和氚參與自然循環(huán)和動植物生命代謝過程，經(jīng)呼吸和食入進入人體，能引起生物輻射效應(yīng)。近些年，隨著全球核電的蓬勃發(fā)展，核電運行中氚和碳-14 的排放以及對環(huán)境和公眾劑量的影響逐漸引起政府部門和公眾的重視與關(guān)注［5-7］。

《中華人民共和國放射性污染防治法》第二十四條規(guī)定，國務(wù)院環(huán)境保護行政主管部門應(yīng)對核設(shè)施實施監(jiān)督性監(jiān)測，并根據(jù)需要對核設(shè)施的流出物實施監(jiān)測。廣東省環(huán)境輻射監(jiān)測中心（以下簡稱中心）自2017 年以來，對某核電廠的外圍輻射環(huán)境進行監(jiān)督性監(jiān)測，每月抽樣監(jiān)測放射性流出物。本文對該核電廠運行以來其放射性流出物及外圍環(huán)境介質(zhì)中氚和碳-14的監(jiān)測結(jié)果進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析討論該核電廠運行對周圍環(huán)境的影響，為核與輻射監(jiān)督管理提供了科學依據(jù)及數(shù)據(jù)支撐，同時為公眾提供了環(huán)境質(zhì)量信息。

1 核電廠環(huán)境簡況和運行概況

1.1 環(huán)境簡況

該核電廠位于珠江八大尾閭之一的崖門和虎跳門出口，黃茅海西側(cè)近出?？?，位于臺山市赤溪鎮(zhèn)腰古村東北方約1.2 km。核電廠半徑5 km 范圍內(nèi)人口最多的居民點為欽頭村，常住人口約495 人。江門市、珠海市和澳門特別行政區(qū)距離核電廠分別約為75 km、73 km 和67 km。核電廠廠址區(qū)域?qū)賮啛釒У途暥鹊貐^(qū)，受海洋性季風影響，氣候溫暖多雨，全年主導風向為NNE。

1.2 核電廠運行概況［8-10］

核電廠廠址規(guī)劃建設(shè)六臺壓水堆核電機組，一期建設(shè)兩臺EPR 核電機組，1 號機組和2號機組分別于2018 年12 月和2019 年9 月開始商業(yè)運行。2021 年，1 號機組運行過程中出現(xiàn)少量燃料棒破損（在技術(shù)規(guī)范允許范圍內(nèi)），但考慮到1 號機組是全球首堆且投入運行不久，該核電廠根據(jù)核安全法規(guī)和核電廠運行規(guī)程，堅持安全第一、保守決策的原則，于2021 年7月31 日對1 號機組進行停機檢修（T199 大修），2022 年8 月15 日完成T199 大修。2021 年4月2 日至2021 年6 月10 日，2022 年7 月12 日至2022 年11 月18 日2 號機組完成了計劃性大修任務(wù)。目前，核電廠兩臺機組正常功率運行。

核電運行過程中，向環(huán)境排放的放射性核素主要來自反應(yīng)堆燃料芯塊內(nèi)的鏈式反應(yīng)產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物（如85Kr、133Xe、137Cs、134Cs、131I、90Sr、95Zr 等）和活化產(chǎn)物（如3H、14C、54Mn、58Co、60Co、110mAg、124Sb 等）。該核電廠“三廢”排放處于受控狀態(tài)，有適當?shù)牧髁亢蜐舛缺O(jiān)測設(shè)備。國家環(huán)境主管部門對該核電廠兩臺機組批復了放射性氣態(tài)和液態(tài)流出物的年排放限值，見表1。

表1 核電廠氣態(tài)和液態(tài)流出物年排放限值Tab.1 Annual emission limits for gaseous and liquid effluents from the nuclear power plant

自商業(yè)運行以來，該核電廠放射性氣態(tài)流出物氚全年排放量占年排放量限值的0.06%～4.36%，氣態(tài)流出物碳-14 全年排放量占年排放量限值的0.63%～34.9%，其余氣態(tài)流出物的年排放量均小于年限值的9%；液態(tài)流出物氚全年排放量占年排放量限值的2.18%～33.3%，碳-14 的年排放量占年限值的2.85%～21.6%，除氚和碳-14 以外的其余核素的年排放量均小于年限值的7%。由上述數(shù)據(jù)可知，該核電廠流出物排放的核素占比一直保持在相對較低水平，滿足國家審管部門的批復要求。

2 監(jiān)測方案

中心根據(jù)國家有關(guān)標準要求和該核電廠廠址周圍環(huán)境特征等制定監(jiān)督性監(jiān)測方案，陸地環(huán)境介質(zhì)中放射性核素水平重點監(jiān)測范圍為核電廠周圍10 km；對于海洋環(huán)境，放射性監(jiān)測主要在核電南邊5 km 海域，特別關(guān)注核電廠液體總排放口附近的海產(chǎn)品。監(jiān)測布點考慮因素包括：關(guān)鍵居民組居住地區(qū)；主導風下風向廠區(qū)邊界附近區(qū)域；與運行前本底調(diào)查時的測量或取樣位置的一致性；最小風頻下風向很少受核電排放影響的區(qū)域作為對照點；陸生和海生生物生長周期及采集樣品的代表性等。該核電廠放射性流出物及外圍環(huán)境介質(zhì)中氚和碳-14 的監(jiān)測方案見表2。

表2 樣品中氚和碳-14 的監(jiān)測方案Tab.2 Monitoring programme for tritium and carbon-14 in samples

3 監(jiān)測方法

3.1 樣品采集

環(huán)境水樣和生物樣的采集及保存方法參照國家相關(guān)環(huán)境保護標準［11-13］?？諝馓?14 樣品的采集參照核工業(yè)標準EJ/T 1008-96［14］?？諝怆皹悠凡杉褂贸凉駲C，采集水樣量應(yīng)不少于100 mL。采樣過程中，用具有自動連續(xù)記錄及存儲功能的溫濕度計記錄溫度和相對濕度。放射性流出物樣品隨機抽取核電廠采集的樣品或由中心采樣人員進入現(xiàn)場進行流出物現(xiàn)場見證采樣，取見證樣品進行測量。

3.2 主要儀器設(shè)備

1220 Quantulus 低本底液體閃爍譜儀，PerkinElmer 公司生產(chǎn)；20 mL 聚乙烯計數(shù)瓶，PerkinElmer 公司生產(chǎn)；20 mL 低鉀計數(shù)瓶，PerkinElmer 公司生產(chǎn)。

Vario EL cube 元素分析儀，德國Elementar公司生產(chǎn)。

OTCS11/3 型三溫區(qū)開啟式管式爐，上海怡星機電設(shè)備有限公司生產(chǎn)。

3.3 測量方法與結(jié)果計算

3.3.1 環(huán)境氚樣品的分析測量

環(huán)境氚樣品的分析測量參考國家環(huán)境保護標準［15］。經(jīng)前處理后，工作人員取蒸餾合格的水樣8 mL 于聚乙烯計數(shù)瓶中，加入12 mL 的ULTIMA GOLD 閃爍液混合搖勻，在液閃譜儀中進行暗適應(yīng)后測量1000 min。

3.3.2 環(huán)境碳-14 樣品的分析測量

環(huán)境碳-14 樣品的分析測量參考核工業(yè)標準EJ/T 1008-96［14］。經(jīng)前處理后，稱取烘干后的CaCO3樣品2 g，放于低鉀計數(shù)瓶中，加入14 mL 的 Triton-X100 甲苯閃爍液、4 mL 去離子水，混勻成懸浮液。在測量儀器中避光2～3 h后測量600 min。

3.3.3 流出物氚和碳-14 樣品的測量

流出物氚和碳-14 樣品的測量是直接取一定體積的樣品加入閃爍液，暗適應(yīng)2～3 h 后測量200 min。氣態(tài)流出物氚取5 mL 樣品，加入15 mL 的 ULTIMA GOLD 閃爍液；氣態(tài)流出物碳-14 取6 mL 樣品，加入14 mL 的 Hisafe 3 閃爍液；液態(tài)流出物氚取1 mL 樣品，加入10 mL的ULTIMA GOLD 閃爍液。

3.3.4 結(jié)果計算

水中氚活度濃度由式（1）計算：

空氣中氚活度濃度由式（2）計算：

生物有機結(jié)合氚（OBT）比活度由式（3）計算：

生物自由水氚（TFWT）比活度由式（4）計算：

氣態(tài)流出物氚活度濃度由式（5）計算：

氣態(tài)流出物碳-14 活度濃度由式（6）計算：

環(huán)境樣品碳-14 比活度由式（7）計算：

式中，C 為水中氚活度濃度，Bq/L；C1為空氣中氚活度濃度，mBq/m3；C2為生物有機結(jié)合氚（OBT）比活度，Bq/kg（本文OBT 單位中的kg為鮮樣質(zhì)量）；C3為生物自由水氚（TFWT）比活度，Bq/kg（本文TFWT單位中的kg為鮮樣質(zhì)量）；C4為氣態(tài)流出物氚活度濃度，Bq/m3；C5為氣態(tài)流出物碳-14 活度濃度，Bq/m3；C6為環(huán)境樣品碳-14 比活度，Bq/g（本文環(huán)境樣品碳-14 比活度單位中g(shù) 為碳元素的質(zhì)量）；Nb為本底計數(shù)率，min-1；Nc為樣品計數(shù)率，min-1；E 為儀器探測效率，%；V 為樣品測量用量，mL；K 為衰變因子；6×10-2為單位換算系數(shù)，（s·min-1） /（mL·L-1）；M 為測量的樣品質(zhì)量，等于樣品測量用量與水的密度乘積，默認水的密度為1 g/cm3，g；ρ飽和為采樣平均溫度下對應(yīng)的飽和水蒸氣密度，查表得出，g/m3；H 為采樣（平均）相對濕度，%；n 為生物樣品的干鮮比，為樣品干重和鮮重之比；ω為樣品氫含率，%；a 為鮮樣含水率，a=（樣品鮮重-樣品干重）/樣品鮮重，%；V1為液體采樣量，mL；V2為氣體采樣量，m3；60 為時間單位換算系數(shù)；m 為碳-14 樣品的CaCO3測量用量，g；0.12 為 CaCO3中C 的質(zhì)量分數(shù)。

4 質(zhì)量保證

中心嚴格按照本單位質(zhì)量管理體系對樣品采集與保存、儀器設(shè)備和分析測量等工作進行質(zhì)量管理，保證采集樣品的代表性。分析方法有國家或行業(yè)標準方法的均采用標準方法，對于沒有標準方法的，采用經(jīng)過資質(zhì)認定的非標方法，分析測量過程規(guī)范操作。計量所用的標準物質(zhì)需溯源至國家或國際標準。測量的儀器設(shè)備有專人負責維護，定期進行檢定或內(nèi)部校準。每半個月利用儀器自帶標準源和本底樣品對測量裝置進行本底和效率測量，繪制質(zhì)控圖，檢驗其穩(wěn)定性，一旦發(fā)現(xiàn)異常，及時查明原因；每年或檢修后對測量裝置進行泊松分布檢驗；定期對測量裝置進行刻度，一旦實驗室環(huán)境條件發(fā)生變化，及時進行再刻度。

5 監(jiān)測結(jié)果與討論

5.1 氣態(tài)流出物氚和碳-14 的抽樣監(jiān)測結(jié)果

中心分別于2018 年6 月和2019 年6 月開始對該核電廠1 號機組及2 號機組的氣態(tài)流出物氚和碳-14 進行抽樣監(jiān)測，每月隨機監(jiān)測一次核電廠氣態(tài)流出物氚和碳-14 樣品，并與核電廠自主監(jiān)測結(jié)果進行比對，驗證核電廠自主監(jiān)測結(jié)果。

圖1～圖2 給出了自監(jiān)測以來抽測該核電廠1 號機組和2 號機組氣態(tài)流出物氚活度濃度的測值情況（本文圖中空心標記均為小于探測限）。1 號機組氣態(tài)流出物氚活度濃度在＜0.90～205 Bq/m3，2 號機組氣態(tài)流出物氚活度濃度在＜0.90～238 Bq/m3，與文獻報道的壓水堆核電廠氣態(tài)流出物氚活度濃度處于同一數(shù)量級水平［5，7，16］。經(jīng)分析，圖1 中2020 年8 月、2022 年2月和5 月測到的幾次氚活度濃度峰值分別處在1號機組首次大修和T199 大修期間；圖2 測到的氚活度濃度峰值處在2 號機2022 年度大修期間。

圖1 1 號機組氣態(tài)流出物氚監(jiān)測結(jié)果Fig.1 Monitoring results of tritium in gaseous effluent of No.1 unit

圖2 2 號機組氣態(tài)流出物氚監(jiān)測結(jié)果Fig.2 Monitoring results of tritium in gaseous effluent of No.2 unit

在壓水堆核反應(yīng)堆運行中，燃料元件中三元裂變是氚的主要產(chǎn)生方式，由裂變產(chǎn)生的氚一部分由于其滲透特性會穿過完整的燃料包殼擴散到主回路中，另外主回路中還會因為2 H、6 Li、10 B 等核素與中子發(fā)生活化反應(yīng)產(chǎn)生氚，大修期間，一回路會對空，反應(yīng)堆本體構(gòu)件滲透的氚以及換料水池蒸發(fā)攜帶的氚等均會經(jīng)氣態(tài)流出物排放系統(tǒng)排出，因此，通常會在大修期間監(jiān)測到氣態(tài)流出物氚活度濃度的峰值。

與該核電廠的自主監(jiān)測結(jié)果比較，1 號機組和2 號機組氣態(tài)流出物氚監(jiān)測結(jié)果的相對偏差范圍分別為-18%～20%和-7.1%～9.1%，參考《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 61-2021）中關(guān)于平行樣和復測樣相對偏差30%的控制指標要求，中心分析人員認為該核電自主監(jiān)測結(jié)果與監(jiān)督性監(jiān)測結(jié)果相匹配。

圖3～圖4 給出了自監(jiān)測以來抽測該核電廠1 號機組和2 號機組氣態(tài)流出物碳-14 活度濃度的測值情況。1 號機組氣態(tài)流出物碳-14活度濃度在＜0.56～215 Bq/m3，2 號機組氣態(tài)流出物碳-14 活度濃度在＜0.58～323 Bq/m3。經(jīng)分析，圖3 和圖4 中1 號機組在2020 年6 月和8 月、2 號機組2022 年6 月、2 號機組2022 年8月和10 月出現(xiàn)的測值峰值分別處在1 號機組首次大修、2 號機組含氫廢氣（TEG）排放量偏大、2 號機組2022 年度大修期間。

圖3 1 號機組氣態(tài)流出物碳-14 監(jiān)測結(jié)果Fig.3 Monitoring results of carbon-14 in gaseous effluent of No.1 unit

圖4 2 號機組氣態(tài)流出物碳-14 監(jiān)測結(jié)果Fig.4 Monitoring results of carbon-14 in gaseous effluent of No.2 unit

壓水堆核反應(yīng)堆運行中，燃料、慢化劑和冷卻劑中的氧化物經(jīng)中子活化［17O（n，α）14C］或其中的雜質(zhì)經(jīng)［14N（n，p）14C］核反應(yīng)均可產(chǎn)生14C，14C 主要以氣態(tài)形式（如14CO2和14CnHm等）釋放［17］。大修期間，隨著一回路冷卻劑和燃料組件等的對空，一回路的14C 會進入主要的輔助廠房，經(jīng)氣態(tài)流出物排放系統(tǒng)排出，氣態(tài)流出物中的碳-14 水平會較反應(yīng)堆運行期間的值偏高，因此，通常會在大修期間監(jiān)測到氣態(tài)流出物碳-14 的峰值。

與該核電廠的自主監(jiān)測結(jié)果比較，1 號機組和2 號機組氣態(tài)流出物碳-14 監(jiān)測結(jié)果的相對偏差范圍分別為-23%～6.3%和-18%～2.5%，參考《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 61-2021）中關(guān)于平行樣和復測樣相對偏差30%的控制指標要求，中心分析人員認為該核電自主監(jiān)測結(jié)果與監(jiān)督性監(jiān)測結(jié)果相匹配。

5.2 空氣和降水中氚及碳-14 的監(jiān)測結(jié)果

自監(jiān)測以來，該核電廠外圍環(huán)境空氣中氚和碳-14 的放射性水平監(jiān)測結(jié)果列于表3。由表3可知，該核電廠外圍環(huán)境空氣樣品中，臺山百米塔和欽頭村分別在2019 年和2018 年的個別月份中（各監(jiān)測到一次）監(jiān)測到了稍高于探測限的氚，最高為37 mBq/m3，其余空氣氚測值結(jié)果均低于探測限，未發(fā)現(xiàn)空氣氚累積效應(yīng)；空氣中碳-14的監(jiān)測結(jié)果在0.18～0.27 Bq/g 波動，與對照點監(jiān)測結(jié)果處于同一水平；降水氚均小于探測限。

表3 空氣和降水中氚及碳-14 的監(jiān)測結(jié)果Tab.3 Monitoring results of tritium and carbon-14 in atmosphere and precipitation

5.3 液態(tài)流出物氚的監(jiān)測結(jié)果

圖5 是抽測該核電廠液態(tài)流出物氚活度濃度的測值情況，測量結(jié)果在＜42～1.35×107Bq/L，由圖可知，該核電廠液態(tài)流出物的氚活度濃度處在較低水平，個別月份測值結(jié)果偏高。個別月份廢液的氚活度濃度測值偏高主要受一回路主冷卻劑pH 值控制及機組運行狀況差異的影響。由本文1.2 節(jié)可知，該核電廠液態(tài)流出物氚全年排放量占國家批復的年排放量限值的2.18%～33.3%，該核電廠液態(tài)流出物氚全年排放量占比稍低于文獻報道的其他壓水堆核電廠［5］。

圖5 液態(tài)流出物氚的監(jiān)測結(jié)果Fig.5 Monitoring results of liquid effluent tritium

與核電廠的自主監(jiān)測結(jié)果比較，兩家單位測量結(jié)果的相對偏差范圍為-6.3%～12%，參考《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 61-2021）中關(guān)于平行樣和復測樣相對偏差30%的控制指標要求，中心分析人員認為該核電自主監(jiān)測結(jié)果與監(jiān)督性監(jiān)測結(jié)果相匹配。

5.4 海水氚的監(jiān)測結(jié)果

某核電廠廢液排放口周邊海域10 個監(jiān)測點位的海水氚放射性水平見表4，海水采樣點見圖6。由監(jiān)測結(jié)果可知，2019 年、2021 年和2022年個別點位監(jiān)測到了高于探測限的氚，其余點位及對照點的海水氚均小于探測限1.1 Bq/L。自監(jiān)測以來，監(jiān)測儀器監(jiān)測到高于探測限的氚測量值范圍為1.2～19 Bq/L，其中2022 年在離廢液排放口最近的TH4 樣品中監(jiān)測到單樣最大值為19 Bq/L?？杀O(jiān)測到氚的海水采樣點中，TH4、TH5、TH3、TH6 離該核電廠廢液排放口最近。

圖6 海水采樣點位圖Fig.6 Location map of seawater sampling points

張杰［18］、鄧飛［19］等曾對大亞灣核電液態(tài)流出物排放對海水的影響進行了系列的調(diào)查和研究，證明受納水體中氚的放射性水平受廢液氚排放量、廢液排放時間與采樣時間差、洋流水文、風速風向等綜合因素的影響。表4 監(jiān)測結(jié)果顯示，離廢液排放口較遠的TH1 和TH10（距離排放口8～10 km）歷年的海水氚監(jiān)測結(jié)果均小于探測限，由此可知，該核電廠排放口周邊海域的海水交換稀釋能力較好，可滿足該核電廠液態(tài)流出物的排放要求，該核電廠廢液排放口周邊海域的海水氚未出現(xiàn)累積效應(yīng)。

5.5 淡水氚監(jiān)測結(jié)果

由表5 分析結(jié)果可知，自2017 年監(jiān)測以來，該核電廠外圍環(huán)境地表水、飲用水、地下水中的氚均小于探測限1.1 Bq/L，廠內(nèi)監(jiān)測井水中的氚均小于探測限，未見異常。

5.6 生物樣品中氚和碳-14 監(jiān)測結(jié)果

自2017 年起，中心每年對該核電廠周邊重點關(guān)注區(qū)域的陸生生物（指示生物松針、草）和海洋生物進行有機結(jié)合氚、自由水氚及生物碳-14的分析。由表6 指示生物松針和草的分析結(jié)果可知，歷年監(jiān)測的有機結(jié)合氚和自由水氚均小于探測限，松針的碳-14 比活度在0.20～0.24 Bq/g，草的碳-14 比活度在0.20～0.25 Bq/g，與對照點分析結(jié)果處于同一水平。由表7 海洋生物監(jiān)測結(jié)果可知，歷年監(jiān)測的有機結(jié)合氚和自由水氚均小于探測限，其中2021 年和2022 年的牡蠣和海魚樣品增加了生物碳-14 的分析，分析結(jié)果在0.20～0.24 Bq/g，與對照點分析結(jié)果處于同一水平。從監(jiān)測結(jié)果可知，該核電廠的運行未對周圍生物樣品產(chǎn)生可察覺的影響。

表6 陸生生物樣品中氚和碳-14 監(jiān)測結(jié)果Tab.6 Monitoring results of tritium and carbon-14 in terrestrial biological samples

表7 海洋生物樣品中氚和碳-14 監(jiān)測結(jié)果Tab.7 Monitoring results of tritium and carbon-14 in marine organism samples

6 結(jié)論與建議

（1）通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可知，該核電廠流出物氚和碳-14 的排放滿足國家審管部門的批復要求。隨著核電機組的運行，在核電廠外圍環(huán)境空氣中偶爾可監(jiān)測到高于探測限的氚，但未出現(xiàn)累積效應(yīng)；核電廠外圍環(huán)境空氣中碳-14 與對照點分析結(jié)果處于同一放射性水平，降水氚均小于探測限，未發(fā)現(xiàn)異常。

（2）在核電廠廢液排放口附近的海水中可監(jiān)測到高于探測限的氚，單樣歷史最高測值為19 Bq/L，距離排放口較遠（8～10 km）的兩個采樣點的海水氚的歷年監(jiān)測結(jié)果均小于探測限，由此可知，該核電廠周圍海域海水交換稀釋條件較好，未出現(xiàn)氚累積效應(yīng)。

（3）核電外圍環(huán)境地表水、飲用水、地下水、生物樣品及廠內(nèi)監(jiān)測井水中氚的監(jiān)測結(jié)果均小于探測限，陸生生物和部分海洋生物碳-14 放射性水平與對照點分析結(jié)果處于同一水平，均未發(fā)現(xiàn)異常。

（4）為全面深入了解核電廠運行排放的氚和碳-14 對周圍環(huán)境的影響，監(jiān)測單位應(yīng)加強對氚和碳-14 的監(jiān)測，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性；對核電廠外圍環(huán)境空氣和水樣進行氚監(jiān)測時，建議可采用電解濃縮法，降低探測限，以更好地跟蹤環(huán)境中氚濃度的變化，增加海水和海洋生物中碳-14 的監(jiān)測，為核與輻射安全監(jiān)管提供更有效和更全面的數(shù)據(jù)支撐。