楊海濤,劉小龍,潘學榮,任 萌,周顯明,徐凱迪,王 特

(中國核動力研究設(shè)計院,四川 成都 610041)

隨著科技的發(fā)展和科研任務的改變,老舊核設(shè)施難以滿足現(xiàn)階段的需求,且存在較多安全隱患。合理處置老舊核設(shè)施關(guān)系到生態(tài)環(huán)境安全和公眾健康,成為環(huán)境保護領(lǐng)域亟需解決的問題之一[1-5]。源項調(diào)查工作貫穿退役治理的全過程,是安全退役的重要保障,能為核設(shè)施退役處置方案的制定、環(huán)境影響評價及退役工程實施提供合理的意見和建議[6-11]。

源項調(diào)查的基本方法主要包括歷史資料收集與評估、源項調(diào)查方案設(shè)計、現(xiàn)場監(jiān)測和取樣分析、數(shù)據(jù)處理與分析、廢物量估算等[12-15],能較全面地覆蓋待調(diào)查對象的各個方面。某UO2芯塊研制實驗室計劃退役,筆者對其進行了初步源項調(diào)查,該實驗室內(nèi)各類物項污染程度差異較大,在初步源項調(diào)查工作中需注重輻射監(jiān)測的區(qū)分處理。

1 UO2芯塊研制實驗室概況

UO2芯塊研制實驗室于20世紀70年代建成并投入運行,為磚混結(jié)構(gòu),承擔過各類貧鈾、低富集度芯塊的研制任務。在2008年汶川大地震中建筑物主體結(jié)構(gòu)受到一定程度的破壞,隨即對主體結(jié)構(gòu)進行了加固與維修。隨著科研和生產(chǎn)任務的結(jié)束,對實驗室進行了封閉處理。目前實驗室內(nèi)通風系統(tǒng)、特排系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、生產(chǎn)給水系統(tǒng)、消防設(shè)施等基本無改造再利用的價值,同時實驗室內(nèi)存有大量用于放射性工作的設(shè)備及放射性污染廢物,存在放射性物質(zhì)外泄的風險。

2 調(diào)查目的及內(nèi)容

2.1 調(diào)查目的

以UO2芯塊研制實驗室為調(diào)查對象,調(diào)查分析實驗室內(nèi)部設(shè)施、設(shè)備和建筑物的污染現(xiàn)狀,氣溶膠濃度水平,積存廢物形式、數(shù)量,放射性污染分布等情況,初步掌握UO2芯塊研制實驗室內(nèi)的污染情況,為實驗室后續(xù)處置提供參考。

2.2 調(diào)查方法和內(nèi)容

初步源項調(diào)查采用的方法見圖1。

圖1 初步源項調(diào)查方法Fig. 1 Preliminary source terms survey method

2.2.1 運行歷史調(diào)查

查閱該實驗室歷史運行資料,對實驗室承擔過的科研生產(chǎn)工作進行調(diào)查,主要調(diào)查內(nèi)容包括承擔的科研生產(chǎn)項目、放射性物質(zhì)使用數(shù)量、主要核素、是否發(fā)生過放射性物質(zhì)泄漏安全生產(chǎn)事故等。

2.2.2 表面污染和γ輻射劑量調(diào)查

在建筑物地面和墻面進行布點,測量其表面污染和γ輻射劑量水平。對設(shè)施、設(shè)備外表面,根據(jù)其實際形狀采用直接測量或擦拭測量。

2.2.3 取樣調(diào)查

取樣調(diào)查內(nèi)容主要有:1)氣溶膠濃度水平調(diào)查。采用固定式取樣設(shè)備抽取氣溶膠樣品,取樣結(jié)束后將樣品運回,檢測其氣溶膠濃度。2)地面及墻面取樣調(diào)查。選取典型操作間或典型區(qū)域的中心點為取樣點,用鏟鑿鑿取樣品進行檢測。

2.2.4 污染面積和污染物項估算

對于建筑物的污染面積和污染物項估算,主要包括與污染有關(guān)的各操作間、走廊的建筑物地面及墻面污染面積。對于操作間內(nèi)的各類設(shè)施、設(shè)備的污染面積和污染物項估算,主要包括污染設(shè)施、設(shè)備的數(shù)量及污染面積等。對于積存的固體廢物污染面積和污染物項估算,主要包括廢物類別、廢物量等數(shù)據(jù)的分類和記錄。

2.2.5 估算原則

參照《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》(GB 18871—2002)、《擬開放場址土壤中剩余放射性可接受水平規(guī)定(暫行)》(HJ 53—2000)的相關(guān)規(guī)定,結(jié)合現(xiàn)場實際情況,制定估算原則:1)對于墻面、地面和其他污染物項,α表面污染水平≥0.08 Bq/cm2或β表面污染水平≥0.8 Bq/cm2或γ劑量率≥1 μSv/h時,界定為放射性污染物項;2)對于土壤或其他固體殘留物,放射性比活度≥1×103Bq/kg時,界定為放射性污染物項。因本項目只涉及貧鈾、低富集度芯塊研制任務,統(tǒng)一按天然鈾進行估算,總鈾殘留量≥40 mg/kg即界定為放射性污染物項。

2.3 儀器設(shè)備

初步源項調(diào)查工作使用的儀器設(shè)備主要有X-γ劑量率儀、α/β表面污染儀、低本底α/β測量儀、高純鍺γ能譜儀、氣溶膠采樣器,所有儀器均經(jīng)過檢定且在檢定有效期內(nèi)(表1)。

表1 初步源項調(diào)查工作使用的儀器設(shè)備Table 1 Instruments and equipment used in preliminary source items investigation

3 初步源項調(diào)查實施

3.1 表面污染及γ輻射劑量調(diào)查

3.1.1 操作間污染調(diào)查

對操作間地面及墻面進行巡測,對高于實驗室內(nèi)本底水平的區(qū)域進行表面污染水平定點測量,采用梅花形布點法或交叉間隔布點方式,合理布置盡量多的測量點,測量并記錄區(qū)域內(nèi)污染水平。對于地面,按照1 m×1 m網(wǎng)格進行全面布點,以網(wǎng)格中心為測量點。對于墻面,按照1 m間距進行全面布點測量;在高度大于2 m區(qū)域,取中心點作為測量點位。對于天花板/吊頂,頂面測量點位為其中心點。

考慮到操作間內(nèi)設(shè)備布置和物項堆放情況,可局部調(diào)整布點方式,點位應避開突出的設(shè)施設(shè)備或非封閉區(qū)域(門、窗、無墻面等)。

3.1.2 走廊或通道污染調(diào)查

對于走廊或通道,測量點位的起點為走廊或通道的一端。地面測量點位于地面長軸中線上,測量點間距6 m;墻面布點選取距離地面2 m處為中線,測量點間距12 m;頂面布點選在其中線上,測量點間距12 m。

3.1.3 操作間內(nèi)設(shè)施、設(shè)備污染調(diào)查

對實驗室內(nèi)設(shè)施設(shè)備進行直接巡測,根據(jù)UO2芯塊研制實驗室的特點,依據(jù)歷史運行情況選取典型設(shè)施和設(shè)備進行測量,測量設(shè)施和設(shè)備內(nèi)、外表面污染水平和輻射水平。根據(jù)實際情況,選用直接測量、擦拭取樣測量等方法。

3.2 測量布點實例

實際布點時,需將房間的6個面展開,形成1個平面,放射性普查布點位置見圖2。

圖2 放射性普查布點位置Fig.2 Location of radioactive survey

3.3 樣品采集

采樣對象按類別劃分為氣溶膠樣品、地面樣品和墻面樣品,樣品采集情況見表2。

表2 樣品采集情況Table 2 Situation of sample collection

3.3.1 氣溶膠樣品采集

將氣溶膠采樣器放置于待取樣區(qū)域內(nèi),取樣頭長度約為1.5 m,空抽5 min后進行樣品采集,控制取樣流量為500 L/min、取樣時間為1 000 min。

3.3.2 地面樣品采集

地面樣品采集步驟:1)在取樣點處畫出100～400 cm2的取樣面;2)將取樣面周圍的塵土及雜物清理干凈,在取樣面四周鋪2層干凈的白紙,底層白紙用膠帶紙粘貼固定;如果取樣點上有塵土,則將其一并收入取樣袋中;3)用鏟鑿鑿取樣品,首次取樣深度為10 mm。

3.3.3 墻面取樣

墻面取樣步驟:1)在取樣點處畫出100～400 cm2的取樣面,將取樣面下方的浮灰及疏松部分除去,面積以接樣袋粘貼方便為準;2)在取樣面正下方粘貼一定面積的干凈白紙,隨后在白紙上粘貼干凈接樣袋,備用;3)用鏟鑿鑿取樣品,首次取樣深度為10 mm;4)如果墻壁表面有涂層,仔細刮取墻壁表面涂層即可,所取樣品要全部收集在樣品袋內(nèi)。

3.4 污染物項調(diào)查

對實驗室內(nèi)所有物項進行清點、測量、記錄,統(tǒng)計污染設(shè)備數(shù)量。依據(jù)2.2.5中的估算原則,對α表面污染水平≥0.08 Bq/cm2或β表面污染水平≥0.8 Bq/cm2或γ劑量率≥1 μSv/h的物項,按放射性污染物項統(tǒng)計。

4 初步源項調(diào)查結(jié)果

4.1 實驗室運行情況

該實驗室在運行期間,主要進行核燃料及材料的科學研究和小批量生產(chǎn),未發(fā)生任何放射性物質(zhì)泄漏安全生產(chǎn)事故,實驗室內(nèi)主要污染核素為234U、235U和238U,污染核素單一。

4.2 表面污染及γ輻射劑量水平

表面污染及γ輻射劑量測量結(jié)果見表3。該實驗室內(nèi)表面污染及γ輻射劑量水平總體較低,測量結(jié)果中最大值分布在各操作間的手套箱室內(nèi)壁、過濾器、閥及連接管道內(nèi)壁等處。

表3 表面污染及γ輻射劑量測量結(jié)果Table 3 Measurement results of surface pollution and γ radiation dose

4.3 取樣分析結(jié)果

4.3.1 氣溶膠取樣檢測

走廊和各操作間的氣溶膠取樣檢測結(jié)果見表4?？梢钥闯?該實驗室內(nèi)走廊和各操作間氣溶膠樣品的總α和總β活度濃度均處于較低水平,其中芯塊燒結(jié)間和分解煅燒間的氣溶膠樣品總α和總β活度濃度高于其他區(qū)域。

表4 氣溶膠取樣檢測結(jié)果Table 4 Aerosol concentration test results

4.3.2 墻面和地面樣品總鈾檢測

走廊和各操作間墻面和地面樣品總鈾檢測結(jié)果見表5～表6?？梢钥闯?該實驗室污染區(qū)域主要集中在承擔粉末制備、廢液處理、芯塊燒結(jié)的相關(guān)操作間,承擔分析檢測的操作間總鈾濃度較低。對于固體樣品,依據(jù)2.2.5中的估算原則,當總鈾殘留質(zhì)量分數(shù)≥40 mg/kg,即界定為放射性污染物質(zhì)。粉末制備間取樣深度為10 mm的地面樣品總鈾殘留質(zhì)量分數(shù)為47.28 mg/kg,為放射性污染物質(zhì);剩余樣品總鈾殘留質(zhì)量分數(shù)均小于40 mg/kg。粉末制備間增大取樣深度至15 mm時,樣品中總鈾殘留質(zhì)量分數(shù)下降至19.65 mg/kg。

表5 墻面樣品總鈾檢測結(jié)果Table 5 Total uranium test results for wall samples

表6 地面樣品總鈾檢測結(jié)果Table 6 Total uranium test results for floor samples

4.4 污染面積和污染物項估算

4.4.1 建筑物污染面積估算

依據(jù)2.2.5中的估算原則,當墻面、地面的α表面污染水平≥0.08 Bq/cm2或β表面污染水平≥0.8 Bq/cm2或γ劑量率≥1 μSv/h時,即為污染區(qū)域。經(jīng)過對建筑物污染水平監(jiān)測,地面污染面積約650 m2,墻面污染面積約350 m2,總計約1 000 m2。

4.4.2 污染設(shè)備估算

實驗室內(nèi)沾污設(shè)備總計約300臺(套),主要涉及各型手套箱、通風柜、加熱爐、過濾器、反應釜、貯槽、泵類設(shè)備、烘箱、煅燒爐、篩分機、壓機等。在進行退役治理時,需進行去污、切割、整理整備,以達到裝箱貯存或外運熔煉的處置條件。

4.4.3 其他固廢估算

實驗室內(nèi)的放射性固體廢物主要為鈾污染的低放固體廢物,體積約80 m3,主要物項包括廢舊細紗手套、口罩、工作服、乳膠手套、套袖、圍裙、工作鞋、工作帽、污染建筑材料等,固體廢物的α表面污染水平≤2.0 Bq/cm2、平均γ輻射劑量率約為0.58 μSv/h。

4.5 廢物管理

按照廢物最小化原則,在退役過程中,應對各類廢物進行分類收集、分類包裝,不同廢物采取不同的處置方式。通過限制放射性廢物的交叉污染和擴散,實現(xiàn)退役過程中的廢物最小化[16-17]。

對于固體廢物,首先對其進行放射性檢測,判斷其是否為放射性固體廢物,然后區(qū)分金屬制品與非金屬制品,大件金屬廢物經(jīng)切割后與小件金屬廢物一同整備;金屬廢物和非金屬廢物按不同的去向分類處置。對于液體廢物,則在現(xiàn)場進行分類包裝,有機廢液送廢液處理設(shè)施暫存,非有機廢液送廢液處理設(shè)施處理。對于建(構(gòu))筑物,測量其是否存在放射性污染,非污染部分直接拆除,污染部分去污合格后拆除,剝離廢物經(jīng)放射性檢測后,按檢測結(jié)果裝袋送不同處置點。本項目退役過程中廢物管理流程見圖3。

圖3 廢物管理流程示意圖Fig. 3 Schematic diagram of waste management process

5 結(jié)論

該實驗室主要污染核素為234U、235U和238U,放射性污染核素單一;實驗室內(nèi)氣溶膠濃度均處于較低水平,其中分解煅燒間氣溶膠樣品濃度最高,總α和總β活度濃度分別為0.501 mBq/m3和4.79 mBq/m3;總體放射性污染水平較低,污染區(qū)域集中在手套箱室內(nèi)壁、過濾器、閥及連接管道內(nèi)壁等位置;建筑物地面及墻面污染面積總計約1 000 m2,需進行去污處理的污染設(shè)備約300臺,實驗室內(nèi)放射性固體廢物約80 m3。

該實驗室污染核素單一、污染水平較低;但污染面積大、積存污染物項種類繁雜。在進行退役治理時,建議采用技術(shù)成熟、施工簡單的治理方案,將廢物做好分類處理,避免交叉污染。