謝衛(wèi)平，趙喜寰，丁長龍，邸明樂，陳全利

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222000）

核電廠現(xiàn)場的輻射源項(xiàng)主要包括中子、裂變產(chǎn)物和腐蝕活化產(chǎn)物。在核電廠正常運(yùn)行情況下，中子與裂變產(chǎn)物對職業(yè)照射的貢獻(xiàn)較小。反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，一回路材料中的鐵、鎳、鈷等通過腐蝕、磨損等方式進(jìn)入一回路冷卻劑中形成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物以“溶解-沉積”的動(dòng)態(tài)平衡方式存在于一回路系統(tǒng)設(shè)備及冷卻劑中。腐蝕產(chǎn)物隨冷卻劑進(jìn)入堆芯被活化，這些腐蝕活化產(chǎn)物在堆芯以外的設(shè)備內(nèi)表面沉積導(dǎo)致設(shè)備周圍的輻射場升高。換料大修是核電廠最重要的生產(chǎn)活動(dòng)之一，大修產(chǎn)生的集體劑量一般占年度集體劑量的80%～90%[1]。根據(jù)職業(yè)照射監(jiān)測和國內(nèi)外核電廠運(yùn)行情況分析，壓水堆核電廠職業(yè)照射的80%來源于系統(tǒng)中的腐蝕活化產(chǎn)物[2,3]。

VVER 反應(yīng)堆是國際上在運(yùn)和在建的主要壓水堆堆型之一。張曄、王海平對VVER 機(jī)組的源項(xiàng)設(shè)計(jì)、化學(xué)控制進(jìn)行了研究[4,5]，但均沒有對VVER 機(jī)組大修輻射源項(xiàng)控制體系開展研究。在機(jī)組停堆過程中，隨著一回路冷卻劑中水化學(xué)環(huán)境的改變，腐蝕活化產(chǎn)物的形態(tài)也隨之發(fā)生變化，如何建立與機(jī)組類型相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化源項(xiàng)控制體系是核電廠開展集體劑量控制的關(guān)鍵。本文開展了VVER 機(jī)組大修輻射源項(xiàng)控制措施的研究，并對實(shí)施效果進(jìn)行了評價(jià)，最后提出符合VVER 機(jī)組輻射源項(xiàng)的控制體系。

1 大修輻射源項(xiàng)控制實(shí)施階段及特點(diǎn)

根據(jù)機(jī)組狀態(tài)和一回路水化學(xué)環(huán)境，將VVER 機(jī)組大修輻射源項(xiàng)控制劃分為3 個(gè)階段。各階段實(shí)施時(shí)間和采取的主要控制措施如表1 所示。

表1 VVER 機(jī)組大修輻射源項(xiàng)控制階段及特點(diǎn)Table 1 Control stages and characteristics of radiation source terms for VVER overhaul

使用濾膜對一回路樣品進(jìn)行過濾，通過測量一回路冷卻劑取樣樣品、濾膜、濾液的放射性核素含量，確定不同機(jī)組狀態(tài)下一回路腐蝕活化產(chǎn)物的形態(tài)。VVER 機(jī)組主要腐蝕活化產(chǎn)物在不同機(jī)組狀態(tài)下的形態(tài)如表2 所示。

表2 VVER 機(jī)組主要腐蝕活化產(chǎn)物形態(tài)Table 2 The morphology of VVER main corrosion activation products

VVER 機(jī)組的輻射源項(xiàng)主要通過凈化系統(tǒng)的樹脂床進(jìn)行去除，放射性核素的形態(tài)直接影響樹脂床的去除效果。因此，在制定輻射源項(xiàng)控制措施時(shí)需要考慮放射性核素的形態(tài)，以提高輻射源項(xiàng)的去除效果。

2 VVER 機(jī)組輻射源項(xiàng)控制體系

根據(jù)VVER 機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和輻射源項(xiàng)特點(diǎn)，制定了在機(jī)組不同時(shí)間窗口下的大修全過程輻射源項(xiàng)控制體系（見圖1）。

圖1 VVER 機(jī)組輻射源項(xiàng)控制體系框圖Fig.1 The block diagram of the control system of radiation source terms of VVER

3 輻射源項(xiàng)控制措施及效果評價(jià)

3.1 停機(jī)前輻射源項(xiàng)控制措施及效果評價(jià)

水化學(xué)條件主要影響腐蝕活化產(chǎn)物的形態(tài)、溶解度等，在機(jī)組停機(jī)前主要通過調(diào)節(jié)一回路水化學(xué)條件來控制輻射源項(xiàng)。

3.1.1 pH 調(diào)節(jié)及控制

一回路冷卻劑 pHt會(huì)影響腐蝕活化產(chǎn)物從設(shè)備表面到燃料組件，以及從燃料組件到堆芯以外區(qū)域的遷移和釋放過程。最佳 pHt主要通過一回路的溫度、硼酸與堿性金屬離子總濃度之比進(jìn)行確定，使反應(yīng)堆一回路設(shè)備內(nèi)表面沉積的腐蝕活化產(chǎn)物（60Co 和58Co）最少，通常最佳pHt處于7.0～7.2[6]。

3.1.2 溶氫控制

一回路加氫是為了限制水的輻照分解，減少對系統(tǒng)設(shè)備材料的腐蝕，進(jìn)而降低腐蝕產(chǎn)物被活化的數(shù)量。低濃度的溶氫會(huì)增加NiO 和其他含鎳氧化物的穩(wěn)態(tài)含量，減少了Ni在堆芯區(qū)域的沉積，進(jìn)而降低了58Co 的產(chǎn)生量。除此之外，低溶氫還可以減少腐蝕產(chǎn)物向堆芯區(qū)域的轉(zhuǎn)移，降低腐蝕產(chǎn)物在堆芯被活化的概率，從而減少一回路的輻射源項(xiàng)。

根據(jù)機(jī)組運(yùn)行實(shí)踐，在燃料循環(huán)壽期末前3個(gè)月開始將一回路溶氫控制在2.2 mg/L 內(nèi)，一回路總γ 體積活度與溶氫呈同步變化趨勢，整體上隨溶氫濃度的降低而減少。VVER 機(jī)組壽期末溶氫和一回路總γ 體積活度趨勢如圖2 所示。

儒家注重“合作”的社會(huì)規(guī)范的執(zhí)行效果，很大程度上依賴于a和b。如果當(dāng)事人受儒家文化注重“合作”的理念影響大并能落實(shí)到自己的實(shí)際行動(dòng)中(儒家強(qiáng)調(diào)“知行合一”)，儒家社會(huì)規(guī)范在我國上市公司治理中就能有效發(fā)揮作用；相反，如果當(dāng)事人受儒家文化注重“合作”的理念影響小，則儒家社會(huì)規(guī)范在我國上市公司治理中的作用就很小。這就需要整個(gè)社會(huì)加強(qiáng)對儒家文化中“誠信”、“合作”等核心價(jià)值觀的學(xué)習(xí)和教化，讓我國的上市公司參與各方把養(yǎng)成“君子”人格作為自己的畢生追求。

圖2 VVER 機(jī)組壽期末溶氫和一回路總γ 體積活度趨勢圖Fig.2 The trend of dissolved hydrogen and total γ volume activity of the primary circuit at the end of the life cycle of VVER

3.1.3 一回路貯存水箱介質(zhì)凈化

大修開始前，對一回路冷卻劑貯存水箱、乏燃料水池存儲(chǔ)的介質(zhì)通過系統(tǒng)進(jìn)行凈化，從而可以降低一回路升液位、主回路與乏燃料水池聯(lián)通時(shí)的放射性。根據(jù)歷次大修的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對一回路冷卻劑貯存水箱、乏燃料水池的介質(zhì)凈化效率可以達(dá)到90%以上。凈化前后對比如表3所示。

表3 一回路冷卻劑貯存水箱、乏燃料水池的介質(zhì)凈化效果Table 3 The media purification effect of primary circuit coolant storage tank and the spent fuel pool

3.2 停機(jī)階段輻射源項(xiàng)控制措施及效果評價(jià)

在機(jī)組停機(jī)過程中一回路主要腐蝕活化產(chǎn)物的形態(tài)發(fā)生變化，通過凈化系統(tǒng)可以更加高效地去除放射性產(chǎn)物。在主泵停運(yùn)一回路介質(zhì)失去動(dòng)力后，仍可以通過外接動(dòng)力沖洗設(shè)備或者局部系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)對相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的沖洗和凈化。

3.2.1 停機(jī)過程中KBE 系統(tǒng)連續(xù)凈化一回路介質(zhì)

從機(jī)組降功率開始，投運(yùn)1 個(gè)KBE 系列過濾器并以最大流量（36 t/h）凈化一回路介質(zhì)。當(dāng)機(jī)組進(jìn)入最小可監(jiān)測功率水平的注硼階段，投運(yùn)另1 個(gè)KBE 系列過濾器，并保持2 個(gè)KBE系列過濾器（一臺(tái)陽床+一臺(tái)混床）以最大的流量（約43 t/h）聯(lián)合凈化一回路介質(zhì)，并盡可能延長凈化時(shí)間，以提高對一回路放射性的凈化效果。根據(jù)運(yùn)行實(shí)踐，KBE 系統(tǒng)在該階段對離子態(tài)54Mn、59Fe、58Co、60Co 的凈化效率可達(dá)到 100%，但對以膠體形式存在的122Sb、124Sb、110mAg 的凈化效率僅有30%左右。KBE凈化流程如圖3 所示、凈化效果如圖4 所示。在KBE 連續(xù)凈化期間，一回路的總γ 放射性水平持續(xù)下降。KBE 的凈化時(shí)長主要受制于主泵的停運(yùn)時(shí)間，并與機(jī)組的大修關(guān)鍵路徑密切相關(guān)。

圖3 KBE 凈化流程簡圖Fig.3 The sketch of the KBE purification process

圖4 KBE 過濾器凈化期間一回路總γ 趨勢圖Fig.4 The trend of total γ in the priary circuit during the purification period of the KBE filter

3.2.2 KBB 聯(lián)合大流量凈化

圖5 KBB 聯(lián)合大流量凈化流程簡圖Fig.5 The sketch of the KBB combined high flow purification process

圖6 KBB10AT001 投運(yùn)前后放射性對比圖Fig.6 The comparison of radioactivity of KBB10AT001 before and after commissioning

3.2.3 一回路液位升降過程的輻射源項(xiàng)控制

在主泵停運(yùn)、KBA 系統(tǒng)隔離后，一回路無法通過KBE、KBB 系統(tǒng)進(jìn)行凈化。此時(shí)，對一回路進(jìn)行升降液位的操作，只能通過燃料水池和含硼水貯罐水凈化系統(tǒng)（FAL）的樹脂床對乏燃料水池和一回路貯存水箱內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)凈化。

在一回路升液位時(shí)采用放射性水平低的含硼水貯存系統(tǒng)（JNK）的水箱進(jìn)行補(bǔ)水，在降液位時(shí)使用同1 個(gè)JNK 水箱接收來自一回路的冷卻劑并通過FAL 系統(tǒng)樹脂床進(jìn)行凈化，以確保JNK 水箱內(nèi)的介質(zhì)始終處于較低的放射性水平。在壓力容器與乏燃料水池聯(lián)通期間，通過FAL 系統(tǒng)樹脂床持續(xù)進(jìn)行凈化。通過FAL 系統(tǒng)樹脂床對乏燃料水池和JNK 水箱進(jìn)行持續(xù)凈化，凈化效果分別可以達(dá)到35%～80%、95%左右。兩者凈化效果的差異主要與冷卻劑容量、凈化時(shí)間有關(guān)。

3.2.4 通過系統(tǒng)介質(zhì)對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行沖洗和凈化

通過啟動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)水泵為介質(zhì)提供動(dòng)力，并利用系統(tǒng)內(nèi)的介質(zhì)實(shí)現(xiàn)對高放系統(tǒng)、設(shè)備進(jìn)行沖洗和凈化，同時(shí)將系統(tǒng)的樹脂床帶入沖洗回路去除放射性。VVER 機(jī)組利用該原理對KBA 系統(tǒng)、余熱排出系統(tǒng)進(jìn)行沖洗和凈化，沖洗和凈化效果如表4 所示。

表4 KBA 系統(tǒng)、JNA 系統(tǒng)沖洗和凈化效果Table 4 Flushing and purification effect of the KBA system and the JNA system

由于KBA 系統(tǒng)設(shè)備管線多、流程長，在沖洗過程中放射性核素的遷移存在較大的不確定性，可能導(dǎo)致部分設(shè)備管線輻射水平上升。這時(shí)需要充分利用KBE 樹脂床對系統(tǒng)內(nèi)的放射性核素進(jìn)行去除，應(yīng)按次序先后對KBA40管線和KBA10 管線進(jìn)行沖洗，實(shí)現(xiàn)對輻射源項(xiàng)的有效去除。當(dāng)余熱排出系統(tǒng)使用結(jié)束后，利用凈化后的JNK10/40BB001 介質(zhì)對含硼水貯存系統(tǒng)-安全殼噴淋系統(tǒng)-安注系統(tǒng)-含硼水儲(chǔ)存系統(tǒng)（JNK-JMN-JNG-JNK）進(jìn)行循環(huán)沖洗，并使用FAL 樹脂床對JNK10/40BB001 介質(zhì)進(jìn)行凈化。

3.2.5 通過外接動(dòng)力沖洗設(shè)備對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行沖洗

根據(jù)大修降級測量和輻射水平普查結(jié)果，應(yīng)在機(jī)組狀態(tài)達(dá)到允許外接動(dòng)力沖洗設(shè)備時(shí)，立即對主要作業(yè)區(qū)域和人員通道附近的放射性熱點(diǎn)組織進(jìn)行沖洗。此外，當(dāng)需要進(jìn)入高劑量率放射性介質(zhì)儲(chǔ)罐、閥門抽芯后劑量率水平較高的閥腔進(jìn)行作業(yè)時(shí)，應(yīng)在作業(yè)前使用外接動(dòng)力沖洗設(shè)備進(jìn)行沖洗。

VVER 機(jī)組成功實(shí)施了對JNK 水箱檢修作業(yè)前的沖洗，實(shí)施后整項(xiàng)作業(yè)集體劑量降低90%以上。王志兵等[7]對JNK 水箱檢修集體劑量控制措施進(jìn)行了研究。VVER 機(jī)組典型系統(tǒng)設(shè)備通過外接動(dòng)力設(shè)備沖洗效果如表5 所示。通過外接動(dòng)力沖洗設(shè)備是在系統(tǒng)隔離檢修后進(jìn)行作業(yè)時(shí)的源項(xiàng)控制的主要手段。

表5 VVER 機(jī)組典型系統(tǒng)設(shè)備通過外接動(dòng)力設(shè)備沖洗效果Table 5 The flushing effect of the typical system equipment of VVER through the external power equipment

3.3 啟機(jī)階段輻射源項(xiàng)控制措施及效果評價(jià)

由表2 可知，在維修冷停堆和換料冷停堆期間，一回路處于酸性氧化環(huán)境，相應(yīng)的腐蝕活化產(chǎn)物基本上都以離子態(tài)的形式存在，通過系統(tǒng)樹脂床對放射性的去除效果最好。當(dāng)一回路相關(guān)設(shè)備回裝完成后，應(yīng)提前建立上充下泄并以大流量投運(yùn)KBE 系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對一回路冷卻劑的有效凈化。

4 結(jié)論

從實(shí)踐可以看出，VVER 機(jī)組建立的大修輻射源項(xiàng)控制體系可以有效的降低一回路、檢修系統(tǒng)設(shè)備的放射性，并對降低電站人員的受照劑量有重要的意義。本文中提出的源項(xiàng)控制方式也可以供其他反應(yīng)堆機(jī)組參考。當(dāng)然，VVER 機(jī)組實(shí)施的源項(xiàng)控制體系仍存在可以繼續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)的方面，具體有：

（1）VVER 機(jī)組在停機(jī)過程中使用KBE 樹脂床可以有效地降低一回路放射性水平，但過長的凈化時(shí)間會(huì)影響大修工期。后續(xù)將根據(jù)實(shí)際情況制定一回路放射性凈化的限值以進(jìn)一步規(guī)范凈化時(shí)間。

（2）與CPR1000/M310 等其他壓水堆型相比，VVER 機(jī)組在停堆前未實(shí)施氧化運(yùn)行，這將導(dǎo)致一回路沉積的腐蝕活化產(chǎn)物釋放緩慢。大多數(shù)腐蝕活化產(chǎn)物核素呈現(xiàn)不溶形態(tài)，盡管KBE 樹脂床在投運(yùn)期間的去除效率高但其總?cè)コ坑邢蕖砜梢钥紤]進(jìn)行VVER 機(jī)組氧化運(yùn)行的可行性研究。

（3）隨著輻射源項(xiàng)控制技術(shù)研究的發(fā)展，VVER 機(jī)組可考慮通過注鋅、燃料超聲波去污等新技術(shù)進(jìn)一步完善輻射源項(xiàng)控制方法和體系。