坑式废物库高水平放射性固体废物回取整备

2011-07-30张存平李美山纪永红初丽丽刘春秀叶国安

原子能科学技术 2011年10期

张存平，李美山，纪永红，初丽丽，刘春秀，叶国安

（中国原子能科学研究院放射性三废设施治理工程部，北京 102413）

某核技术利用废库（城市废物库）始建于20世纪60年代，该库总容积为420m3，混凝土结构。主要收贮高等院校、科研院所、医疗系统和军队系统等核技术应用单位产生的放射性固体废物。20世纪70年代，因管理不规范，废物库收贮了1批中放废液浓缩液的固化体废物，总放射性活度约上百居里，散投在02固体废物库内的17号库坑中。该库早已超期服役，年久失修老化，设施功能丧失，给周围环境带来极大的安全隐患。因此，需要尽快把这类废物安全、妥善地进行处理处置。

高放固体废物的回取与整备具有较大的安全风险，国内属首次开展。该回取工作存在着时间进度紧、回取任务重、环境条件差以及历史资料缺乏等诸多限制条件。中国原子能科学研究院放射性三废设施治理工程部根据该项回取和整备任务特点，拟采用“机器人－气帐”系统回取高放废物的工艺路线，以对高放固体废物实施回取和包装装备。

1 废物库及废物源项［1］

1.1 废物库

02固体库为混凝土结构，长23.6m，宽8.7m，废物库内净高为5m，总容积为420m3。库坑为地下结构，库深4m，库坑盖板为钢筋混凝土，其厚度为200～220mm。库内设有排风净化系统、废物调运系统（2t吊车）和辐射监测仪表。

图1所示为固体废物库平面示意图。

图1 02固体废物库平面示意图Fig.1 Top view of No.02solid waste storage facilities

1.2 废物源项

根据源项报告，贮存在17号库坑底部的中放废液浓缩液的固化体废物用不锈钢容器包装，外形尺寸示于图2，容器壁厚为3mm。包装体数量为6个，总放射性活度约上百居里。除此之外，还有其它废物混装在一起，诸如水泥块、线手套、砂土、塑料袋焚烧物、污染土、医用品等。这些废物分别装在塑料袋和水泥固化桶中。

图2 不锈钢容器外形图Fig.2 Outline map of stainless steel container

库坑中的剂量当量率上层为1.44mGy／h，中层为2.16mGy／h，下层为4.68mGy／h。

2 回取技术方案和设备

2.1 回取技术难点分析

本次回取工作的主要技术难点有以下几个方面：

1）废物外照水平高，不能近距离回取操作；

2）坑中回取高放废物，无经验借鉴；

大医二院始建于1958年，今年正值60华诞。数十年发展过后，医院如今已成为辽南（辽宁省南部）地区的区域医疗中心，年门急诊量近200万人次。应和政策和管理需求，医院信息化建设一再提速，许多思路的设计颇具前瞻性。

3）废物体和屏蔽容器间隙较小，要求定位准确；

4）液压工具力量不易控制，易造成容器夹破或变形而导致二次污染。

2.2 回取工艺流程［2］

回取工艺流程的设计和制定需充分考虑废物放射性水平高的特点，以及工作人员需进行远距离回取操作的特殊性。为了安全、可靠、有效回取，在回取工作实施前，进行了模拟试验及人员培训。通过模拟试验发现问题、优化回取工艺，并培训机器人操作人员的熟练回取动作，缩短操作时间，减少受照剂量。

具体的回取工艺流程如图3所示。

图3 回取工艺流程图Fig.3 Retrieval process flow chart

2.3 主要设备仪表

机器人，BROKK330型；密封工作间，8m×6m×5m；转运电动小车装置，电机功率1.5kW，可正反转；通风净化设备，GJ5201－R／L－12；气溶胶连续监测仪，iCAM 智能化α／β连续空气监测仪；γ辐射剂量监测仪，6150长杆式剂量率仪。

3 模拟试验

为培训操作人员和优化回取工艺，进行了废物罐回取模拟试验。试验内容主要包括机器人操作训练、废物回取操作、废物转入屏蔽容器操作、屏蔽容器加盖操作、远距离操作试验、联动试验。

4 实施回取

实施回取废物前，采取机器穿罩衣、抓具涂易剥离膜等措施，以防机器人被污染；库坑盖板经扩空后再进行废物回取。

4.1 低放废物的回取

利用BROKK机器人将盖板孔扩展后，气溶胶检测仪显示α、β浓度持续升高，在约1h后，测得最大值约为：α，10Bq／m3；β，860Bq／m3。经约36h排风后，降为：α，2Bq／m3；β，60Bq／m3。

首先利用液压抓斗回取库坑上面的低放废物，将回取废物放入转运箱中，并利用传送装置，将转运箱送至整备间。穿戴防护气衣的工作人员将废物转至200L钢桶中加盖密封，然后用小车运出整备间，检测桶外表面剂量，并记录存档。最后，将废物桶送入暂时贮存库。

4.2 高放固体废物回取

高放固体废物回取过程包括以下3个方面。

1）不锈钢罐高放废物确定

回取低放废物至坑深3m处时，从监视屏上观测到了疑似不锈钢罐高放废物，同时，气溶胶检测仪显示α、β浓度持续升高，初步判定此物可能是所要回取的不锈钢罐。为进一步确定此罐，剂量人员穿铅衣和气衣，进入气帐，用长杆式γ辐射剂量率仪测量疑似不锈钢罐表面剂量。测量结果明显高于其他废物。调整摄像头焦距，在监视器上仔细观察此罐，其形状和大小与所要抓取的不锈钢罐基本一致，由此确认此罐即是高放不锈钢废物罐。

2）不锈钢罐高放废物抓取、装桶、封盖

将屏蔽容器放置在转运小车上，屏蔽容器盖放置在屏蔽容器旁，将屏蔽容器停放在气帐内合适位置。用机器人携带的抓斗轻轻抓住罐体，为防止用力过猛导致罐变形或用力过轻导致罐掉落，在操纵键盘上轻点按钮，使抓斗闭合抓牢并锁紧，按照事前模拟好的运动路线，将废物罐迅速从坑中移至屏蔽容器上方。操纵工具旋转按钮，调整废物罐的摆放位置，使罐底正对屏蔽容器口。开启机器臂，缓慢下移，直至罐的1／2进入屏蔽容器内时，松开抓斗，使废物罐落入屏蔽容器内。用机器人抓斗抓住屏蔽盖，并盖在屏蔽容器口，旋转屏蔽盖，直至键槽相吻合，使盖与屏蔽容器完全密合。将屏蔽容器运至处理间，人工拧紧螺栓，将屏蔽容器暂存于处理间。

在库坑3m处共发现2个罐。将2个罐回取后，库坑剂量值明显下降。用机器人在坑中翻找，未发现其它废物罐。经分析认为，6个罐可能是在不同时间或以不同方式放入库坑的，因此，它们并不在同一位置。继续回取其它低放废物，当回取到库坑3.5m深时，库中只剩下一层松散的土块，且未发现库坑进水的迹象。用长杆式γ辐射剂量率仪测量土层表面，显示局部区域剂量率偏高，用机器人带动抓斗进行仔细翻找，相继找到了4个不锈钢罐，并与记录源项相符。为此，用同样方式对这些罐进行抓取、装入屏蔽容器，屏蔽容器封盖、转运和暂存。

3）不锈钢罐高放废物表面剂量测量

在将不锈钢罐装屏蔽容器前，剂量人员穿铅衣和气衣，进入气帐，用长杆式γ辐射剂量率仪测量6个不锈钢罐表面剂量，测量结果为100～1 000mSv／h。