浅谈核电站用锎-252中子源

2017-09-03温国义

科技与创新 2017年16期

关键词：中子示意图放射性

温国义

（国核示范电站有限责任公司，山东威海264300）

浅谈核电站用锎-252中子源

温国义

（国核示范电站有限责任公司，山东威海264300）

压水堆核电站用锎源作为堆内设置用来首次启动，以维持和发展裂变链式反应。为了满足锎源启堆要求，使核裂变放出的中子数以补偿或超过甚至大大超过泄漏和非裂变俘获损失的中子，并尽可能降低采购成本，在采购前应针对锎源入堆时间，并按以往核电工期延误特点，推算出锎源质量及锎源强度，确定采购时间节点，按要求办理采购运输手续，提前进行安装准备及安装实施。

锎-252；裂变；锔-248；核电站

1 锎-252特性

锎（Californium）是一种放射性金属元素，符号为Cf，原子序为98.锎属于银白色的锕系金属，熔点为900±30℃，估计的沸点为1 745℃。处于纯金属态时，锎是具延展性，可以用刀片轻易切开，在真空状态下的锎金属到了300℃以上时便会气化。

锎-252有96.9%的概率进行α衰变（损失2颗质子和2颗中子），并形成锔-248，剩余的有3.1%概率进行自发裂变。1 μg的锎-252每秒释放2.3×106颗中子，平均每次自发裂变释放3.7颗中子。一旦锎进入人体内，会造成很大的损害，锎所释放的电离辐射在骨骼和肝脏中可致癌，其累积在骨骼组织里的锎会释放辐射，破坏身体制造红血球的能力。

2 锎源的采购原则

2.1 采购锎源的要求

图1 锎中子源运输

锎-252作为核电站启动的一种工具，在反应堆启动中扮演了极其关键的角色。在核电站启动前采用锎-252作为核电站启动源，主要是因为和其他各种同位素中子源相比，锎-252具有体积小、强度大、中子连续裂变等优点。但由于锎-252是个强中子射源，具有极强的放射性，非常危险，绿豆大的锎就能制造一颗微型原子弹。因此，在采购运输时，不但需到当地省级环境保护部门进行备案、放射性同位素进口审批，还需要有转让协议、放射源运输检测方案、辐射安全许可证、运输资质、运输方案及应急预案等，其运输容器外表面需进行辐射水平及污染检测证明，要求此放射性物质货包分级符合《放射性物质安全运输规程》（GB 11806—2004）II级运输等级要求，运输车辆辐射水平符合《放射性物质安全运输规程》（GB 11806—2004）要求。其采购运输示意图如图1所示。

锎源采用专用运输容器进行运输，其容器外径约为Φ1 305 mm，容器高度约为4 400 mm。锎-252运输严格，不仅因为其放射性强，而且它是比黄金还贵重的金属，号称“王中之王”，1 g锎售价高达1.0×107美元。因此，在采购锎源时，需精确计算采购的锎源的质量，并留有一定的余量。

2.2 锎-252中子源采购计算

在核电站中，一次源采用的是锎（252Cf）源作为启堆源，252Cf的主要特性如表1所示。

表1 锎（252Cf）源主要特性表

压水堆核电站每个机组有2组一次中子源组件，每组一次中子源组件有1个锎（252Cf）源，一般要求单根中子源棒——锎（252Cf）源的源强入堆时不小于4×108n/s。为了满足此要求，即使采购后立即入堆的锎（252Cf）源其质量也应不小于173.16 μg，但由于核电首堆建设周期一般延长约1年时间，根据锎（252Cf）半衰期计算，因此，采购的锎（252Cf）源质量一般在250 μg左右，具体计算公式如下：

式（1）中：t为贮存时间；T为半衰期，按2.64计；No为入堆前源强不小于4×108n/s的锎（252Cf）质量；N为采购的锎（252Cf）质量。如果采购的锎（252Cf）需存放1年后才入堆，则需要采购的锎源质量为173.16/0.769 08=225.151 4 μg。

根据上述测算，某集团采购的锎（252Cf）源质量如表2所示。

表2 某集团采购的锎（252Cf）源质量表

3 锎源的安装

3.1 安装实施

图2 一次中子源插入燃料组件示意图

图3 一次中子源组件组装示意图

锎-252采购、运输到指定的地点后，安装组成一次中子源组件，以用于核电站堆芯首次启动，提高中子通量水平。一次中子源棒的组装操作由燃料供应方在燃料制造厂完成，一次中子源棒与一次中子源组件的组装及焊接在核电站现场完成。在堆芯装料前，通过对未装配的一次中子源棒和一次中子源组件的其他部分在现场进行组装、焊接成一次中子源组件，并与对应的燃料组件配插，以达到堆芯装料要求。一次中子源棒插入燃料组件示意图如图2所示，一次中子源组件组装示意图如图3所示。

3.2 安装注意事项

一次中子源棒从运输容器中提出插入乏燃料水池时，要计算出安全操作距离及时间，进行一次中子源棒吊装、焊接操作时，禁止无关人员进入工作场地，并且严格控制工作人员人数；吊装燃料组件时，严格按着组件吊运操作技术要求实施并注意吊装与指挥人员共同协作，防止造成燃料组件磕碰；在安装拧紧螺母及焊接操作时，要注意防范，防止螺母、扳手及其他工装等掉落划伤组件。