福清核电厂辐射工作场所设计辐射分区调整优化建议

杨威

中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2019）11-156-02

摘 要 在核电厂辐射分区设计中，辐射分区基于比较保守的设计源项确定，而在电厂实际功率运行过程中，一回路冷却剂裂变产物放射性活度远低于其设计值，部分工作场所的辐射水平远低于其辐射分区边界值，为实现电厂工作人员职业照射最优化控制，福清核电厂对部分需要经常进出开展工作的场所的设计辐射分区进行了优化调整。本文主要介绍了福清核电厂实际运行过程中设计辐射分区存在的问题、调整优化的分析依据、分析方法、计算分析等方面论证辐射分区调整的可行性。

关键词 核电厂 辐射分区 优化分析

一、背景

福清核电厂M310堆型机组运行工况下的厂房辐射分区设计基准源项为反应堆内燃料元件包壳破损率保持在0.25%条件下，一回路冷却剂裂变产物放射性比活度归一到37GBq/t I-131当量比活度的源项。在核电厂实际功率运行过程中，一回路冷却剂裂变产物放射性活度远低于设计值，控制区内有工作需求的红、橙区房间的实际剂量率水平也远低于设计辐射分区剂量率下边界值。按运行工况下的厂房设计辐射分区标准进行核岛厂房辐射分区过于保守，对正常安全生产活动造成较大影响。

二、设计辐射分区存在的问题

在福清核电厂正常功率运行过程中，核岛厂房部分辐射分区为红橙区的房间，根据电厂实际需求，需经常进行运行定期巡检和操作、辐射防护巡检和测量、系统设备定期试验与维修等工作。根据核电厂管理要求，进入及在橙区、红区开展日常生产活动需要通过严格的许可审批手续，且需要辐射防护人员陪同，对于剂量率水平实际较低的房间，反而会造成核电厂集体剂量的增加，同时也提高了管理、运维等成本。主要问题如下：

1、工作人员经常进出剂量率水平远远低于红、橙区标准的房间，势必使工作人员对红、橙区房间辐射风险意识降低，进而疏忽高辐射风险的存在；

2、根据公司管理程序要求，红、橙区房间上锁管理，过多的不必要的上锁房间，可能影响机组出现异常情况下的人员迅速响应（运行紧急操作、火警响应等）；

3、工作人员进入红、橙区作业前，辐射防护人员必须首先进入作业区域，对区域的剂量分布和热点进行测量，并进行全过程的监控，增加了受照人员数量和停留时间，造成集体剂量的增加；

4、根据辐射防护定期测量数据，部分红、橙区房间辐射水平远远低于场所分区的下限值，基本处于绿区和黄区水平，过多的红区和橙区房间的设置，造成电厂管理人员对实际高辐射风险区域关注度的分散。

对于我国典型二代加核电机组，设计辐射分区的基准源项均采用37GBq/t I-131当量比活度的源项，而在核电厂实际功率运行过程中，主回路源项远远低于此值。为满足现场实际工作需要，基于较为现实的辐射源项和辐射防护管理优化，在满足人员辐射安全的基础上，需对人员经常出入的部分红、橙区房间的辐射分区进行调整。因此需要采取合理可行的论证分析方法进行分析，以确保辐射分区调整的可执行性。

三、辐射分区调整优化的论证分析

針对福清核电厂M310堆型机组设计辐射分区存在的问题，不便于现场工作的开展，需对相关区域的设计辐射分区进行调整可行性分析。

（一）辐射分区拟调整范围

福清核电厂辐射分区调整优化的对象主要是针对工作人员经常出入的红、橙区房间，根据福清核电厂和同类型机组电厂的运行经验反馈及现场实际辐射水平状况，梳理出福清核电厂每单元两台机组共80个设计辐射分区为红橙区的房间，这些房间实测剂量率水平远低于相应分区剂量率下边界值，甚至处于绿区或黄区水平。

（二）辐射分区调整优化的分析依据

福清核电厂M310堆型机组核岛厂房设计辐射分区所采用的设计源项是机组运行技术规格书规定的运行限值37GBq/t I-131当量，当主回路I-131当量比活度达到37GBq/t时，需要在6小时内开始向蒸汽发生器冷却停堆模式（NS/SG）后撤，考虑到机组进入NS/SG模式后，主回路中的裂变产物不会增加，因此将反应堆冷却剂中的比活度归一化到37GBq/t I-131当量比活度做为机组正常运行工况下的设计基准源项。

我国已运行M310机组的核电厂的经验反馈及福清核电厂的监测数据，机组功率运行期间，主回路运行裂变产物实测值远小于设计值，基于主回路源项设计值确定的辐射分区对应的场所剂量率也远大于实际运行期间的剂量率水平，并在功率运行工况下，没有达到4.44GBq/t I-131当量的运行状态。根据法国核电厂的运行经验，4.44GBq/t I-131当量裂变产物比活度为主冷却剂中裂变产物源项运行经验反馈数据的最大值，可包络电厂正常运行状态下一回路冷却剂裂变产物源项实测值。另外，根据化学和放射化学技术规范要求，当I-131当量瞬时比活度超过4.44GBq/t时，必须根据相关技术规范要求采取监督与控制措施，可确保机组运行安全与辐射安全。

综上，以4.44GBq/t I-131当量作为辐射分区优化调整的现实辐射源项，一方面可对电厂运行状态下的辐射源项很好包络，另一方面，相比37GBq/t I-131当量下的源项假设来说，更加现实。将放化规范I区的上限值4.44GBq/t的I-131当量作为正常运行情况下辐射分区的现实源项基准，对辐射分区的调整是可接受的。

（三）辐射分区调整优化的分析方法

按照辐射分区调整优化的现实源项，对调整辐射分区的所有房间逐一开展精细计算分析，以论证辐射分区调整的可行性。首先确定房间内的放射性设备，根据放射性设备所属系统、该系统在功率运行期间的运行情况确定设备源项，进而进行计算分析。同时，计算时根据相关设备实际运行情况、现场实际布置情况及实际辐射水平状况等进行合理优化。

为了保证理论分析结果的可靠性，对37GBq/t I-131当量和4.44GBq/t I-131当量下的一回路冷却剂源项重新进行计算分析：

1、若37GBq/t I-131当量和4.44GBq/t I-131当量一回路冷却剂源项下，房间的剂量率水平均低于拟调整辐射分区上限值，则该房间可进行辐射分区调整。

2、若37GBq/t I-131当量一回路冷却剂源项下，房间的剂量率水平高于拟调整辐射分区上限值，而4.44GBq/t I-131当量一回路冷却剂源项下，房间的剂量率水平低于拟调整辐射分区上限值，则结合现场辐射监测数据综合分析辐射分区调整的可行性，并充分考虑现场辐射风险控制措施，以确保工作人员的辐射安全。同时考虑源项计算的不确定性及瞬态的影响，各房间剂量率计算时考虑2倍安全系数。

3、若37GBq/t I-131当量和4.44GBq/t I-131当量一回路冷却剂源项下，房间的剂量率水平均高于拟调整辐射分区上限值，则该房间不可进行辐射分区调整。

（四）计算结果及分析

对于调整的辐射分区房间进行可行性分析，主要包括该房间内的放射性设备布局及设备源项、计算结果、实测辐射水平等方面进行调整分析。本文以上充泵房间辐射分区调整进行可行性分析介绍。

化学和容积控制系统上充泵间，辐射分区设计为橙区。房间内的主要放射性设备是化学和容积控制系统上充泵及相关管道，其主要功能为将一回路冷却剂输送回反应堆主回路系统。根据NB20194-2012《压水堆核电厂辐射屏蔽设计准则》，主要考虑上充泵房间RCV相关管道的剂量率贡献，表面剂量率计算结果见下表第三列所示，位于橙区剂量率水平范围内。根据上述计算结果可知，采用37GBq/tI-131当量主冷却剂裂变产物设计基准源项，剂量率超过了黄区上限值。实际上，上充泵及相关管道中的冷却剂经过了化学和容积控制系统的过滤器、除盐器的过滤除盐除气作用，其中的裂变产物和活化腐蚀产物的大部分已被去除。在进行辐射分区优化时，采用4.44GBq/t I-131当量下的一回路冷却剂源项及过滤除盐除气作用后，表面剂量率计算结果见下表第四列所示，位于黄区剂量率水平范围内，因此根据理论计算结果，该房间满足黄区的剂量率控制要求。

除了理論计算之外，对上充泵间的历史定期测量数据进行了统计分析（测量点位与理论计算点位相同），上述三个房间在功率运行状态的场所剂量率实测值最大为21μSv/h，为黄区水平，因此满足辐射分区调整的要求。

综合理论分析结果及场所剂量率实测值统计结果，上述三个房间的剂量率水平均低于黄区剂量率上限值，接近于下限值，因此可将功率运行状态下的辐射分区调整为黄区。

（五）辐射分区调整实施情况及效果

按照以上可行性分析，基于辐射防护最优化原则，综合4.44GBq/t I-131当量工况下剂量率、机组运行以来的日常监测数据、参考同行核电厂的辐射监测数据以及工作人员现场工作情况等因素，福清核电厂通过对逐个房间进行调整可行性分析，共论证了80个红区和橙区房间分区调整的可行性，将12个红区房间和67个橙区房间调整为黄区，1个红区房间调整为橙区。

福清核电厂M310堆型机组辐射工作场所设计辐射分区的优化调整，更加便于现场管理和操作，切实解决了各专业巡检、操作、测量及设备检修等进入这些房间层层复杂审批手续，节约了工作准备和实施的时间，降低了不必要的管理成本，更加有利于日常生产活动的开展；同时增强了工作人员对高辐射风险的认识，消除了潜在的人因失误和意外照射风险，更加有利于辐射防护工作的管理；同时更加有利于机组异常工况下的快速响应，消除了潜在的核安全隐患。

四、结语

核电厂正常运行状态下辐射分区的设计与优化，应根据已运行核电机组长期运行经验，在遵守相关法规标准的基础上，采用4.44GBq/t I-131当量下的一回路裂变产物源项作为现实执行的辐射分区源项，并考虑实际的系统设备源项参数，结合场所剂量率实测值进行综合分析，给出较为现实的辐射分区，作为核电厂正常运行状态下的辐射分区管理具有较好的可执行性，可有效降低核电厂集体剂量和管理等成本，更加有利于机组异常工况下的快速响应和工作人员的辐射安全受控。