核电厂典型放射性热点的管理控制与优化

陈琛祥，曾进忠，倪 伟，黄 刚，何俊男

(中核核电运行管理有限公司保健物理二处，浙江 海盐 314300)

随着社会的发展，环保意识的增强，加上日本福岛事故以及国内“5.7南京放射源丢失事件”的舆论影响，人们对核能发展持越来越谨慎态度。只有消除公共领域对核能发展的担忧与恐惧，才能为核能可持续发展创造一个良好的舆论环境，这就要求各核能利用单位和部门不断提高辐射防护业绩，以人为本，切实减少放射性对人类和环境的不利影响。因此如何降低现场辐射水平，减少人员的受照剂量，贯彻清洁电厂的理念，是核电企业一个长期研究的课题，而放射性热点的有效管控将是最为切实可行的重要手段。

沉积在回路表面的活化腐蚀产物对工作人员的集体剂量有主要贡献，一般80%～90%的核电厂人员集体剂量均来自于沉积活化腐蚀产物的贡献。腐蚀产物产生于核电厂结构材料的内表面，因为堆芯内的主要结构材料为锆合金，其产生的腐蚀产物相对较少，而堆芯外表面为腐蚀产物的主要贡献者。在堆芯外回路结构材料表面产生的腐蚀产物可以释放到冷却剂、并且转移到反应堆堆芯中，有一定的份额沉积、被活化，并且可能通过持续的交换过程重新释放到冷却剂中[1]。

在电厂长期运行过程中，冷却剂中的活化腐蚀产物不断沉积在主系统及其辅助系统的设备、阀门、管道内壁，随着核电机组堆龄的增加，形成放射性热点，且数量逐渐增多。这些放射性热点辐射水平较高、不易消除，是核电厂辐射控制区部分区域或房间辐射水平升高的主要原因，也是运维人员受照剂量的主要来源。

1 国内核电厂放射性热点管理现状及问题

目前，国内大部分核电厂对放射性热点管控体系建设的系统化研究和实践尚处于摸索阶段，在管控和处置中普遍存在以下问题：

(1)电厂未建立热点分析和处置的标准化管控制度，未建立完备的放射性热点清单目录，缺乏对热点的统一、规范、专业化管理；

(2)电厂对热点管控措施的研究不够深入和丰富，长期停留在屏蔽、隔离等消弱源项影响范围的手段上；

(3)电厂未建立热点源项分析、处置机制，未从根本上消除或减少热点源项的形成条件，从而达到治标治本、防治结合的目的；

(4)行业内尚未建立专业化、规模化的热点源项分析和处理团队，仅依托各电厂自身技术能力，技术力量薄弱，专业化不强；

(5)国内尚未建立同类型电厂热点的分析、处置的标准模式，各电厂对外交流的良好实践经验，其推广价值往往因其“特色”得不到同行认同，其他电厂难以吸收和借鉴，造成行业资源浪费。

2 典型放射性热点的管控与优化体系

秦二厂辐射防护通过多年现场实践与经验积累，逐步建立了核电厂典型放射性热点的管控与优化体系，并在摸索和创新研究中不断发展完善，取得了良好的成效，具体方法如图1所示。

图1 典型放射性热点管控与优化体系Fig.1 Typical radioactive hot-spot control and optimization system

2.1 建立完备的典型放射性热点系列清单和分类管理方法

对核电厂的放射性热点进行全面的梳理、排查，建立典型放射性热点系列清单，并定期对清单中的热点进行有效更新，实时掌握电厂热点的特征信息。

2.1.1典型放射性热点系列清单建立的数据基础

典型放射性热点系列清单的建立主要基于机组常规监测数据，并以操作监测、特殊监测的数据作为补充：

(1)常规监测：机组大修、小修、日常功率运行期间的辐射水平定期测量数据；

(2)操作监测：机组大修、小修、日常功率运行期间辐射工作介入的辐射水平测量数据；

(3)特殊监测：特定工况、运行模式变化、放射性系统投运、运行切换操作等情况下，部分放射性系统的辐射水平测量数据。

2.1.2典型放射性热点系列清单中热点的确定方式

典型放射性热点系列清单中热点确定,主要基于机组1个及以上燃料循环周期内的2.1.1节范围的辐射水平数据，通过一定限制条件来筛选热点，并在后续的各类监测活动中进行有条件的增补或删减。热点的选取条件为：接触剂量率水平高于环境剂量率3 倍，且接触剂量率达到0.5 mSv/h的点或局部[2]。以秦二厂为例，某点或局部接触剂量率水平高于环境剂量率3倍，且接触剂量率达到0.5 mSv/h，即判定为热点。值得注意的是，热点的判断条件与所在房间的辐射分区无直接关系。

通过上述条件筛选，初步建立放射性热点清单。清单中包括热点的特征信息，包括但不限于：所属系统及标识、辐射水平、所在区域。

图2 核电厂典型放射性热点清单的建立和更新方法Fig.2 Establishment and update method of typical radioactive hot-spot list in nuclear power plants

2.1.3典型放射性热点系列清单分类管理方法

电厂放射性热点受机组状态、运行方式和运行水平、一回路水质等因素影响，各放射性热点的特征可能是一个动态变化过程，如放射性水平、热点位置等，建立放射性热点清单分类管理制度，采取定期或不定期的监测方式，可以对热点实施动态跟踪和持续改进。一般分类原则是：

(1)长期固定热点：采取最优化的管控措施，制定长期监测计划，条件成熟的，应考虑措施以去除热点源项；

(2)偶发性或可去除的热点：通过2个以上燃料循环周期的监测，确认热点的偶发性或去除后不再重复发生，综合评估后可从清单中剔除，但须保存相关处理经验；

(3)条件触发类热点：应在清单中注明其触发的条件、历史辐射水平，到达触发条件前及时制定监测计划和防护方案，进行有效管控。

2.2 建立放射性热点的专项分析与处理制度

放射性热点的特征是动态变化的,建立一套完整的放射性热点的分析与处理制度，有利于对放射性热点实施有效管控。

2.2.1建立放射性热点分析制度

定期收集和更新放射性热点清单中热点的特征信息并进行分析，形成一套完善的分析制度，制度中要明确分析的要素、方法、成因。热点的特征主要包括但不限于：所属系统及标识、辐射水平、源项典型核素、所在区域、成因情况、剂量贡献、危害影响、出现规律等，涉及系统运行、设备、材质、水质的热点，成因复杂，可以组织专项分析。

通过上述信息的收集和分析，掌握热点动态，确定热点合适的处理时机、最优化的处理和防护方法，便于后续热点的长期跟踪和处理。

2.2.2建立放射性热点处理制度

辐射防护部门对热点的管控设定期望值，如：从源项考虑尽可能减少固定热点的数量和降低辐射水平，对于无法去除或降低的热点也应采取合适的管控措施，如屏蔽、隔离、警示等，确保各热点均处于辐射防护监管之下。热点的处置要以分析为前提，采取最优化的处置方法，最终以文件的形式进行固定，如处理方案、指南、操作单等。

因热点成因的复杂性，使其在管控上很难一概而论、存在反复发生、处理效果不佳等可能性，需要在实践中逐步摸索其处理的最佳方案。实践中热点处理经验的积累，要周期性、系统化考虑并进行归纳，如按成因、系统、处理方法等，一般周期可为一个堆年。

2.3 开展典型放射性热点管控与优化措施的研究和实践

开展放射性热点管控与优化措施的研究和实践，有利于热点管控与优化。对热点对人和环境的辐射安全影响的评估作为其研究和实践的主要参考依据，同时也要确保得到了充分的利益代价和最优化分析。

一般来说，人员经常活动的区域应优先考虑消除和降低放射性热点辐射水平的方案，而人员活动较少的区域则可适当考虑采取警示隔离的方案，但从长期来看，要将消除热点源项作为最终处置目标，以期满足清洁电厂的要求。秦二厂通过多年现场实践和研究，归纳了以下几种管控与优化措施。

2.3.1通过系统冲排的方式降低放射性热点水平

对于某些系统管道，设备热点较多、辐射水平较高、影响区间较大的，可与运行、维修部门协作，采取以下两种冲排方式降低放射性热点水平。

(1)利用系统自身的循环净化功能：采用对系统管道进行冲排的方式，持续局部循环，将热粒子向下游冲洗，再利用下游的过滤器或除盐床净化[3]。

(2)利用可移动式冲排设备：对存在热点的设备隔离、排空，两端开口，利用压缩气体或除盐水等正、反向多次吹扫或冲洗，并通过过滤器吸附、拦截冲出的热粒子。

冲排过程中须监测热点的变化情况，评估冲排的效果，冲排结束后，对热点所处的下游管道或相关系统管道进行辐射水平调查，确认是否会出现新的热点。

大修期间，因为各工艺系统疏排水操作导致核岛疏水排气系统(RPE)管线整体辐射水平大幅升高(尤其是通往工艺疏水箱(RPE003BA)的工艺疏水总管)，通过对该段管道进行冲洗，管线接触剂量率能从几十mSv/h降低到1 mSv/h以下，辐射水平整体下降明显。对于冲洗后辐射水平仍然达到热点判断条件的，可作为放射性热点进行管控。

2.3.2通过实施技术改造降低放射性热点水平

出于运行规范要求或原设计缺陷，电厂留存了部分死管道、U型存水弯管，在设计上未考虑疏排水措施，造成管道更容易成为放射性热点的积聚区。对于此类情况，可考虑采用技术改造的方式：

(1)对于死管道，可在管道尾部或低点增加疏排水手段、排水疏水阀门等；

(2)对于U型存水弯管，可在管道最低点增加疏排水手段、排水疏水阀门等。

实例：大修期间，一回路水位计处热点剂量率通常在100～300 mSv/h，分析主要原因是水位计底部为盲板，无疏水设施，通过实施技术改造，调整了一回路水位计管线布置，热点剂量率降低到0.5～3 mSv/h。

2.3.3通过调整检修窗口时间，避开放射性热点的影响

大修和日常功率运行期间，部分热点的出现与机组的运行工况、一回路水位等息息相关，一般通过调整检修窗口时间，避开热点的高峰期来进行作业，主要方式有：

(1)阀体、管道、容器内部液体排空，辐射水平显著升高。

热停堆和低低水位期间主泵间的阀门和管道，前后辐射水平相差达到一个量级，满足热点判断条件的，可作为热点管控。特定的机组，热点出现的位置均有其规律，通常根据历史经验在满水阶段开展屏蔽工作。

(2)某些系统管道、阀门在特定作业后，辐射水平会显著升高。

压水堆电厂装/卸料结束之后，开展水池去污工作期间，重力疏排水管道、阀门辐射水平会显著升高，如反应堆换料水池和乏燃料水池冷却和处理系统的601、602号阀门(PTR601/602VB)及管线，辐射水平前后相差1～3个量级，从疏排水前的0.5～2 mSv，提高到了50～600 mSv。通常根据历史经验在疏排水前开展屏蔽工作。

(3)部分设施、设备的辐射水平较高，可考虑利用放射性自身衰变的规律，避开其热点峰值。

装/卸料操作导致燃料转运仓的辐射水平较高，通常对转运仓进行去污以降低其辐射水平，考虑该作业不影响大修进度，安排在大修结束1～2个月后开展，热点及环境辐射水平显著降低。

2.3.4通过屏蔽措施减小放射性热点的影响范围

屏蔽因其实施相对简单灵活、材料价格适中、屏蔽效果明显，成为核电厂对放射性热点处置最常用的方式。随着技术的进步，在屏蔽上不仅仅在是简单的搭设铅皮，而是已经朝着模型化、模块化方向发展，实现屏蔽体的快速拆装，从而降低屏蔽实施人员的受照剂量。

屏蔽体有以下三种：

(1)通用型屏蔽体:铅皮、铅带、铅块，主要搭设在管道、脚手架、地面，搭设简单，实施容易；

(2)模型式可组装型屏蔽体:针对辐射水平高设备定制的，如阀状屏蔽体、管状屏蔽体、容器型屏蔽体，容易组装，屏蔽效果好，自带支撑结构，减少设备承重要求；

(3)移动式可组装型屏蔽体：可远离热点安装和拆除，利用自带的移动装置到达设定位置，极大地降低了屏蔽实施人员的受照剂量。

2.3.5通过警示带和实体屏障来对放射性热点实施隔离

对于人员活动极少的区间和场所，若存在放射性热点，通常采用放置警示信息、拉设警示带或实体屏障相结合的方式来进行管理，一般来说：

(1)放射性热点对范围内人员可能的潜在危害可控时，采用拉设隔离警示带、放置警示信息的方式，提示人员快速通过、勿长时间逗留，一般不对人员实施进出许可控制；

(2)放射性热点对范围内人员可能的潜在危害较大时，采用搭设实体屏障和屏蔽，放置警示信息的方式，日常进行闭锁管理，对人员实施进出许可控制。

2.4 建立典型放射性热点的长效管控机制

典型放射性热点清单中的热点应实施长期监测计划，对于处置过程中形成的良好实践应进行归纳，逐步将放射性热点管控、优化措施编制成标准化的文件。

2.4.1建立放射性热点管控与优化的三级文件管理制度

根据热点个体特征情况，包括但不限于所属系统及标识、辐射水平高低、区域人员活动频度、剂量贡献大小、辐射危害影响、出现时机和规律、处理和防护难易程度等，编制不同等级的文件形式来进行管控，如热点分析、处置方案、热点处理行动指南、热点处理操作单等。

(1)热点管控专项分析、处置方案

方案应包含：详细的成因分析、风险评估、影响范围、处置时机和方法、历史辐射水平、人员防护、监测计划、经验反馈等。

(2)热点处置行动指南

行动指南应包含：风险分析、处置时机和措施、人员防护、历史辐射水平。

(3)热点处置操作单

操作单应包含：辐射水平、处理时机和方法、人员防护。

2.4.2建立反馈机制,将良好实践及时更新到相关执行文件

对于编制的方案、指南、操作单应在长期管控的实践中进行不断检验，将有意义的处置经验、实践结果持续更新到相关方案、指南、操作单中，形成动态的闭环跟踪机制，保证文件的有效性和可用性。

2.5 建立放射性热点管控与优化的内、外部协作机制

放射性热点的分析、处理是一项庞大的系统工程，作为生产企业，各电厂辐射防护管理部门往往会在一定程度上受限于资金、技术、人才、人力、设备等的制约。因此，仅凭部门之力对放射性热点实施最优化的管控是不现实的，也是不可取的，这就要求电厂需要在内、外部寻求专业化的部门或单位来进行协作。

2.5.1依托本电厂ALARA委员会，建立多专业、多部门联动机制

部分典型放射性热点的成因分析以及处理过程较为复杂，涉及专业部门较多，可以借助电厂ALARA委员会等平台，建立多部门联动机制，各部门群策群力，共同解决放射性热点管理中的疑难问题。从运行方式、设备改型、技术改造、屏蔽应用等多方面综合考虑，拓宽了热点处理思路，实现了热点处理的全员参与。

(1)运行部门：系统的运行方式、水平、管道冲排；

(2)维修部门：实施技术改造、优化维修方案、减少源项、规范维修人员行为；

(3)化学部门：一回路水质控制，过滤器型号及性能选取等；

(4)技术部门：评估管道、阀体、密封件的选材，设备、管道布局。

2.5.2同行对标，求同存异，逐步建立统一的放射性热点管理新模式

秦二厂辐射防护积极致力于建立同行电厂的交流平台，开展行业内部对标和交流，分享热点的处理经验和良好实践。同行交流过程中，既结合自身特点，又可探讨相通、相似之处，求同存异，逐步达成共识，先小范围后大范围，以期在同类型电厂中推广或建立对热点的统一、规范化管理，促使同类电厂的 “良好实践”价值能在后续交流过程中得到充分的体现，便于其他电厂吸收和借鉴经验。

2.5.3联合外部科研院所，开展科研项目，培养专业化团队

各独立电厂资源有限，受限于技术储备、人才技能、高新仪器等方面，往往局限在应用技术领域，难以深入开展理论研究，如材料研究、源项测量分析等。秦二厂与科研单位开展项目合作，探讨可行的方式，如开展一回路沉积源项调查、核电厂典型核素的来源及控制等科研项目，通过参与科研项目，了解行业内的新动态、新方法，培养专业化的队伍。

3 建立典型放射性热点管控体系的现实意义

典型放射性热点的标准化管理模式，可以实现电厂对热点的有效管控，通过针对性的系统化分析及现场实践，能够切实降低现场部分热点及影响区域的辐射水平。对于无法消除或降低的热点，采取最优化的管控与优化措施，极大减少了人员意外照射的风险，确保人员受照剂量合理、可行且尽量低。

放射性典型热点的管控体系具备一定的通用性，在群堆管理模式的要求下，有广泛的应用前景，通过对同堆型机组之间的信息共享、数据比对、经验分享、良好实践推广等，将极大减少电厂热点处置的成本，提高辐射防护运行业绩，带来巨大的实际价值，也为核电厂辐射防护标准化管理，提供了有力支持和技术保障。

该管理模式形成的处理经验，对现有在役机组的运行或维修提出改进方式，避免或减少热点的产生，也将为后续在建机组如何在系统、设备、管道的设计、选材、布局、屏蔽上，减少放射性热点的形成或规划屏蔽体的位置，提供现实的参考数据。

4 结束语

核电厂典型放射性热点的管理控制与优化是基于秦二厂多年的实践经验，通过对热点分布和形成分析，梳理和总结压水堆核电厂的放射性热点的管控和处理而形成的一套管理体系。该体系规范了典型放射性热点的管控和处置模式，不断加强并持续改进现场辐射防护管理的规范化建设，进一步固化了辐射防护工作经验，统一了辐射防护人员管理和执行的标准，为辐射防护最优化提供了有力的保障。也是典型放射性热点管控研究和实践的补充，对核电厂辐射防护朝精细化管理方向发展，起到了积极作用。