浅析三门核电辐射场可视化图像系统的构建与实施

三门核电有限公司 金 曦

核电厂集体剂量目标值是衡量一个电站日常运行、停堆大修期间的重要指标，在WANO 发布的核电机组评价指标中，单一机组每年的集体剂量是一个关键指标，其数值越低机组的评价得分越高。同时，非计划照射事件作为核电厂辐射防护性能指标其中一项指标，指辐射防护屏蔽（屏障）失效导致工作人员受到非计划照射的事件。辐射防护人员应采取有效的管理措施及技术手段避免非计划照射事件的发生。

核电厂正常运行期间，由于不少房间环境剂量率较高，辐射防护人员在进行辐射调查时不可避免地会受到外照射。同时，维修工作人员在辐射控制区内执行具体工作，也会不可避免地受到外照射。这些工作执行过程中产生的外照射集体剂量会给核电厂集体剂量控制带来一定的挑战。从降低核电厂集体剂量及避免非计划照射的角度出发，构建基于核电厂的辐射场分布情况的辐射场分布可视化系统势在必行。

辐射防护人员作为电站辐射安全管控的一线工作人员，应尽量降低集体剂量及避免非计划照射事件的发生，持续改进集体剂量、非计划照射等辐射防护性能指标。构建与实施适合于三门核电的可视化图像系统能够降低电站集体剂量，同时，作为一种技术手段将现场辐射风险直观传递给工作人员，从而避免非计划照射。本文主要对三门核电的可视化图像系统进行分析，从而为电站后续辐射防护工作提供指导。

1 辐射场可视化图像系统的构建

1.1 传统调查方式的缺点和不足

传统调查方式一般是根据核电厂辐射调查管理程序，由辐射防护人员使用便携式剂量率仪表进行手动搜索，并根据管理程序中的固定点位进行测量，该点位一般情况下位于房间中央、入口或房间内主要设备附近。

随着机组堆龄的增加，或一回路相关系统动作（例如化学和容积控制系统补水操作），房间内辐射水平会出现较大变化，一回路系统管道法兰、阀门连接处易出现放射性物质沉积，传统调查点位无法体现出该房间内最大点位，对于内部管道、设备较多的房间，辐射防护人员使用长杆剂量率仪表进行手动搜索热点，耗时较长、识别率低，容易造成调查人员受到一些非必要的照射剂量。

AP1000核电站机组在正常运行期间，辐射防护人员需要进入高辐射区进行辐射调查，维修人员需要进入高辐射区进行设备维修工作，这些情况都可能造成非计划照射。为避免非计划照射事件发生，降低工作人员非必要的照射剂量，考虑开发针对高辐射区的新型辐射调查方式。

1.2 确定新型辐射调查方式组织机构

为开发适合AP1000核电机组的新型辐射调查方式，以达到降低机组集体剂量的目的，三门核电有限公司从确定开发新型辐射调查方式组织机构开始，筹备前期准备工作，先后历经1号机组首次大修、1、2号机组正常运行、2号机组首次大修多个实施阶段，并对辐射场可视化图像拍摄的实施效果进行验证，最终形成系统化应用成果。

三门核电有限公司于2019年底确定了新型调查方式的组织机构，设置了总体负责人、协调人及现场实施负责人、实施人员等岗位，明确岗位职责，确定实施计划。组织机构中所有人员均由具备核电厂辐射防护岗位授权的人员担任，其中总体负责人、协调人等重要岗位担当人员具备10年以上核电厂辐射防护工作经验，为新型调查方式顺利实施打下坚实的基础。

1.3 明确新型仪表选型的技术要求

为弥补传统调查方式的缺点和不足，三门核电有限公司调研国内、外市场上的辐射场可视化图像拍摄设备型号，并结合AP1000核电机组厂房设计布局及一回路系统源项数据，选取适合AP1000核电机组的拍摄设备。

选用的设备在体积和重量指标上做到轻量化，能够布置进AP1000核电机组个别空间狭小的房间，例如管道设备较多的RNS 管道阀门间；其次，对于选用的设备应具备核素识别的功能，在机组停堆大修等工作任务比较紧急且任务量比较大的工况下，能够较为快速精准地获取现场辐射信息，降低辐射防护人员执行调查的个人剂量，实现辐射防护最优化。

1.4 人员培训

组织机构确定后，针对项目所有成员开展实施前培训，培训内容包括：AP1000核电机组厂房设计布局、一回路源项分布、设备使用等内容，并且在培训过程中增加风险管理章节，确保工作人员实施环节的风险可控，从“人、机、料、法、环、测”（5M1E）多维度统筹推进适合AP1000核电机组的新型调查方式开发工作。

1.5 确定核电厂辐射场可视化图像拍摄的房间清单

AP1000核电机组在材料的选择上充分考虑了美国运行核电机组的经验。依据AP1000机组一回路设备使用的材料及组分，结合腐蚀产物的活化方式，我们可以预知，AP1000核电机组一回路系统内将可能含有以下活化腐蚀产物：58Co、51Cr、54Mn、59Fe、60Co、110mAg 和124Sb（由于锆合金具有很强的抗腐蚀性，其活化腐蚀产物95Zr 可忽略不计）[1]。

由此，综合考虑AP1000核电机组一回路源项设计文件，并结合一回路系统设备分布情况，选取了正常余热排出系统（RNS）、化学和容积控制系统（CVS）、核岛液体废物系统（WLS）、核岛固体废物系统（WSS）等系统设备布置的主要房间作为实施辐射场可视化图像拍摄对象。

2 现场实施开展及效果验证

2.1 现场实施阶段风险识别

AP1000核电机组辐射场可视化图像拍摄房间清单中确定的拍摄房间除辅助厂房地坑间外，均属于机组的高辐射区域，其中个别房间为永久设计红区，即机组停堆期间该房间不进行辐射分区降级调查，按照红区进行管理。

根据中华人民共和国能源行业标准《NB/T 20185-2012压水堆核动力厂厂内辐射分区设计准则》管理要求，核电厂对特高辐射区和超高辐射区的边界应设置专门的门禁措施。工作人员进行现场实施时存在人员意外照射风险，需借用高辐射区辐射防护专用钥匙开启房间门锁方能进入。

为消除实施阶段风险、避免意外照射，在进入被拍摄的房间前与核电厂机组主控室确认对应房间的一回路相关系统运行状态（例如进入CVS 补水泵间前确认CVS 系统补水操作是否启动），并在布置伽马相机前使用便携式仪表确认设备布置位置环境剂量率水平，确保实施阶段作业风险可控。同时，在整个实施阶段，对应房间的高辐射区辐射防护专用钥匙由辐射防护人员全程保管，防止其他无关人员误入高辐射区，避免非计划照射事件发生。

2.2 机组停堆大修期间现场实施

三门核电1#机组停堆大修期间，使用辐射场可视化图像成像设备对个别工作场所进行初步拍摄，如图1所示，以获取工作场所的辐射场可视化图像。

图1 机组停堆大修期间现场实施图

同时对机组停堆期间一回路源项进行辐射调查，验证AP1000核电机组设计源项数据以及一回路源项对辐射场的贡献水平。1号机组停堆大修期间，58Co 和60Co 为各系统管道内壁沉积的主要核素，两者对各系统管道表面的接触剂量率贡献之和的平均值约为75.25%，其中58Co 在各系统管道中表面活度较高，最高可达到2.97×105Bq/cm2，剂量率贡献占比均值约为53.95%，60Co 对各系统管道表面剂量率贡献占比均值为21.30%[2]。这也与设计源项及停堆大修期间拍摄效果图中的数据向吻合。

2.3 机组正常运行期间现场实施

在总结1号机组停堆大修实施阶段经验反馈的基础上，正式启动机组正常运行期间实施计划，暂定更新周期为每季度一次，机组正常运行期间实施阶段，，由于系统动作的改变可能会由数十μSv/h 快速上升至数mSv/h，需记录拍摄当日机组的一回路热功率数值及系统工况，方便后续进行统计分析工作，具体拍摄效果图如图2所示。

图2 机组正常运行期间拍摄效果图

由于拍摄设备所使用的伽马探测器为4π 角探测，而对应的光学元件仅能对镜头正前方进行拍照，所以个别成像图片在黑底部分显现了彩色的伽马剂量率成像，这表示房间内辐射水平最大的源项在光学元件镜头之外。伽马剂量率成像图片中红色、橙色、黄色部分不能代表该位置剂量率已达到压水堆核动力厂辐射分区设计特征中的剂量率水平，仅代表拍摄设备所使用的伽马探测器在该区域测得最大剂量率所在位置，辐射水平按照红、橙、黄、绿、蓝的颜色依次递减，即成像图片中红色越明显的区域辐射水平高于其他区域。

2.4 效果验证

在完成现场实施后，辐射防护人员使用便携式剂量率仪表，仪表型号一般为FH40G-L 或Radiagem 2000进行拍摄图片效果验证，由于便携式剂量率仪表检定校准存在差异，不同的便携式剂量率仪表对同一场所测量的辐射水平数值有细微差别，检定合格的仪表其辐射水平测量偏差均符合国家标准的要求。

2.5 系统性成果发布及实施效果

辐射防护人员将拍摄形成的内部文件，通过公司内网主页醒目位置悬挂、现场房间入口处粘贴、内部邮件发送等方式传递给现场辐射工作人员，如图3所示，方便其在进入房间前快速确定房间内辐射水平较高的区域，在工作过程中尽量远离，减少人员受照剂量，确保核电厂工作人员受照剂量满足法规要求。

图3 系统性成果现场张贴图

2019年7至12月，传统辐射调查方式下三门核电集体剂量为23.625man.mSv，应用辐射场可视化图像拍摄的新型调查方式之后，2020年7至12月三门核电集体剂量为9.800man.mSv，同一时期不同年份电站正常运行期间集体剂量减少13.825man.mSv。

另外，传统的辐射调查由辐射防护人员使用便携式剂量率仪表对核电机组辐射控制区正常运行期间剂量率调查点位进行测量并记录在房间门口的核电厂辐射分区标示牌上。由于设计上部分房间内设备、管道较多，工作人员无法直观获知房间内辐射水平较高的区域，仅能通过房间门口张贴的辐射分区标示牌得知房间内调查点位的辐射水平数据。

辐射场可视化图像拍摄作为一种新型的核电厂辐射调查方式，形成系统性的拍摄图片张贴在相应房间门口，并给出工作场所的辐射场分布，能直观地、有效地将辐射风险传递给现场工作人员，方便其在进入房间前快速确定房间内辐射水平较高的区域/管道。在核电厂辐射防护授权培训中加入相应的内容，确保工作人员清楚工作场所的辐射水平，尤其是高辐射区内从事辐射工作的人员。对于避免非计划照射事件发生，确保核电厂工作人员受照剂量满足法规要求等方面，均起到一定的正面作用。

结语，辐射场可视化图像的构建与实施，在可靠性和准确性不降低的前提下，能有效降低机组集体剂量避免非计划照射。同时，辐射场可视化图像拍摄作为一种新型的核电厂辐射调查方式，可以识别、量化以及定位现场辐射源，给出工作场所的辐射场分布。对于不同堆型的核电站机组，其部分一回路系统设备分布较多的房间，可利用辐射场可视化图像结合日常辐射调查数据来建立核电厂辐射热图，为工作人员和辐射防护人员提供准确的辐射场信息，给核电厂辐射防护领域工作提供一种新颖、准确、可靠的工作思路，能有效促进核电厂辐射防护领域高质量发展，实现辐射防护最优化。