关于核设施放射性流出物导出排放限值的讨论

　第23卷　第3期辐射防护Vol.23　No.3 2003年　5月Radiation Protection May　2003　

陈晓秋Ξ 刘　华

(国家环境保护总局核安全中心,北京,100088) (国家环境保护总局,北京,100035)

摘　要　本文简要描述了计算导出排放限值的方法,并结合秦山核电厂址气态流出物的排放情况,讨论了关于导出排放限值的几个问题。

关键词　核设施　气态流出物　导出排放限值

1　引言

核设施在正常的运行条件下,对当地居民产生的附加剂量需保持在国际认同的剂量限值和国家规定的约束值以下,并保持在可合理达到的尽量低水平。为限制核设施所释放的放射性物质量及其对当地公众成员产生的剂量,必须采用有效的控制技术来达到这样的低水平。这种控制,对公众应无任何侵害,而仅对商业设计和设施运行有所影响。

对于核设施营运者或业主,在开始向环境排放来自他们负责的源的任何固态、液态和气态放射性物质之前,必须酌情[1]:

(a)确定拟排放物质的性质、活度及可能的排放位置和排放方式;

(b)通过相应的预运行研究确定排放的放射性核素会造成公众照射的所有重要的照射途径;

(c)评价由计划排放引起的关键人群组所受的剂量;

(d)把这些资料呈送审管机构,作为制定管理排放限值和其实施条件的原始资料。

对于管理机构,审批排放限值也是对核设施正常运行进行监督管理的一项重要内容。我国颁布的《辐射防护规定》(G B8703288)就规定:“每一个实践或设施都应确定向环境排放的限值,确定这些限值时应进行优化分析,并留出余地。不止一个实践或设施影响同一个关键人群组时,应由环境保护部门对每一个实践或设施规定一个排放上限值”[2]。在《核电厂环境辐射防护规定》(G B6249286)中,对核电厂在正常运行工况下的剂量限值和排放量控制值,也作出了明确的规定。

基本的辐射防护限值是剂量限值,而从便于执法的角度来说,限值应是可测量的量。导出排放限值是根据剂量限值而导出的次级限值,便于直接核查。导出排放限值仅仅是排放限值的上限值,在审管工作中,通常以剂量限值的形式和导出限值的形式来管理核设施流出物的排放。因此,审查核设施正常运行放射性流出物的导出排放限值(DRL)是监管机构审批排放限值的一项主要内容,也是对核设施正常运行进行监督管理的一个有效手段。

本文简要描述计算导出排放限值的方法,并结合秦山核电厂址气态流出物的排放情况,讨论关于导出排放限值的几个问题。

2　导出排放限值的计算方法[3]

通常采用从源到人(关键人群组的代表性成员)的环境隔室迁移模式,并根据公众成员的剂量限值,计算导出排放限值。

2.1　环境转移模式

根据核设施厂址特征和关键人群组的饮食

Ξ第一作者简介:陈晓秋,男,1956年出生,1982年毕业于南京大学大气物理专业,研究员。

和生活习性,考虑可能的照射途径,构建从源到人的环境隔室模型。图1中的每个隔室均以数码标识,隔室i 的量以X i 表示(见表1),从隔室i 到j 的迁移,用途径转移参数P ij 表示(见表2)。这样,在稳态条件下,从所有隔室到j 的迁移量可表示为:

X j =

ij X i (1)

式中,求和表示对所有向隔室j 的迁移量。对

于给定的排放率X 0,如果P ij 已知,则可以计算出任一隔室的量。

表1　各隔室量的单位

Tab.1　Units for transfer compartments

隔室

量纲

0(源)Bq/s 1(大气)Bq/m 32(地表水)Bq/L 3(种植土壤)Bq/m 24(饲料和农作物)Bq/kg 5(动物产品)Bq/kg 6(水生动物)Bq/kg 7(水生植物)Bq/kg 8(沉积物)Bq/kg 9(剂量)

Sv/

2.2　导出排放限值对于向大气和地表水的排放单独进行计算。

向大气排放的导出排放限值,用下式计算:

D RL =

A DL X 9X 0(a )

(2)

式中,DRL 为导出排放限值,Bq/s ;A DL 为相应的年剂量限值,Sv/a ;X 0(a )为向大气的排放率,Bq/s 。其中:

X 9

X 0(a )

=P 01[P (Inh )19+P (Imm )19+

P 13P 39+P 14P 49+P 15P 59+P 13P 34P 49+

P 14P 45P 59+P 13P 34P 45P 59]

(3)

向地表水排放的导出排放限值,采用下式计算:

D RL =

A DL X 9X 0(w )

(4)

式中,X 0(w )为向地表水的排放率,Bq/s 。其中:

931?陈晓秋等:关于核设施放射性流出物导出排放限值的讨论

表2　迁移参数的单位

Tab.2　Units for transfer parameters

排放途径

迁移参数

隔室

量纲

大气排放

地表水排放

P01源→大气s ?m -3

P (Inh )19

大气→剂量(吸入)Sv ?a -1?Bq -1?m 3P (Imm )19大气→剂量(浸没)Sv ?a -1?Bq -1?m 3

P13大气→

种植土壤m P14大气→饲料和农作物m 3?kg -1P15大气→动物产品m 3?kg -1P34种植土壤→饲料和农作物m 2?kg -1P39种植土壤→剂量Sv ?a -1?Bq -1?m 2

P45饲料和农作物→动物产品kg ?kg -1P49饲料和农作物→剂量Sv ?a -1?Bq -1?kg P59动物产品→剂量Sv ?a -1?Bq -1?kg

P02源→地表水s ?L -1P23

地表水→种植土壤L ?m -2P24地表水→饲料和农作物L ?kg -1P25地表水→动物产品L ?kg -1P26地表水→水生动物L ?kg -1P27地表水→水生植物L ?kg -1P28地表水→沉积物L ?kg -1P (Ing )29地表水→剂量(食入)Sv ?a -1?Bq -1?L P (Imm )29地表水→剂量(浸没)Sv ?a -1?Bq -1?L P69水生动物→剂量Sv ?a -1?Bq -1?kg P79水生植物→剂量Sv ?a -1?Bq -1?kg P89

沉积物→剂量

Sv ?a -1?Bq -1?kg

X 9

X 0(w )

=P 02[P (Ing )29+P (Imm )29+

P 28P 89+P 27P 79+P 26P 69+P 25P 59+

P 24P 49+P 23P 39+P 24P 45P 59+P 23P 34P 49+P 23P 34P 45P 59]

(5)

应该强调指出,必须考虑来自所有排放源(气载和液态)的所有核素对同一关键人群组成员的辐射照射,以确保不超过剂量限值。对于多堆厂址,应当考虑来自不同核设施放射性释放的照射。在运行期间,为符合剂量限值的要求,必须满足以下条件:

k R ijk

DRL ijk

≤1

(6)

式中,R ijk 为来自源设施k 、排放源j (气态或

液态)、核素i 的实际排放值;D RL ijk 为源设施

k 、排放源j (气态或液态)、

核素i 的导出排放限值。

3　秦山核电厂址气载流出物的导出排

放限值

3.1　秦山核电厂址概况及环境特征

秦山地区核电厂址位于浙江省海盐县城东南8km 处杭州湾北侧的秦山山麓。它北、东、南三面临海,西连陆地。目前,秦山地区核电厂包括:一期工程1×300MWe 的压水堆型核电机组、二期工程2×600MWe 压水堆型核电机组、三期工程2×728MWe 的CANDU6重水堆型核电机组。其中,秦山一期核电机组和二期

041? 辐射防护第23卷　第3期

的一台核电机组已经投入运行,其他机组正在建造之中。秦山一期、二期和三期核电工程分别位于秦山山麓的北侧、南侧和东侧。秦山二期与秦山一期和秦山三期的距离相近,约为2

km ,秦山一期与秦山三期的距离约为0.8km ,

基本呈等腰三角形分布(见图2)。

秦山核电厂址放射性气载流出物排放参数列于表3

。

图2　秦山核电厂址放射性气载流出物排放源分布及气象观测点分布

Fig.2　Distribution of airborne effluents releases points of Qinshan nuclear power

plant and distribution of meteorological observation locations

表3　秦山核电厂址放射性气载流出物排放参数

Tab.3　Release parameters of airborne effluents from Qinshan Nuclear Power Plant Site

排放源烟囱高度(m )

烟囱口内径(m )

烟囱出口流速

(m/s )临近建筑物高度

(m )坐标(km )

秦山一期10248.11550.76 2.40秦山二期62.5310.46000秦山三期

2.1

9.4

2.2

1.7

秦山核电厂址是一个多堆厂址,在计算放

射性流出物的导出排放限值时,必须考虑对厂址的整体性影响。

为了满足核电厂选址、设计、运行的需要,秦山核电一期、二期和三期工程分别进行了详

细的气象观测、大气扩散试验和风洞物理模拟实验,分析结果表明,虽然秦山核电一期、二期和三期工程相距不远,但由于有山体相隔,使得

141?陈晓秋等:关于核设施放射性流出物导出排放限值的讨论

风向和风速分布存在一定的差异。对于地面10m 高的风观测资料,秦山一期和三期之间的风速、风向的概率分布和概率密度分布更相似。在75m 高度以上,秦山核电一期、二期和三期之间的风向和风速的概率分布和概率密度分布已经很接近[4]。利用大气扩散试验的结果和秦山核电一期、二期和三期的风向、风速和大气稳定度联合频率,进行扩散计算,可以得到由不同联合频率、不同大气扩散参数计算所得的大气扩散因子相互比值的极差,结果见表4。

表4　不同扩散因子比值的极差

Tab.4　Extremal difference of different

diffusion factors ratios

采用的联合频率一期/二期

一期/三期

二期/三期

秦山一期0.390.190.49秦山二期0.320.150.49秦山三期

0.33

0.43

0.54

由表4可见,采用秦山二期的大气联合频

率和扩散参数计算得到的大气扩散因子的比值极差最小,说明其代表性较好。此外,秦山二期的位置相对于秦山一期和秦山三期离秦山山体较远,秦山二期的气象观测资料能更好地反映秦山核电厂址的中尺度湍流的特征[5]。3.2　年剂量限值

在《核电厂环境辐射防护规定》

(G B 6249286)中,规定了核电厂正常运行工况下的剂量限值:“每座核电厂向环境释放的放射性物质对公众中任何个人(成人)造成的有效剂量当量,每

年应小于0.25mSv (25mrem )”[6]

。由于秦山核电厂址现有3个核电厂,为满足G B 6249286的要求,并考虑给将来的核电发展留有余量,对于秦山一期、二期和三期,相应的年剂量管理限值A DL 分别为:0.04、0.05和0.05mSv/a 。3.3　秦山核电厂址气载流出物的导出排放限值

根据秦山核电厂址的环境特征,针对关键人群组的成员,按照前述的导出排放限值的计算方法,计算秦山核电厂址流出物中各核素的导出排放限值。计算中,由于秦山核电厂址各核设施液态流出物所致的个人有效剂量均不足气态流出物所致个人有效剂量的1/22,所以只

考虑气载流出物排放,采用的气载流出物的年

排放量列于表5[7～9],采用的居民食物消费量和年空气摄入量列于表6[10],核素在作物中的浓集因子和在动物产品中的转移系数取自CAP882PC 软件中的数据库[11],内照射剂量转换因子和惰性气体的外照射剂量因子均取自文献[1],其余核素的外照射剂量转换因子取自文献[12]。

秦山核电厂址气载流出物的导出排放限值列于表7。

仅考虑气载释放,根据表5列出的秦山核电厂址各核设施气载流出物的年排放量和表7给出的D RL 的计算结果,导出排放限值的约束条件可以得到满足。即:

R ik

D RL ik

=2.32×10-1<1

4　讨论

4.1　关于管理流出物排放的形式

基本的辐射防护限值是剂量限值,考虑到剂量计算中的不确定因素,特别是需要适宜的模式和参数。此外,从便于执法的角度来说,限值应是可测量的量。导出排放限值是根据剂量限值而导出的次级限值,便于直接核查。因此,采用导出排放限值也是管理核设施流出物排放的主要手段。在审管工作中,通常以剂量限值的形式和导出限值的形式两方面来管理核设施流出物的排放。4.2　如何应用导出排放限值

对于单个核设施的厂址,单个排放源的导出排放限值,较易确定。但对于多个核设施的厂址,如秦山核电厂址,必须考虑厂址的整体性影响,有必要确定整个厂址的排放限值。考虑到审管的便利性,也有必要为单个设施确定排放限值。先对整个厂址确定一个限值,然后再对各个设施进行适当分配。分配中有个权重的问题,需要考虑公平原则、设施的先进性,以及社会、经济、政治等因素。

必须明确导出排放限值是排放的上限值,在申请和核准排放量时,要进行优化分析。允许在预期的排放量和排放限值之间留有适当裕度,给予某种运行的灵活性[13]。

241? 辐射防护第23卷　第3期

表5　秦山核电厂址各核设施气载流出物的年释放率(Bq/a )

Tab.5　Annual release rate of airborne effluents from each plants of Qinshan Nuclear Power Plant Site (Bq/a )

核素

物理半衰期

释放率(Bq/a )

秦山一期[7]

秦山二期[8]秦山三期[9]

Na 15h 1.71×10359Fe 44.5d 8.40×10154

312d 6.36×101122Sb 2.7d 1.85×103124Sb 60.2d 3.21×1033

H 12.3a 8.18×1011 3.04×10129.23×101414C

5730a 3.32×101241Ar 1.83h 6.30×1010

4.00×1010 6.24×1013

Kr 10.7a 4.31×101285m Kr 4.48h 1.82×1012 6.39×101287Kr 1.27h 2.90×1012

1.58×101288

Kr 2.84h 1.26×109 4.55×10129.67×1012131m Xe 11.9d 1.33×1011133

Xe 5.24d 2.17×109 6.54×1013 6.13×1014133m Xe 2.19d 3.21×10128.90×1012135

Xe 9.1h 6.14×108

1.06×1013

5.71×1013135m Xe 15.3m 4.49×1012137Xe 3.82m 1.06×1012

138

Xe 14.2m 7.38×1012

2.26×1011131I 8.04d 4.18×105 6.58×108

3.93×108132I 2.3h 6.77×107 3.03×109133I 20.8h

4.44×104

1.22×108 3.80×109134I 0.876h 6.41×107

2.40×109135I

6.61h

7.23×107

3.70×10958Co 70.8d 1.64×1029.90×10860

Co 5.27a 8.21×101 6.60×108134Cs 2.06a 9.90×108 1.13×107137Cs

30a 7.58×101

6.60×108

2.61×108106Ru

1.01a 9.84×10895

35.1d

4.36×107

合计

8.85×1011

1.03×1014

1.69×1015表6　居民食物消费量和年空气摄入量

Tab.6　Food consumption rate and annual air intake rate of the habitants

年龄组食物消费量[10](kg/a )

粮食

蔬菜

肉

奶

空气摄入量(m 3/a )

幼儿(≤1岁)16.8 4.9 2.619.8 1.4×103儿童(2～7岁)71.437.614.316.0 3.7×103青少年(8～17岁)118.658.620.0 6.68.0×103成人(>18岁)

182.5

75.4

25.0

0.6

8.0×103

341?陈晓秋等:关于核设施放射性流出物导出排放限值的讨论

表7　秦山核电厂址气载流出物中各核素的导出排放限值

Tab.7　Derived release limits of each nuclides for Qinshan Nuclear Power Plant Site

核素

X 9/X 0(a )(Sv/Bq )秦山一期

秦山二期

秦山三期

DRL (Bq/a )

秦山一期

秦山二期

秦山三期

41Ar 3.86×10-20

2.26×10-21 1.13×10-20 1.04×1015

2.22×1016 4.41×101585

Kr 1.02×10-23 4.89×101885m Kr 2.64×10-22 1.31×10-21 1.90×1017 3.82×101687Kr 1.40×10-21

7.09×10-21 3.58×1016

7.05×101588

Kr 6.16×10-20 3.69×10-21 1.83×10-20 6.49×1014 1.35×1016 2.73×1015131m Xe 7.26×10-23 6.89×1017133

Xe 8.94×10-22 5.55×10-23 2.72×10-22 4.47×10169.01×1017 1.84×1017133m Xe 5.08×10-23 2.48×10-229.85×1017 2.01×1017135

Xe 7.10×10-21

4.37×10-22 2.15×10-21

5.63×1015

1.14×1017

2.32×1016135m Xe 2.41×10-21 2.08×1016138

Xe 1.18×10-21

6.90×10-21 4.23×1016

7.24×1015131I 9.81×10-18 5.84×10-19 2.95×10-18 4.08×10128.57×1013 1.69×1013132I 1.70×10-208.75×10-20 2.94×1015 5.72×1014133I 1.11×10-18

6.72×10-20 3.37×10-19 3.59×1013

7.44×1014 1.48×1014134I 9.17×10-21 4.83×10-20 5.45×1015 1.03×1015135I

3.15×10-20

1.60×10-19

1.59×1015

3.13×1014

58Co 3.23×10-17 1.61×10-18 1.24×1012 3.11×101360

Co 3.37×10-15 1.67×10-16 1.19×1010 3.00×1011134Cs 1.12×10-16 6.36×10-16 4.46×10117.86×1010137Cs

6.02×10-16

2.97×10-17

1.69×10-16 6.65×1010

1.68×1012

2.96×1011106Ru

5.65×10-178.85×101195

Nb 6.90×10-18

7.24×1012

Na 8.54×10-19 4.68×101359Fe 1.×10-17 2.29×101254

7.00×10-17 5.72×1011122Sb 6.81×10-19 5.87×1013124Sb 3.46×10-17 1.16×1012

2.27×10-20

1.41×10-21

6.92×10-21 1.76×1015

3.54×1016

7.22×101514

1.08×10-18

4.61×1013合计

5.40×1016

7.24×1018

1.19×1018

4.3　导出排放限值应用中的问题

计算导出排放限值的条件是流出物均匀排放,原则上可用于年平均的排放。实际上,排放率不是定值,为确保不至于在短时间内有大的排放而超过年剂量限值,需要一个较短的平均时间。平均时间控制在多长的时间段,需要借鉴已有的运行经验和开展进一步的研究。

应用导出排放限值,必须考虑来自所有排放源(气载和液态)的所有核素对同一关键人群组成员的辐射照射,并满足其约束条件,以确保不超过剂量限值。当关键人群组发生变化时,必须重新审查导出排放限值。

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射性物质的讨论.辐射防护通讯,2001.(4):38

(编辑部收稿日期2002年4月13日)

DISCUSSION ON DERIVED RE L EASE L IMITS FOR

RADIOACTIVE EFFL UENTS FROM NUCL EAR FACIL ITY

Chen Xiaoqiu

(Nuclear Safety Center ,State Environmental Protection Administration ,Bei jing ,100088)

Liu Hua

(State Environmental Protection Administration ,Bei jing ,100035)

Abstract The methods for calculating derived release limits are briefly described in this paper.As 2sociating with the conditions of airborne releases of the Qinshan Nuclear Power Plant ,the derived re 2lease limits for radioactive effluents from the nuclear facility are discussed.

(K ey Words :Nuclear Facility ,Airborne E ffluents ,Derived Release Limits )

541?陈晓秋等:关于核设施放射性流出物导出排放限值的讨论