十三章 流出物排放控制

注册核安全工程师培训课件第十三章流出物排放控制（专业实务）赵亚民20141第十三章流出物排放控制引言第一节流出物的概述第二节流出物中的污染物种类第三节流出物的来源第四节流出物在环境中的转移、弥散途径第五节控制流出物排放的原则第六节流出物排放要求和排放准则第七节流出物监测的基本要求第八节流出物管控现状第九节核动力厂严重事故缓解放射性物质事故排放的措施2引言对流出物概念、流出物中的污染物种类、来源、在环境中的转移、弥散途径、控制流出物排放的原则、排放要求准则、非放污染物排放的控制、流出物监测的要求等问题进行阐述本章附带的介绍核动力厂严重事故时缓解放射性物质事故排放的可能措施3第一节流出物的概述概念根据国际原子能机构2003版【放射性废物术语】的定义，对流出物的相关词条进行归纳得出流出物的概念如下：“由实践中的某个源，得到授权、有计划、有控制的释放到环境中的气体或液体放射性物质，通常目的是得到稀释和弥散。”4第一节流出物的概述概念•得到授权（不是自行）•有计划（不是随意）•有控制（限制总量，控制浓度）•气体或液体•放射性物质5第一节流出物的概述特点1．流出物属于低水平放射性物质•流出物特指核与辐射设施经气体及液体途径向环境排放的低水平放射性废物•中、高水平放射性废气或废液禁止向环境排放6第一节流出物的概述特点2．流出物排放是放射性废物处置的一种方式对于固体放射性废物，处置的方式是将其放置在处置场或处置库中，使之与人类的生活环境隔离流出物的处置方式则是有控制的将其排放到人类的生活环境中。流出物排放本身就是对放射性废物的一种处置7第一节流出物的概述特点3．流出物排放必须经过批准由于流出物是放射性废物，流出物排放是放射性废物处置的一种方式，因此，对于流出物的管理和控制既要遵循放射性废物管理的基本原则，又要执行放射性废物处置的相关要求8第一节流出物的概述特点4．流出物是辐射影响的源项核与辐射设施在运行期间对环境产生的辐射影响，其源项就是流出物。9第一节流出物的概述管理要求1．按辐射安全管理•环境保护部（国家核安全局）负责核安全与辐射安全的监管工作。对于流出物排放的监督管理属于辐射安全管理范畴•根据辐射安全管理的要求，对于“排出”的项目不管（管不了），对于可“豁免”的项目按照程序予以豁免（不必管），只对应当管理的项目集中力量管好。流出物排放属于辐射安全管理中应该管理的范畴之内10第一节流出物的概述管理要求2．充分考虑环境容量流出物排放出去就没办法回取。因此，对于流出物排放的管理必须充分考虑环境特点，对于不同的环境容量，应该执行有区别的管理要求11第一节流出物的概述管理要求3．不等同于气、液放射性废物•流出物是指经气体及液体途径向环境排放的低水平放射性废物,它确实是一种气体或液体放射性废物，但是不能将“气体或液体放射性废物”与“流出物”等同•对“气体或液体放射性废物”的安全管理包括净化、整备等许多措施，而对“流出物”的安全管理主要是控制排放12第一节流出物的概述管理要求4．务必执行最优化原则•流出物的排放是不希望的，但又是不得不做的事情•要想使核与辐射设施达到零排放是不可能的，目前可能做的是使核与辐射设施流出物排放量合理可行尽量低•近零排放理念已提出（欧盟）13第一节流出物的概述管理要求5．不能忽略非放污染物在放射性流出物的安全管理中，很容易忽略非放污染物的影响。国际原子能机构注意到了这一现象，并对放射性废物安全管理的基本原则（9条基本原则）作了补充：要考虑非放污染物的影响14第二节流出物中的污染物种类一、放射性物质二、化学物质（不受重视）三、热量（常被有意忽视）15第三节流出物的来源一、核燃料循环二、核技术利用活动三、伴生放射性矿16第三节流出物的来源核燃料循环1．铀矿采冶•在铀矿开采和冶炼过程中，有放射性气溶胶和氡气体向环境释放•废石、水冶尾渣及堆浸渣等固体放射性废物也不断地向环境释放出氡气•天然存在的氡气有三种同位素，即222Rn、220Rn和219Rn。其中222Rn和220Rn两种比较重要，它们分别是238U和232Th的子体•在铀矿开采和冶炼过程中，特别是尾矿坝的安全评价中氡气的释放是个重要的环境影响因素。17第三节流出物的来源核燃料循环•铀矿开采和冶炼过程中，除有氡气体向环境释放外，工艺废水也含有一定程度的酸、碱等非放污染物18第三节流出物的来源核燃料循环2．核燃料生产•核燃料生产是核燃料循环各环节中最“干净”的环节，此时所操作的核素较为单一，主要是238U，235U和234U，要关注氟•经流出物排入环境的放射性物质也较少。对于典型的核燃料生产设施，在运行生产中归一化集体有效剂量估计值为0.003人•Sv(GWa)-1•其中，吸入是最主要的照射途径。液体流出物引起的集体剂量不到总剂量的10％19第三节流出物的来源核燃料循环3．核动力厂运行核裂变每次产生总能量约200MeV。1kg裂变材料完全裂变将产生2.6×1024裂变，可生产2.05×107千瓦小时的热量。用核能发电，使用少量的核燃料就可以得到巨大的电能20第三节流出物的来源核燃料循环•核动力厂发电同时会产生大量放射性物质•百万千瓦级的反应堆放射性物质的盘存量可达1020Bq•99％以上的放射性物质被包容在反应堆内•由于放射性物质总量巨大，在正常运行期间经流出物向环境排放的放射性物质仍是不可避免的21第三节流出物的来源核燃料循环•不论是从流出物排放控制，还是从环境监测考虑，对流出物的排放方式、排放数量、以及受纳流出物的环境状况和容量都是应予以关注的•表13-1给出反应堆的放射性核素归一化[I1]释放量，供参考。（为便于比较，不同类型反应堆的排放，均划归到对应于每年109瓦(GWa）的排放)22第三节流出物的来源核燃料循环4．后处理•乏燃料后处理阶段涉及到的放射性物质的量非常巨大。在燃料溶解时，原来已包容在核燃料包壳中的放射性物质会释放出来•与核燃料循环的其他环节相比，放射性物质向环境释放的可能性更大。运行期间通过流出物向环境排放核素种类多、数量大23第三节流出物的来源核燃料循环•近些年来由于环境保护压力的加大•以及后处理厂的安全标准不断提高•后处理阶段向环境经由气、液流出物的排放量不断在减少*提出近零排放理念24第三节流出物的来源核燃料循环•后处理阶段的归一化的释放量比反应堆的大得多•不但3H，14C量大，后处理还释放出大量的85Kr25第三节流出物的来源核燃料循环核能开发中产生长期环境影响的核素有：3H，14C，85Kr和129I，其中14C产生的待积集体剂量最大详细情况参见表13-2。26第三节流出物的来源核技术利用二、核技术利用活动•放射性同位素与放射源在工业、医学、和科研等领域被称为核技术利用•核技术利用与核燃料循环系统不同，它的目的不在于开发或生产核能，而是利用放射性物质或射线的特殊性质来为生产、科研、医疗以及生活服务27第三节流出物的来源核技术利用例如：在农业上利用钴-60源辐照种子；工业上用钴-60开展无损探伤；医疗领域利用注入短寿命放射性核素鍀-99m和氟-18；公安部门利用含镅-241源的烟雾报警器；科研部门利用碳-14进行考古研究、光合作用研究；水利部门利用氢-3研究地下水流向、流速等28第三节流出物的来源核技术利用核技术利用领域应用面大、用户数量多。除辐照装置外，每个用户使用的放射源活度量通常不大。用户常常把核技术利用当作它的一种工具或手段来处理，防护知识和措施往往不足，个别的操作人员甚至不知道自己在操作含有放射源的设备。虽然对每个用户操作的放射物质数量不大，经液体及气体流出物排入环境的数量较少，但整个核技术利用领域排入环境的放射物质量则是巨大的29第三节流出物的来源核技术利用•以碘-131为例，估计全世界每年使用600TBq的碘-131。除了在使用期间衰变损失外，全部碘-131进入了人类生活环境。•对于甲状腺癌的治疗，碘-131用量平均为5GBq，治甲状腺机能亢进的用量平均为0.5GBq。除了患者受到辐射照射外，与患者密切接触的人员，也将受到辐射照射，且受照射水平可达0.5mSv，对于儿童可达1mSv。预计全世界因使用碘-131而产生的集体剂量可达400-600人·Sv。30第三节流出物的来源核技术利用•核技术利用领域，有些属于放射性物质开放式操作场所，有些只是使用密封源•对于放射性物质开放式操作，必须控制放射性物质经气、液体流出物向环境的排放•使用密封源时，必须做好对放射源的安全管理，要使放射源时时、处处都处于有效的监护之下31第三节流出物的来源伴生放射性矿三、伴生放射性矿•伴生放射性矿在国外称为由于技术活动引起天然放射性的增加（TENORM）•生放射性矿的流出物中主要放射性核素是铀-238和钍-232及其铀-238和钍-232的衰变子体。典型的矿物加工设施释放出的放射性核素见表13-3。32第四节流出物在环境中的转移、弥散途径一、辐射源与人的关系•核与辐射设施的建设和运行需编制环境影响报告书（表）•重要内容是辐射源项分析，放射性物质在环境介质中的弥散、迁移、蓄积，以及公众可能受到的辐射剂量计算等辐射源与人的关系（弥散、迁移途径见图13-1）。33第四节流出物在环境中的转移、弥散途径34第四节流出物在环境中的转移、弥散途径“放射性源项”指的就是核与辐射设施在运行期间经气体和液体流出物向环境排放的放射性物质的数量。有时，也包括从核与辐射设施直接发射出来的贯穿辐射35第四节流出物在环境中的转移、弥散途径•人所受到的辐射剂量，是核与辐射设施对环境影响可能程度的度量•评价核与辐射设施的环境影响，主要就是评价对人的影响，保护环境主要是保护人•现在有专家提出，有些生物对于辐射的响应可能比人类敏感。人类得到了有效保护，生物不一定得到保护36第四节流出物在环境中的转移、弥散途径•防护标准（公众）年剂量限值为1mSv/a•对于一个指定的核与辐射设施，对公众的辐射影响只能是1mSv/a的若干分之一•这种针对具体设施或活动、与辐射源相关、经优化分析的公众剂量的限制值称为“剂量约束”37第四节流出物在环境中的转移、弥散途径•放射性物质离开核与辐射设施之后，在对人造成影响之前在环境中的转移行为和途径直接影响到对人接受的剂量•放射性物质在环境中的转移行为和途径分为两类：气载放射性核素照射途径和液体流出物照射途径38第四节流出物在环境中的转移、弥散途径39第四节流出物在环境中的转移、弥散途径在图13-2中，把核与辐射设施经气体途径对人的影响区分为：源项、输运过程、污染介质、照射方式和剂量5个环节40第四节流出物在环境中的转移、弥散途径三、液体流出物照射途径•液体流出物排入受纳水体之后，随水流动而弥散，一部分沉积到底泥中，由于交换也存在已滞留在底泥中的放射性核素重新返回水体的情况。•受纳水体中的放射性物质会对岸边的人员，游泳、捕鱼的人员产生外照射。人们通过饮用受纳水体中的水，食用受纳水体中的水生生物而产生内照射。如果使用污染水进行灌溉，会对作物产生污染，人们食用这类食物会产生内照射41第四节流出物在环境中的转移、弥散途径•特别强调一点是，有些水生生物可以富集放射性物质，使其体内某些放射性核素的质量活度要比水体中的放射性活度浓度高出几倍，几十倍甚至高到千倍•对这类水生生物的食入途径要格外关注•图13-3给出了从液体流出物到人的关系42第四节流出物在环境中的转移、弥散途径43第四节流出物在环境中的转移、弥散途径对于液体流出物进入受纳水体的情景有几点要特别注意：•放射性物质会在某些地域积累•放射性物质会在某些水生生物中蓄积•伴随液体流出物排入受纳水体的污染物除了放射性物质之外，还有其他非放污染物，如化学物质和热量44第四节流出物在环境中的转移、弥散途径•核动力厂排出的热量必须予以关注。核动力厂仅将三分之一的核裂变能转变为电能，另外三分之二的裂变能以热的形式排入环境•其中大部分又以冷却水的方式进入受纳水体。通常滨海核动力厂采用海水作为冷却水，冷却水从核动力厂排出时水温比抽进时高出10℃左右•以100万千瓦级核动力厂为例，每秒冷却水流量约为50m3，如此大量的水载带的热量会使