核设施的退役

核设施退役1第六章核设施的退役曹锦佳核科学技术学院核设施退役2据IAEA估计，全世界约有2800座核设施需要在未来的几十年中退役。IAEA对核电厂和研究堆的退役、核燃料循环设施的退役以及医疗、工业和研究设施的退役分别制定了导则大型核设施的退役是周期长、涉及面广、投资高的大型工程，需要许多专业人员的参与，需要几年甚至上百年的时间。安全、经济、高效地完成退役任务，成为核科技工程界当前研发的重点任务之一。核设施退役3第一节退役计划和准备一、退役策略二、退役计划三、组织领导机构和职责分工四、人员培训五、示范工程与数据库的利用有些核设施或者他的某些部分，符合法规要求，经审管部门批准进入到一个新的或者现存的核设施中，它所处厂址仍然处在审管控制之下，也可以认为是完成了该核设施的退役。退役活动包括移走放射性物质、去污、设备拆卸、房屋拆除、场址清污核设施退役4一、退役策略退役三种策略：关闭核设施后40年内完成的退役算作立即拆除，延缓40年后的退役，划作延缓拆除。核设施退役退役策略的选择，取决于以下三大因素：1、政治、社会、地理因素2、技术因素3、经济因素核设施退役5核设施退役61、立即拆除可能导致工作人员受照剂量较高，需要采用或发展遥控切割和拆卸机具。核燃料循环前段和后段的设施，前段主要是铀（钍）及其子体镭和氡，后段污染核素是铀、钚、镎和长寿命裂变产物。对核燃料前段和后段的工厂，各国优选立即拆除策略。核研究中心的小型核设施、热室和加速器，也宜采用立即拆除。2、延缓拆除好处：降低退役人员的受照剂量，若干年后可能开发出更先进的去污技术可以被利用。核设施退役7延缓拆除要考虑的因素：1、系统包容性能的降低（如下水道、通风管道、槽罐和贯穿件的泄漏，手套箱手套的老化等）2、监控仪表功能下降或失效3、辅助系统/支持系统能力的减弱或失效4、熟悉核设施人员的流散和消失5、资料档案的散失6、处置费用上涨和通货膨胀7、需要长期监督、维护、监测和保安，必须有持续的经费保证8、法规标准的变化，公众接受性的改变。核设施退役8延缓拆除被用于大型反应堆的退役先卸出乏燃料，运走可能的新燃料组件，处理燃料水池，运走放射源，卸出反应堆冷却剂，对压力容器外围的设备进行去污、切割和拆除，封堵压力容器的进出管口，还可能需要建立专门包容压力容器的建筑物。核设施退役9核设施退役103、就地埋葬核设施退役11二、退役计划在反应堆关闭前5年（至少前3年）就着手做退役前期准备工作退役分成三个阶段：1、前期阶段，2、实施阶段，3、验收阶段。核设施退役12退役方案和退役计划应明确规定退役目标、退役程序、时间进度、预计的废物量、工作人员受照剂量和费用估算等。核设施退役13退役工程立项通常要求编写多种文件1、可行性研究报告（简称可研报告）2、安全分析报告3、环境影响评价报告（简称环评报告）和质量保证大纲三、组织领导机构和职责分工1、审管部门的主要职责2、营运者的主要职责3、相关方职责核设施退役14四、人员培训五、示范工程与数据库的利用核设施退役15核设施退役16第二节源项调查和监控测量监测对象：相关设备，构筑物，废物/物料，场址的水，空气，土壤，动植物，也包括人体。核设施退役17一、源项调查1、源项调查的目的源项调查为确定退役政策、制定退役方案和计划、优选退役技术、预估退役费用和受照剂量，以及确定废物处理、处置方案，编写可研报告、安全分析报告和环境影响评估报告等提供依据，源项调查要求：源项调查可掌握照射的关键核素和关键途径。通过模式计算，可估算出退役的辐照剂量。在退役前、退役过程中和退役终结，对废物经行处理和处置，场址验收，都要做源项调查。核设施退役182、源项调查方法（1）文档调查收集核设施的档案材料、历史记载，包括审批文件、设计建造图纸、调试记录、大修改建记载，运行日志、监测数据及事件/事故报告等，也包括对当事人的调查。（2）计算包括物料衡算和通过适当计算机软件作的计算。（3）现场调查•包括现场直接测量和取样回实验室做分析，热点辐射常常需要用遥控探测核设施退役19二、检测设备和方法监测工作：制定测量计划、优选测量方法和评价测量结果放射性测量：活度测量、能谱测量和剂量测量。辐射监测设备：气体电离探测器、闪烁探测器、半导体探测器和固体探测器。检测表面污染的方法：1、直接法，用仪器直接测量；2、间接法，擦拭之后拿到实验室用谱仪测量或作放化分析。核设施退役20三、清洁解控和再循环/再利用的监控测量废钢铁和混凝土废物达到清洁解控水平的，可以送到一般埋葬场处置或者可以运去熔炼加工，以便有限制或无限制的再循环/再利用。核设施退役21第三节切割解体和场址清污一、切割解体切割操作和拆除操作（1）完全人工（2）人工和遥控混合操作（3）完全遥控操作1、切割技术切割技术：冷切割和热切割核设施退役22冷切割优点：烟尘和气溶胶污染少，操作简单，工具易得，投资小。缺点：速度慢，操作人员劳动强度大，机械切割会产生较多的固体颗粒，要避免造成放射性污染扩散。热切割优点：速度快，可切割厚件物体。缺点：温度高，有较多的气溶胶和烟尘物释出，可能需要额外通风和防护用具。核设施退役232、切割工具的选择根据切割对象的大小、厚度、形状和材质，从安全性、经济性作比较，进行优化选择。（1）安全性，（2）经济性，（3）可实现性切割工作安全、可靠第一，应首选成熟的技术。3、混凝土切割防止粉尘、碎屑和气溶胶造成污染扩散，尽可能将非污染混凝土分开来，减少放射性废物的体积。4、切割操作实践经验核设施退役24二、拆卸退役拆卸对象包括设备、管道、贮槽、厂房。拆卸前要设计好气流、物流和人流的合理走向，防止气溶胶的扩散污染。拆卸时可能要扩大或新开出入口，以方便运进器具和运出拆卸下来的物件。要选好搬运路线和选好包装容器，防止扩大污染和多受辐照剂量。先用计算机模拟，可以帮助作出合理的设计，帮助选用适当的工具和培训操作人员。拆卸活动的所有数据，都应该收集和贮存在计算机中，作为档案资料保存。核设施退役25三、整体拆运小型反应堆压力容器，在卸除乏燃料和冷却剂、切断冷却剂回路管线、封堵压力容器进出关口之后整体吊出，或者送条件好的拆卸车间进行拆卸解体，或者直接送处置场整体处置。四、反应堆石墨的拆卸、切割和包装反应堆石墨特点：数量大，活度大，含有长寿命核素，石墨受辐照，积累高潜能瞬间释放，可能导致着火事故。反应堆石墨处理方法：1、包装、贮存，可能要作适当预处理，或采取适当包装方式，保证其安全；2、切割装桶作深地质处置；3、焚烧处理。五、贮槽清污1、贮槽底部淤泥的去除2、排空贮槽的处置核设施退役26六、场址清污核设施场址的道路、土壤和地下水常见污染物：1、土壤的清污核设施退役272、地下水的清污3、就地玻璃固化核设施退役28第四节退役废物管理一、退役废物管理实施退役应该具备检测、收集、处理、整备、运输和处置废物的能力，能够解决退役过程所产生的废物，包括预期事故所产生的废物。退役核设施的场址上，原则上不应新增建核设施，但如果现有的废物处理系统不能满足处理退役废物的要求时，得到审管部门的批准，也可以新建废物处理设施。退役废物的管理，应高度重视以下问题：核设施退役29二、退役废物最小化退役废物最小化，排放最小化，工作人员与公众受照剂量最小化，是退役努力基本目标。废物最小化的措施核设施退役30第五节退役的安全问题退役过程中产生放射性和非放射性污染物，有辐射安全、核安全、一般工业安全和环境安全问题。安全措施未经有关部门审核批准，不得实施退役。一、辐射安全退役必须保护工作人员免受电离辐射的危害。退役是使关闭的核设施达到无限制的开放或使用，不给公众和环境带来危害，这是必须安排的活动，所以实践是正当的。退役除了使操作人员剂量低于法定的限值之外，还应该采取优化措施，把受照剂量降低到尽可能低的水平。退役活动要重视外照射，但更应该重视气溶胶引起的内照射。核设施退役31为了达到辐射安全的目的，需要注意：1、做多个方案的比较，对受照剂量和费用两者间的平衡作最佳选择；2、评估人工操作去污和拆除的剂量，设立临时屏障和气帐的代价和利益，采用遥控操作，操作过程受照剂量减少了，但遥控操作设备的安装和维修，以及物料的回收，要增加受照剂量。核设施退役32二、核安全某些核设施退役时，要掌握易裂变物质铀-235和钚-239的残存量、存在形态和分布，要预估他们在退役过程中可能发生的变化的转移。对于回收的易裂变物质，要加强实物保护，要及时上报上级部门和运离现场，要防止核材料被盗和非法转移。三、工业安全辐解产生可燃气体，退役和设施的老化，一般的工业安全问题，石棉致癌，多氯联苯致癌，中子毒物，石墨的潜能和氧化问题，铀屑自然。核设施退役33四、环境安全核设施退役活动可能会影响环境安全，必须遵守相关法规和标准，执行审管部门要求，实施检测和保存好记录，保证环境安全。五、应急预案和安全保障要防止放射源的失窃，防止放射性废物的失窃。核设施的实物保护与安全保卫工作要与退役过程可能发生的安全风险相匹配。核设施退役34第六节退役活动和经验一、研究堆退役二、核电站退役三、后处理厂退役四、乏燃料贮存水池的退役五、核燃料循环前段工厂的退役六、钚部件工厂的退役七、加速器退役八、热室退役核设施退役35一、研究堆退役英国苏格兰大学研究堆德国卡尔斯鲁厄研究中心重水多用途研究堆美国阿贡实验室CP-5研究堆奥地利核研究中心的多用途材料堆荷兰生物农业反应堆核设施退役36二、核电站退役（1）日本原子力研究所的日本动力验证堆1986.12-1996.3反应堆内部部件采用水下等离子体切割。汽轮机厂房和废物处理大楼用手工拆除低辐射水平的部件。（2）比利时BR3反应堆退役1989-1991年：回路化学去污，选择和实验遥控拆卸技术和工具，遥控拆除热屏蔽。1992-1995年：遥控拆除堆内所有部件1995-至今：拆除反应堆压力容器和污染的循环系统，拆除厂房，场址清污核设施退役37三、后处理厂的退役后处理厂存在较多长寿命裂变产物和超铀核素废物（α废物），后处理厂的退役有许多特许性，如：核设施退役38四、乏燃料水池的退役（1）池水用废水净化系统处理。（2）除去池底可能积存的淤泥和颗粒物。（3）对水池架和池内表面去污，采用水力喷射和机械刷擦洗，钢覆面容易去污，没有覆面的水池可能要去掉表层的混凝土。五、核燃料循环前段工厂的退役核燃料循环前段工厂污染的核素主要是铀（钍）和其子体镭、氡，退役任务比较简单，但化学物含量较多，如酸、碱、氟、氟化物等，必须予以重视。对于钚燃料元件制造厂，因为α废物气溶胶内照射和钚临界安全问题，使退役工程变得复杂得多。1、铀扩散厂的退役2、燃料元件制造厂退役核设施退役39六、钚部件工厂退役洛基弗拉茨工厂1989年进入退役，2006年完成七、加速器退役核设施退役40八、热室退役进行高放射性试验和操作的屏蔽小室。它和周围环境隔绝。内壁常用不锈钢覆面，便于冲洗、去污。外墙为重混凝土结构，以防护γ放射性。由排风系统通风，保持热室在负压下工作。排出的风要通过高效过滤器，除去放射性气溶胶和尘埃。常用于燃料元件的检验、处理；材料的物性、机械性能和金相测试实验；同位素分装；放射化学实验等。九、核基地退役我国青海省海晏县金银滩的核基地退役。1988年实行退役，1993年通过验收，实行无限制开放使用。现在此处定名为西海镇。参考文献：放射性废物处理与处置，罗上庚，中国环境科学出版社，2007.