压水堆核电厂液态流出物中55Fe的排放与监测方法

度,约 10. 7 Bq / L。 建议推进核电厂液态流出物中55 Fe 监测方法的建立和 完 善。 通 过 对55 Fe 监 测 方 法 的 调 研,推
荐采用固相萃取树脂的快速分析方法。
;监测方法 中图分类号:TL75+ 1
文献标识码:A
55 Fe 是一种 纯 的 低 能 β 放 射 性 核 素,半 衰 期 为 2. 73 a,衰变方式为轨道电子俘获( EC) 。 伴随 EC 衰变,发射出一系列能量极低的 X 射线和俄歇 电子,其中能量最大的 X 射线为 5. 898 75 keV 的 Kα1 射 线 ( 发 射 几 率 16. 2%) 和 能 量 为 5. 887 65 keV 的 Kα2 射线( 发射几率为 8. 2%) ,这两条 X 射 线能量非常接近,按 5. 9 keV 平均,其分支比约为 25% 。55 Fe 衰变放出的 Kα1 和 Kα2 X 射 线 相 应 的 俄 歇电子能量为 5. 19keV( 发射几率为 60%) [1-2] 。
本文对核电厂中55 Fe 的产生、排放、监测方法 等进行系统调研分析,为推动我国核电厂流出物 监测的标准化和规范化提供技术依据。
收稿日期:2019-12-30 作者简介:沙向东( 1965—) ,男,1990 年毕业于江苏工学院机械制造专业,高级工程师。 E-mail: shaxiangdong@ cgnpc. com. cn 通讯作者:蒋婧。 E-mail:jiangj5@ 163. com
(1. 中广核集团苏州热工研究院有限公司,江苏 苏州 215004; 2. 生态环境部核与辐射安全中心,北京 102445; 3. 生态环境部辐射环境监测技术中心,杭州 310012)
摘 要:本文调研分析压水堆核电厂液态流出物中 排 放55 Fe 的 来 源、排 放 的 统 计 参 考 值 和55 Fe 的 分 析 方 法,提 出
液态流出物中55 Fe 排放量的几何平均值为 1. 52×10-5 GBq / GWh,各年度55 Fe 排放 量 在 液 态 流 出 物 中 占 比 在 12%
以上,排第 1 至第 4 位。 根据我国典型压 水 堆 核 电 厂 液 态 流 出 物 排 放 体 积,估 算 了 液 态 流 出 物 中55 Fe 的 排 放 浓
从其历年来公开发布的核电厂流出物监测报告 中获取 [7] 。 对 这 些 数 据 进 行 统 计 分 析,无 疑 可 以为我国核电厂液态流出物排放的监督管理提 供参考借鉴。
初步分析 表 明,55 Fe 在 核 电 厂 液 态 流 出 物 中 的排放量占比较大,需要开展监测。 然而,55 Fe 的 衰变特性决定了该核素的监测难以采用常规监测 方法,需要经过较复杂的放化分离。 我国核电厂 尚未开展液 态 流 出 物 中55 Fe 的 监 测, 有 关 其 排 放 数据及统计未见报道。 随着我国核电厂流出物监 测技术规范的逐步完善,为准确统计核电厂放射 性物质 的 排 放 和 评 估 排 放 对 公 众 造 成 的 辐 射 影 响,对液态流出物中的55 Fe 开展监测,在核能行业 及环境监管 领 域 已 达 成 了 共 识[8] ,国 内 一 些 组 织 和机构开始着手55 Fe 监测方法的论证和建立。 深 入分析核电 厂 液 态 流 出 物 中55 Fe 的 排 放 水 平, 提 出适宜的监测方法,对核电厂液态流出物排放管 理技术规范的完善具有重要意义。
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沙向东等:压水堆核电厂液态流出物中55 Fe 的排放与监测方法
1 产生与来源
核 反 应 堆 中 产 生55 Fe 的 中 子 活 化 反 应 主 要 为54 Fe( n,γ) 、56 Fe ( n,2n) ,其 核 反 应 截 面 分 布 示 于 图 1[4] 。 在 天 然 Fe 元 素 中,54 Fe 的 丰 度 为 5. 85% ,56 Fe 的丰 度 为 91. 75% [9] 。 然 而 前 者 的 中 子活化反应截面要高得多,对热中子,其反应截面 达 2. 25 b;而后者的反应主要为快中子反应( 反应 阈能 11. 197 MeV) , 对 18 MeV 的 快 中 子 截 面 为 0. 70 b。 因此,反应堆中55 Fe 的主要来源为54 Fe 的 中子活化反应[4] 。
第 40 卷 第 5 期 2020 年 9 月
辐 射 防 护 Radiation Protection
Vol. 40 No. 5 Sep. 2020
·辐射防护监测·
压水堆核电厂液态流出物中55Fe 的排放与监测方法
沙向东1,黄彦君1,曾 帆1,上官志洪1,蒋 婧2,吴连生1,曹钟港3,陈超峰1
反应堆中 产 生 的55 Fe 主 要 为 活 化 产 物, 通 过 中子活 化 反 应54 Fe ( n, γ) 、56 Fe ( n,2n) 产 生[3-4] 。 中子活化反应的靶核核素54 Fe 和56 Fe 均为 Fe 的稳 定同位素,其 来 源 为 反 应 堆 中 广 泛 使 用 的 各 类 金 属材料[5] 。 反应堆中生成的55 Fe,经三废处理系统 后将有一部分通过流出物排入环境,并可能对公 众造成 辐 射 影 响。 美 国 很 早 就 开 展 了 流 出 物 中55 Fe 的 监 测。 对 压 水 堆 核 电 厂, 美 国 核 管 会 ( USNRC) 在其技术导则 NUREG 1301 中即 提 出 , 对批 量 排 放 和 连 续 排 放 的 液 态 流 出 物 应 开 展 55 Fe 监 测 [6] 。 长 期 以 来, 美 国 核 电 厂 在 55 Fe 的监测方面积累了宝贵的经验,有关数据可以
开展核电厂液态流出物中55 Fe 监 测 的 建 议。 统 计 分 析 了 美 国 41 座 压 水 堆 核 电 厂 在 2005 ~ 2017 年 液 态 流 出 物
中55 Fe 的排放量,其发电量归一化排放量的几何平均值范围为 5. 18×10-6 ~ 8. 14×10-5 GBq / GWh,所有压水堆电厂