铀纯化转化生产过程中作业人员的β_外照射防护研究

第41卷㊀增刊12021年㊀10月㊀
辐㊀射㊀防㊀护
Radiation㊀Protection
Vol.41㊀No.S1
㊀㊀Oct.2021
㊃辐射防护监测与评价㊃
铀纯化转化生产过程中作业人员的β外
照射防护研究
马文财,刘延彰,赵㊀瑛
(中核四⚪四有限公司,兰州732850)
㊀摘㊀要:为了加强铀纯化转化生产过程中作业人员的β外照射防护,结合国内外辐射监测实践,研究了铀纯化转化生产工艺过程中辐射源项的特性及辐射防护措施㊂由于铀系中主要β发射体234Th (UX1)㊁234m Pa (UX2+
UZ )㊁214Bi 和214Pb 的存在,铀化合物中的β辐射强度相当可观㊂在无防护措施的情况下,尤其是在进行开放式检修作业时,作业人员眼晶体㊁手部和皮肤的β受照剂量可能超过规定限值㊂因此,除了关注γ外照射和吸入内照射防护外,对作业人员β外照射的防护应该引起足够的重视㊂关键词:核燃料;铀纯化转化;铀子体;β射线;剂量;辐射防护中图分类号:TL75+
2
文献标识码:A
㊀㊀收稿日期:2021-01-11
作者简介:马文财(1983 ),男,2006年7月毕业于兰州大学材料物理专业,工程师㊂E -mail:mirui02@
㊀㊀核燃料生产是发展核工业的基础,在通常情况下,核燃料的生产加工从天然铀矿石的水冶加工和纯化开始,是工业上获得核纯级铀氧化物的一般方法,但通过这种方式得到的铀化合物中还含有大量的杂质,而且其物理特性㊁化学形态和核性能尚不能满足核裂变的要求,不能直接作为核燃料使用,还需要通过一系列的纯化㊁化学转化工艺加工后,才能为生产金属铀和铀同位素分离提供符合后续生产工艺要求的铀化合物[1]㊂因此,铀及其化合物的转化加工环节在核燃料生产中占有很大的比重㊂
其中,铀纯化生产工艺一般有两种方法,一种方法是直接将铀化学浓缩物(U 3O 8)用氢气还原成核纯级铀氧化物UO 2;另一种方式是将铀化学浓缩物(U 3O 8)进行溶解㊁萃取㊁反萃取㊁水合还原等工艺过程,得到核纯级铀氧化物UO 2㊂铀转化生产是将核纯级固体铀氧化物UO 2先经过氢氟化工序氟化为UF 4,再用氟气氟化为UF 6㊂铀纯化转化生产工艺流程示意图如图1所示㊂
目前,国际上美国㊁英国㊁法国㊁加拿大等多个国家运行精制铀转化厂㊂我国的核工业是在20世纪50年代后期发展起来的,经过多年来的科研和发展,当前我国的铀及其化合物转化加工工艺
在某些领域内已达到了世界先进水平
㊂
图1㊀铀纯化转化生产工艺流程示意图Fig.1㊀Schematic diagram of uranium purification
and transformation production process
铀纯化转化生产工艺属于 开放式 生产场所,除了溶解㊁萃取㊁水合环节为 湿法 工艺外,还
马文财等:铀纯化转化生产过程中作业人员的β外照射防护研究㊀
原㊁氢氟化㊁氟化环节为 干法 工艺,由于生产工艺需要,工艺系统内物料呈固体粉末状㊂
1㊀铀纯化转化生产过程中的辐射源项及特性
1.1㊀辐射源项
㊀㊀铀是重金属元素,铀及其化合物均为化学毒物,同时,铀也是锕系放射性元素,在铀纯化转化生产的各个环节中,作业人员势必会不同程度的接触八氧化三铀㊁二氧化铀㊁四氟化铀和六氟化铀,除了可能受其化学毒性危害外,还可能受其辐射危害㊂1.2㊀铀及铀子体的辐射特性
㊀㊀铀系又称铀-镭系,是三个天然放射系(钍系㊁铀系㊁锕系)之一㊂天然铀含有三种同位素:238U㊁
235
U㊁234U,其含量分别为99.28%㊁0.71%㊁0.006%,
半衰期分别为4.51ˑ109a㊁7.09ˑ108a 和2.35ˑ105a,在衰变过程中产生一系列放射性子体㊂根
据放射性特点,铀系分为铀组和镭组放射性元素[2],是由238U 经过多次连续衰变,包括8次发射α粒子的衰变和6次发射β粒子的衰变而成的一系列核素㊂铀系衰变链图如图2所示
㊂
图2㊀铀系衰变链图
Fig.2㊀Uranium series decay chain diagram
铀系列由20种放射性核素组成㊂α发射体有12个,其中主要的有8个,分别为:238U㊁234U㊁234
Th㊁226Ra㊁222Rn㊁218Po㊁214Po㊁210Po;β发射体有11个,其中主要的有4个,分别为:234Pa㊁214Pb㊁214Bi㊁
210
Bi;γ发射体有11个,其中主要的有2个,分别为:214Pb㊁214Bi [3]㊂
在上述4个主要的β发射体中,234Pa 的β射
线相对贡献强度占36.8%㊁214Bi 的β射线相对强度占29.3%㊁210Bi 的β射线相对强度占19.1%㊁
214
Pb 的β射线相对强度占11.7%[3]㊂由于在铀
纯化转化生产过程中有这些强β发射体的存在,造成工艺生产过程中物料有很强的β辐射㊂
表1列出了不同铀化合物经质量厚度为7mg /cm 2材料屏蔽后的最大β剂量率㊂王焕明等人[4]用国产FJ352A 型β剂量率仪对几种产品的外照射进行了测量,距离物料不同距离处的β㊁γ剂量率如图3所示㊂从表1和图3中可以看出,不同铀化合物表面的β辐射强度相当可观㊂
表1㊀不同铀化合物表面的β剂量率[4]Tab.1㊀βdose rate on the surface of different
uranium compounds [4]
㊀㊀在铀纯化转化生产实践中,往往会存在检修人员防护服表面沾污的现象,在无防护措施情况下,尤其是在开放式检修作业时,眼晶体㊁手部和皮肤的β受照剂量可能超过规定限值㊂
2㊀加强铀纯化转化生产过程中β外照射防护的措施
㊀㊀在铀纯化转化生产过程中一般使用天然铀原料,由于存在天然铀辐射水平低的不正确认识,往往会忽略了对β射线防护的重视㊂从铀纯化转化生产工艺过程中的辐射源项特性以及辐射监测实践来看,由于铀系强β辐射子体234Pa㊁214Pb㊁214Bi 和210Bi 的存在,物料中的β辐射强度非常可观,在
没有防护的情况下,作业人员眼晶体㊁手部和皮肤的β受照剂量很有可能超过规定限值㊂尤其是在
㊀
辐射防护第41卷㊀第S1
期
图3㊀不同产品β外照射剂量率与到物料距离的关系[4]
Fig.3㊀The relationship between the dose rate of different βproducts and the distance to the material [4]
进行开放式检修作业时,由于工艺系统中固体粉末物料无法完全倒空,检修时需要人工清理残留物料,势必会造成检修人员的工作服沾污,进而大大增加人员β受照剂量超限值的风险㊂因此,应对铀纯化转化生产过程中的β射线防护引起足够的重视,并从以下方面做好防护措施:
(1)在工艺设计上尽量考虑物料的倒空措施,
尤其是在生产实践中检修相对频繁的部位,避免检修时部分工艺部位残留过多的物料㊂(2)从事开放型放射性操作,必须注意工作场所清洁通风和个人防护㊂
(3)检修前,应尽量通过工艺措施倒空系统内的物料,以减少系统内的物料残留量,必要时,检修场所应设置局部排风系统㊂
(4)作业人员应严格按照辐射场所防护规定
穿戴劳动防护用品,检修人员应穿戴连体防护服,佩戴有机玻璃面罩(或防护眼镜)和厚聚氯乙烯手套进行操作,作业结束后应认真进行洗消去污并接受体表污染监测㊂
(5)开展作业人员β受照剂量监测,严格控制人员β受照剂量㊂人员佩戴热释光个人剂量计时,应佩戴在连体防护服或外层工作服内侧,以避免造成热释光剂量计的沾污和由此给个人剂量监测结果带来的偏差㊂
参考文献:
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[3]㊀李利林,等.矿石岩石中铀㊁钍㊁镭的物理测定[M].北京:原子能出版社,1981:23-29.
[4]㊀王焕明,等.天然铀元件生产中的β㊁γ外照射防护[C]//中国核学会辐射防护学会第一次学术交流会论文选编.北
京:原子能出版社,1982:105-
107.
Study on protection of workers from β-irradiation in the process of
uranium purification and transformation
MA Wencai,LIU Yanzhang,ZHAO Ying
(The 404Company Limited,CNNC,Lanzhou 732850)
Abstract :In order to strengthen the protection of workers from βirradiation in the process of uranium
purification and transformation,combined with the practice of radiation monitoring at home and abroad,the characteristic of radiation source term in the process of uranium purification and transformation are studied.Due
(下转第35页,Continued on page 35)
吴青彪等:中国散裂中子源的空气活化监测与评价
㊀
[10]㊀Alfredo Ferrari,Paola R Sala,Alberto Fasso,et al.Fluka manual:a multi-particle transport code (Program version 2005)[M].CERN,2005:345.[11]㊀Cossairt J D.Radiation physics for personnel and environmental protection[R].Fermilab report TM -1834Revision 9B,
May
2007:216.
Monitoring and evaluation of air activation in China spallation
neutron source
WU Qingbiao 1,2,ZHUANG Sixuan 1,2
(1.Institute of High Energy Physics,Chinese Academy of Sciences (CAS),Beijing 100049;
2.Spallation Neutron Source Science Center,Guangdong Dongguan 523803)
Abstract :China Spallation Neutron Source (CSNS )is a large scientific experimental device of proton
accelerator in operation in China.It is of great significance to ensure the normal operation and scientific
research output of the equipment and the radiation safety of the staff and the public,and to ensure the air activation level at a monitored and controllable state.The previous understandings of accelerator air activation at home and abroad are almost coming from references and theoretical calculations.Due to lack of specific research
and design,no air induced radionuclides and their concentrations have been measured in previous domestic accelerators air activation te of 2019,an online air activation monitoring system was developed
in CSNS,which successfully detected the major radionuclides and their activity concentrations in air activation.
This paper introduces the research and development of the system and the monitoring results,and puts forward some views on the monitoring and evaluation of accelerator air activation.
Key words :accelerator;air activation;radionuclides;gamma spectrum;activation concentration
(上接第28页,Continued from page 28)
to the existence of main βemitter of Th -234,Pa -234,Bi -214and Pb -214in uranium system,the βradiation
intensity in uranium compounds in considerable.Without protective measures,especially when carrying out open
maintenance work,the exposure dose of βto lens㊁hands and skin of workers may exceed the prescribed limit.
Therefore,in addition to the protection of external γradiation and internal inhalation radiation,it is necessary to protect workers from βirradiation.
Key words :nuclear fuel;uranium purification and transformation;uranium daughter;β-ray;dose;radiation
protection。