核电厂的辐射防护

核电厂及反应堆的辐射防护

概述

自从1954年第一个示范性核电厂问世以来，核电厂已有了很大的发展。目前，发电用的核反应堆有十多种，其中比较成熟的有压水堆、沸水堆、石墨气冷堆、石墨水堆和重水堆。在当今世界的核电厂中，轻水堆（压水堆和沸水堆）核电厂占绝大多数

核电厂

核电厂是利用原子核裂变过程中释放的核能来发电的。对于不同类型的核反应堆，相应的核电厂的系统和设备有较大的差别。

压水堆核电厂主要由核反应堆、一回路系统、二回路系统及其他辅助系统所组成。

核反应堆是核电厂动力装置的重要设备。同时由于反应堆内维持着链式裂变反应，因此它又是一个辐射源。核反应堆内装有一定数量的核燃料，核燃料裂变过程中释放出的热能，由流经反应堆内的冷却剂带出反应堆，送往蒸汽发生器

核电厂

一回路系统由核反应堆、主循环泵、稳压器、蒸汽发生器和相应的管道、阀门及其他辅助设备组成。高温高压的冷却水由主循环泵唧送至反应堆，吸收核燃料裂变放出的热能后，流进蒸汽发生器，通过蒸汽发生器再将热量传递给在管外流动的二回路给水，使它变成蒸汽。此后，再由主循环泵将冷却剂重新唧送至反应堆内，如此循环构成一个密闭的循环回路

核电厂

一回路系统的设备集中布置在一个立式圆柱状半球形顶盖或球形的建筑物内，这个建筑物通常称为反应堆安全壳。安全壳为内径约30米、高约60米的混凝土大型建筑物，它的作用是将一回路系统中带放射性物质的主要设备包容起来，以防止放射性物质向外扩散，即使核电厂发生最严重的事故，放射性物质仍能全部安全地封闭在安全壳内，不致影响周围的环境

核电厂

二回路系统是将蒸汽的热能转化为电能的装置。它由汽水分离器、汽轮机、冷凝器、凝结水泵、给水泵等设备组成。二回路给水吸收了一回路的热量后成为蒸汽，然后进入汽轮机做功，带动发电机发电。由于核反应堆是强放射源，流经反应堆的冷却剂带有一定的放射性，特别是在燃料元件破损的情况下，一回路的放射性水平很高。因此从反应堆流出来的冷却剂一般不宜直接送入汽轮机。所以压水堆核电厂比普通电站多一套动力回路。核电厂二回路的厂房与普通火电站的汽轮发电机组厂房相似

核电厂

核电厂除上述两个回路系统外，还有化容控制系统、堆安全系统、燃料操作系统、废物处理系统和其他系统

工作人员的剂量限值

关于工作人员受照的基本限值，国际放射防护委员会第60号出版物的规定在第三章曾给予说明。全身均匀照射每年为0.02Sv。实际上工作人员所受照射远低于此限值。根据调查，近十几年各国核电厂工作人员的平均年剂量当量为4.1mSv。我国曾规定在正常运行条件下，核电厂全体辐射工作人员每年人均有效剂量当量控制在5mSv以下

正常运行条件下居民的剂量限值

关于广大居民受照的基本限值，国际放射防护委员会第60号出版物规定1mSv，只为天然辐射的二分之一。不过各国环保部门提出的管理限值和核工业管理部门提出的设计目标值比这一数值还要严格

我国有关标准规定，在正常运行情况下，每座核电厂向环境释放的放射性物质对公众中任何人造成的年有效剂量当量应小于0.25 mSv/a

事故情况下公众的剂量限值

从原则上讲，不允许出现任何导致居民遭受大量照射的事故，因而国际放射防护委员会没有对此作出规定。但为了厂址评价、制定设计基准事故或应急事故时参考，不少国家都规定了事故情况下公众的剂量限值

核电厂的辐射源

原子核反应堆是核电厂产生核能的装置，因此，它既是一个发热源，又是一个放射性水平较高的辐射源。反应堆发出的辐射分为初级辐射和次级辐射。可裂变核素（U、Pu）在裂变时及裂变后的产物放出的辐射为初级辐射；初级辐射与物质相互作用所引起的辐射称为次级辐射。中子和γ射线是穿透本领最强的两种射线，这儿只讨论与核电厂屏蔽防护有关的中子和γ射线源

核电厂的辐射源

堆本体

冷却剂系统

乏燃料的贮存与运输

废物处理系统

堆本体

正常运行时

停堆时

事故时

正常运行时

反应堆正常运行时，主要的中子源是裂变中子，主要的γ辐射源是核裂变时瞬发γ射线和裂变产物放出的缓发γ射线。 中子源

γ辐射源

中子源

瞬发裂变中子

U一次裂变平均大约放出2.5个裂变中子，携带的能量大约为5MeV。对于一个900MW的压水堆，其瞬发裂变中子的强度约为4×1020MeV/s或2.0×1020n/s，单位体积内的强度约为1.3×1013MeV/(s·cm3)或

6.5×1012n/(s·cm3)。瞬发裂变中子的能量范围从eV级一

直到18MeV，但超过10MeV的中子所携带的能量不到总能量的1％，所以一般认为中子能量的上限为

14Me

V 。在0.025eV－17MeV间中子能谱分布可用下式

表述

N（E）＝0.484Shexp（－E）

中子源

其他中子源

包括缓发中子、活化产物中子和光致中子

缓发中子是裂变产物衰变时放出的中子，每次裂变放出的缓发中子只有0.0158个，且能

量较低。

以水作冷却剂时的活化产物中子主要是17O

（n，p）17N反应产生的，17N衰变时放出一

个能量为1MeV的中子

γ辐射源

瞬发裂变中子源

U每次裂变平均放出8.1个光子，这些光子带走的总能量为7.25MeV，光子的能量在10keV到10MeV之间。对于一个900MW 的压水堆核电厂，其热功率约为2600MW，瞬发γ辐射源的强度约为

2.6×109×

3.1×1010×7.25

＝5.84×1020MeV/s

γ辐射源

其他γ辐射源

包括热中子俘获γ射线、快中子非弹性γ射线、核反应产物的γ射线、活化产物的γ射线、湮没辐射和轫致辐射等。这些γ辐射源无论数量还是携带的总能量都不大。但俘获γ射线和非弹性散射γ射线可在屏蔽体内产生，且俘获γ射线的能量为6－8MeV，屏蔽计算时必须予以考虑