吳 耀，李 莉，毛常磊，董傳江，左 偉，金 濤

(中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院, 四川成都 610005)

在某壓水型核動(dòng)力反應(yīng)堆卸料過(guò)程中，燃料組件吊運(yùn)是關(guān)鍵操作之一。由于燃料組件輻射水平很高，吊運(yùn)安全風(fēng)險(xiǎn)大，在吊運(yùn)時(shí)發(fā)生跌落事故的后果極為嚴(yán)重，不但損壞了吊籃和燃料組件，還會(huì)增加工作人員及公眾的受照劑量，并污染場(chǎng)地[1]。為此，需要對(duì)燃料組件吊運(yùn)過(guò)程中可能發(fā)生跌落的事故進(jìn)行預(yù)先分析[2]，評(píng)價(jià)事故發(fā)生后對(duì)工作人員及公眾的影響，根據(jù)分析的結(jié)果提出預(yù)防措施和緩解措施，以降低事故發(fā)生的概率，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)能迅速采取有效的緩解措施，減輕事故后果，減少事故所帶來(lái)的對(duì)人員、公眾、環(huán)境及財(cái)產(chǎn)的危害，減小事故照射，并使之減少到盡可能小。

1 事故起因分析

反應(yīng)堆卸料前，制訂了總體技術(shù)方案及卸料程序，均經(jīng)過(guò)相關(guān)部門(mén)組織的專(zhuān)家審查，方案及程序合理、可行。反應(yīng)堆卸料工作人員都具有相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，在工程實(shí)施前均進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)、考核。操作過(guò)程中，在現(xiàn)場(chǎng)有安全監(jiān)督人員，因此，由工作人員誤操作造成事故的可能很小。吊車(chē)、吊具的額定承重量遠(yuǎn)高于燃料組件及吊籃的重量。在燃料組件吊運(yùn)時(shí)，還設(shè)置了吊具保護(hù)吊索及吊具防脫鉤裝置。其中，吊具保護(hù)吊索的承載重量遠(yuǎn)大于燃料組件及吊籃的重量，當(dāng)?shù)趸@吊具失效或吊耳損壞時(shí)，保護(hù)吊索將承載燃料組件及吊籃。在燃料組件吊運(yùn)前，對(duì)吊車(chē)進(jìn)行全面檢修和試驗(yàn)，并進(jìn)行模擬吊運(yùn)試驗(yàn)。

綜上所述，在燃料組件吊運(yùn)過(guò)程中，不存在人員誤操作、吊具斷裂或與吊籃脫離的情況，在事故分析時(shí)，主要考慮由于吊車(chē)發(fā)生溜鉤而造成燃料組件及吊籃跌落事故。對(duì)于橋式吊車(chē)，發(fā)生溜鉤通常是由于機(jī)械系統(tǒng)故障和電氣系統(tǒng)故障引起[3]，具體見(jiàn)表1。

2 事故進(jìn)程

當(dāng)?shù)踯?chē)發(fā)生溜鉤而導(dǎo)致燃料組件跌落事故時(shí)，首先，燃料組件掉落至地面，吊籃結(jié)構(gòu)受損，部分燃料元件破損，乏燃料碎片撒落至地面；同時(shí)，隨著燃料元件包殼的破損，元件中的裂變氣體逸出。燃料碎片撒落至地面，造成工作場(chǎng)所地面污染；而裂變氣體逸出，迅速擴(kuò)散至整個(gè)工作場(chǎng)所，工作場(chǎng)所空氣中的放射性核素含量迅速增大，由于在燃料組件吊運(yùn)時(shí)，工作場(chǎng)所的通風(fēng)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)，逸出的裂變氣體經(jīng)排風(fēng)系統(tǒng)排出，進(jìn)入大氣環(huán)境。

3 事故緩解措施

事故發(fā)生后，采取的緩解措施如下：

(1)工作人員立即停止吊運(yùn)操作，無(wú)關(guān)人員迅速撤離現(xiàn)場(chǎng)；

(2)封閉操作大廳，防止放射性氣體在大廳周?chē)鷶U(kuò)散，造成較大范圍的污染；

(3)加強(qiáng)操作大廳的通風(fēng)，監(jiān)視排風(fēng)塔排出流放射性活度濃度變化；

(4)啟動(dòng)全部固定輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)污染區(qū)域輻射水平進(jìn)行測(cè)量，掌握事故現(xiàn)場(chǎng)的輻射水平；

(5)現(xiàn)場(chǎng)工作負(fù)責(zé)人員立即將情況報(bào)告給應(yīng)急指揮部；

(6)醫(yī)療救護(hù)組接到命令后進(jìn)入操作大廳外待命；

(7)劑量監(jiān)測(cè)人員檢查操作大廳門(mén)外劑量，根據(jù)實(shí)際水平，劃出警戒隔離區(qū)域，放置放射性標(biāo)志，禁止非應(yīng)急人員進(jìn)入規(guī)定的禁區(qū)；

(8)啟動(dòng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)程序，派出應(yīng)急監(jiān)測(cè)車(chē)，對(duì)環(huán)境輻射狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。

表1 橋式吊車(chē)發(fā)生溜鉤的原因

4 事故處理程序

事故發(fā)生后，事故處理人員穿戴好防護(hù)用具，迅速進(jìn)入事故現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)事故進(jìn)行處理，具體的處理程序如下[6,7]：

(1)吊車(chē)操作人員在屏蔽操作室操作主鉤電機(jī)，點(diǎn)動(dòng)抬升主鉤，使吊籃離開(kāi)地面800 mm～1000 mm，再運(yùn)行吊車(chē)大車(chē)移動(dòng)吊籃，在移動(dòng)過(guò)程中，如主鉤繼續(xù)溜鉤，當(dāng)?shù)趸@接近地面(約300 mm)時(shí)，操作主鉤電機(jī)，將吊籃提高，確保吊籃在移動(dòng)過(guò)程中不再掉落至地面，如此緩慢將燃料組件及吊籃吊運(yùn)至保存水池就位于吊籃支架上；

(2)對(duì)撒落至地面的燃料碎片，工作人員使用長(zhǎng)桿工具對(duì)其進(jìn)行清理，收集在專(zhuān)用容器中，吊車(chē)操作人員在屏蔽操作室操作吊車(chē)，將專(zhuān)用容器吊運(yùn)至安全區(qū)域；

(3)工作人員對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清洗、去污，去污后進(jìn)行輻射水平及表面污染監(jiān)測(cè)；

(4)提出事故處理后續(xù)方案，報(bào)上級(jí)有關(guān)部門(mén)審查后，進(jìn)行后續(xù)處理。

5 事故后果分析

5.1 源項(xiàng)

5.1.1 燃料組件存留量

在反應(yīng)堆卸料時(shí)，其乏燃料組件中放射性核素的含量[8,9]依據(jù)其運(yùn)行史，利用ORIGEN2程序進(jìn)行計(jì)算[10,11]，計(jì)算結(jié)果如下：

反應(yīng)堆卸料時(shí)(停堆約5年)，按最深燃耗(約為20.1%)計(jì)算的每組燃料組件中放射性核素總活度為1.39×1013Bq，其中，85Kr的放射性總活度為2.82×1011Bq；按平均燃耗(約為16.9)%計(jì)算的每組燃料組件中放射性核素總活度為1.11×1013Bq，其中，85Kr的放射性總活度為2.37×1011Bq。

5.1.2 事故源項(xiàng)分析

在進(jìn)行事故分析時(shí)，首先需假設(shè)或估算確定破損元件數(shù)量、放射性氣體釋放量、燃料碎片撒落量及輻射水平。

(1)破損元件的數(shù)量

在燃料組件吊運(yùn)過(guò)程中，由于吊車(chē)溜鉤，致使燃料組件及吊籃整體跌落至地面，導(dǎo)致吊籃結(jié)構(gòu)受損，所有燃料組件中的多個(gè)燃料元件破損。在進(jìn)行事故分析時(shí)，根據(jù)跌落高度、地面條件及燃料組件的結(jié)構(gòu)等情況，保守估計(jì)所有破損燃料元件的數(shù)量不超過(guò)10組燃料組件中總的元件數(shù)量。

(2)放射性氣體釋放量

事故發(fā)生后，破損的燃料元件中的85Kr迅速釋放，進(jìn)入工作場(chǎng)所空氣中，成為氣體中主要的放射性核素，總活度約為2.82×1012Bq。

(3)燃料碎片撒落量

事故發(fā)生后，所有燃料組件及吊籃跌落至地面，導(dǎo)致吊籃結(jié)構(gòu)受損，各燃料組件中的多個(gè)燃料元件破損，部分燃料碎片撒落到地面上。在進(jìn)行事故分析時(shí)，根據(jù)跌落高度、地面條件及燃料組件的結(jié)構(gòu)等情況，保守估計(jì)撒落到地面上的燃料碎片不超過(guò)1組燃料組件中總的燃料量。

(4)輻射水平

利用MCNP程序?qū)θ剂辖M件的輻射水平進(jìn)行計(jì)算[12]。其中，所有燃料組件的整體的輻射水平見(jiàn)表2，空吊籃的輻射水平見(jiàn)表3；單組燃料組件的輻射水平見(jiàn)表4。

表2 所有燃料組件整體的γ輻射水平

表3 空吊籃γ輻射水平

表4 單組燃料組件γ輻射水平

5.2 受照劑量分析

5.2.1 浸沒(méi)外照射

事故發(fā)生后，85Kr迅速釋放并彌散整個(gè)操作大廳，假如工作人員不能及時(shí)撤離，將會(huì)造成浸沒(méi)外照射。

浸沒(méi)外照射受照劑量按下式計(jì)算：

H浸=X·g·Δt

式中：H浸—沒(méi)外照射個(gè)人有效劑量，Sv；

X—空氣中放射性氣體的活度濃度，Bq/m3；

g—單位累積空氣濃度的有效劑量率，(Sv·d-1)·(Bq·m-3)-1；

Δt—工作人員停留時(shí)間，h。

操作大廳的容積為2.02×104m3，在最保守情況下，即不考慮大廳排風(fēng)的影響，則空氣中85Kr的活度濃度為1.40×108Bq·m-3；對(duì)于85Kr，單位累積空氣濃度的有效劑量率為2.2×10-11(Sv·d-1)·(Bq·m-3)-1；假設(shè)工作人員在現(xiàn)場(chǎng)停留時(shí)間最長(zhǎng)為1小時(shí)，則接受85Kr浸沒(méi)外照射劑量為1.28×10-1mSv。

5.2.2 事故處理人員受照劑量

事故處理的第一步，即將吊籃重新起吊、移動(dòng)至保存水池并就位于吊籃支架上時(shí)，工作人員操作位置在屏蔽操作室內(nèi)，其受照劑量極小。

對(duì)撒落至地面的燃料碎片進(jìn)行清理、收集時(shí)，工作人員利用長(zhǎng)桿工具，其操作位置距燃料碎片約3米，撒落至地面的燃料碎片最保守估計(jì)相當(dāng)于1組燃料組件中總的燃料量，而距單組燃料組件中部表面3 m處的輻射水平為30mSv·h-1。由于事故處理人員穿戴有防護(hù)用具，在采取一定的局部屏蔽措施后，可確保工作人員操作位置輻射水平不超過(guò)30 mSv/h。此過(guò)程需要事故處理人員2名，約需要30分鐘，則工作人員受照射劑量不超過(guò)15 mSv。

在工作人員對(duì)撒落至地面的燃料碎片進(jìn)行清理、收集后，殘留下來(lái)的碎片估計(jì)不足1%，工作場(chǎng)所的輻射水平將降低至1 mSv·h-1以下，工作人員對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清洗、去污，并對(duì)輻射水平及表面污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)，整個(gè)過(guò)程需要工作人員4名，約需要1小時(shí)，則工作人員受照射劑量不超過(guò)1 mSv。

綜上，事故處理工作人員個(gè)人有效劑量最大為15 mSv，整個(gè)事故處理工作人員的集體劑量為34人·mSv。

5.2.3 事故對(duì)環(huán)境的影響

根據(jù)放射性氣體的釋放源項(xiàng)，對(duì)廠址10 km范圍內(nèi)不同距離的公眾的受照劑量進(jìn)行估算[13,14]，其個(gè)人有效劑量和集體有效劑量列于表5，事故對(duì)廠址周?chē)饕用顸c(diǎn)的輻射影響見(jiàn)表6。由表5和表6可以看出，事故致使廠址N方向距離廠址邊界約1.5 km處村莊公眾接受的個(gè)人有效劑量最大，為2.56×10-6mSv，事故造成10 km范圍內(nèi)公眾集體有效劑量為3.75×10-2人·mSv。

表5 燃料組件吊運(yùn)跌落事故所致公眾最大個(gè)人有效劑量及集體劑量

表6 事故對(duì)周?chē)饕用顸c(diǎn)的輻射影響

5.3 受照劑量評(píng)價(jià)

當(dāng)燃料組件吊運(yùn)時(shí)發(fā)生吊車(chē)溜鉤，導(dǎo)致相當(dāng)于10組燃料組件中的燃料元件完全破損的事故時(shí)，對(duì)工作人員、事故處理人員及公眾造成的輻射影響見(jiàn)表7。由表7可知，事故對(duì)工作人員及事故處理人員造成的個(gè)人有效劑量最大分別為3.19×10-1mSv和15 mSv，低于GB 18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的個(gè)人年有效劑量50 mSv的限值[15]。從環(huán)境影響評(píng)價(jià)可知，事故致使廠址邊界N方向約1.5 km處村莊公眾接受的個(gè)人有效劑量最大，為2.56×10-6mSv，遠(yuǎn)小于GB 18871-2002所規(guī)定的公眾個(gè)人年有效劑量1 mSv的限值[15]。

6 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)發(fā)生燃料組件整體吊運(yùn)跌落事故時(shí)，對(duì)工作人員和事故處理人員所造成的輻射照射是可以接受的，對(duì)周?chē)娫斐傻妮椛溆绊懞苄?，不?huì)對(duì)公眾健康造成危害。

盡管燃料組件吊運(yùn)跌落事故對(duì)工作人員及公眾造成的影響是可以接受的。這絲毫不意味著可以放松管理的要求，應(yīng)在事故分析的基礎(chǔ)上制定合理的事故預(yù)防措施及事故緩解措施，認(rèn)真執(zhí)行安全、質(zhì)量保證措施，杜絕該事故的發(fā)生或?qū)⑵浒l(fā)生的可能性減到盡可能小的程度，使燃料組件整體吊運(yùn)操作建立在安全可靠的基礎(chǔ)上。

表7 燃料組件吊運(yùn)跌落事故的輻射影響