方 嵐，劉新華，祝兆文，徐春艷

(1.生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心，北京 100082； 2.中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

核電廠放射性源項(xiàng)包括正常運(yùn)行源項(xiàng)和事故源項(xiàng)兩大類，科學(xué)地評估核電廠源項(xiàng)對保護(hù)工作人員、公眾和環(huán)境免受電離輻射危害具有重要意義。本文研究核電廠正常運(yùn)行源項(xiàng)，包括一回路源項(xiàng)和氣、液態(tài)流出物排放源項(xiàng)(以下簡稱源項(xiàng))。

我國壓水堆核電機(jī)組主要沿自法國的M310和EPR、美國的AP1000和俄羅斯的VVER-1000(以下簡稱VVER)，這些引進(jìn)堆型的源項(xiàng)在我國應(yīng)用中還存在一些問題。核電廠源項(xiàng)設(shè)計(jì)是否合理，直接影響到排放源項(xiàng)的準(zhǔn)確性和環(huán)境影響評價源項(xiàng)的合理性。鑒于核電廠源項(xiàng)的重要性，2008年源項(xiàng)問題被列為M310/CPR1000系列核電廠的共性問題研究。新建的EPR、AP1000和VVER堆型核電項(xiàng)目的審評中，源項(xiàng)問題也被列為核電廠許可證條件之一。

本文通過分析不同堆型源項(xiàng)在我國應(yīng)用中存在的問題，研究構(gòu)建我國核電廠通用的一回路源項(xiàng)和排放源項(xiàng)框架體系，為解決國內(nèi)核電廠源項(xiàng)計(jì)算中長期存在的問題，也為我國華龍一號和CAP1400堆型的源項(xiàng)計(jì)算提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 引進(jìn)堆型的源項(xiàng)分析

1.1 引進(jìn)堆型源項(xiàng)簡介

1.1.1M310堆型

M310堆型的源項(xiàng)是20世紀(jì)80年代法國提供的，這套源項(xiàng)是我國CPR1000/CNP600等核電廠源項(xiàng)的研究基礎(chǔ)，也是我國華龍一號堆型源項(xiàng)的研究基礎(chǔ)。本節(jié)分析M310堆型嶺澳核電廠初步安全分析報(bào)告(PSAR)中的源項(xiàng)。

一回路裂變產(chǎn)物源項(xiàng)：兩套，即現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)和設(shè)計(jì)源項(xiàng)?，F(xiàn)實(shí)源項(xiàng)為0.55 GBq/t131I劑量當(dāng)量，該值為法國20世紀(jì)80年代900 MW電廠總運(yùn)行約200堆·年(其中不包括布熱2號電廠的第2個和第8個循環(huán))每個燃料循環(huán)末所記錄碘活度的平均值。設(shè)計(jì)源項(xiàng)是假設(shè)發(fā)生0.25%燃料包殼破損(即堆芯中有 0.25%的燃料棒包殼發(fā)生了破損，簡稱0.25%燃料破損率)，計(jì)算結(jié)果歸一到37 GBq/t131I劑量當(dāng)量，該值與電廠技術(shù)規(guī)格書的運(yùn)行限值保持一致。一回路源項(xiàng)譜采用法國開發(fā)的PROFIP程序計(jì)算得到。131I劑量當(dāng)量，是指碘的同位素131I、132I、133I、134I和135I共同照射對人體甲狀腺產(chǎn)生的劑量，與131I單獨(dú)照射產(chǎn)生的劑量相等時131I的活度濃度，簡稱I-131當(dāng)量或131I當(dāng)量。

一回路活化腐蝕產(chǎn)物源項(xiàng)：兩套，即現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)和設(shè)計(jì)源項(xiàng)。兩套源項(xiàng)均基于法國開發(fā)的PACTOLE程序計(jì)算和運(yùn)行數(shù)據(jù)確定，設(shè)計(jì)源項(xiàng)為現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)的3倍。

排放源項(xiàng)：兩套，即工況A(Case A)源項(xiàng)和工況B(Case B)源項(xiàng)。對于工況A，假設(shè)整個燃料循環(huán)中一回路131I當(dāng)量為0.55 GBq/t。對于工況B，假設(shè)前1/4燃料循環(huán)一回路131I當(dāng)量為0.55 GBq/t、中間1/2燃料循環(huán)為4.44 GBq/t、后1/4燃料循環(huán)為37 GBq/t，整個燃料循環(huán)一回路131I當(dāng)量平均值為11.6 GBq/t。排放源項(xiàng)采用法國開發(fā)的REJGAS和REJLIQ程序計(jì)算。

M310堆型提供了兩套氚排放源項(xiàng)，沒有提供14C排放源項(xiàng)。

M310堆型的源項(xiàng)總體上反映了20世紀(jì)七、八十年代法國核電廠的運(yùn)行水平和設(shè)計(jì)要求，也滿足當(dāng)時我國相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求。我國CPR1000等二代加改進(jìn)型機(jī)組，對氚和14C源項(xiàng)進(jìn)行了一些優(yōu)化，裂變產(chǎn)物和活化腐蝕產(chǎn)物源項(xiàng)主要沿用M310堆型源項(xiàng)的計(jì)算方法。

1.1.2EPR堆型

EPR堆型源項(xiàng)主要基于運(yùn)行數(shù)據(jù)確定，本節(jié)分析臺山核電廠1/2號機(jī)組最終安全分析報(bào)告(FSAR)[1]中提供的源項(xiàng)。

一回路源項(xiàng)：兩套，即現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)源項(xiàng)。裂變產(chǎn)物現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)基于近年法國電廠244堆·年的運(yùn)行數(shù)據(jù)確定，131I當(dāng)量為0.2 GBq/t。裂變產(chǎn)物設(shè)計(jì)基準(zhǔn)源項(xiàng)基于0.25%燃料包殼破損率計(jì)算，131I當(dāng)量為22.8 GBq/t。一回路活化腐蝕產(chǎn)物源項(xiàng)基于法國N4電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)確定。

排放源項(xiàng)(包括氚源項(xiàng)和14C源項(xiàng))：兩套，即預(yù)期排放量和最大排放量，均基于法國1 300 MW電廠設(shè)計(jì)值和運(yùn)行數(shù)據(jù)確定，并適當(dāng)考慮了EPR堆型在材料選取、一回路水化學(xué)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的改進(jìn)。預(yù)期排放量基于法國1 300 MW電廠24堆·年的運(yùn)行數(shù)據(jù)確定，取其第一四分位數(shù)。最大排放量基于法國1 300 MW電廠的設(shè)計(jì)排放源項(xiàng)，并考慮了正常運(yùn)行的所有情況(包括停堆瞬態(tài))。

1.1.3AP1000堆型

AP1000堆型源項(xiàng)分析方法基于AP1000 DCD(Design Control Document)16版，是美國西屋公司根據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn)審查大綱(SRP)的要求計(jì)算的。本節(jié)分析三門核電廠1/2號機(jī)組FSAR中提供的源項(xiàng)[2]，這些源項(xiàng)也是我國CAP1400堆型源項(xiàng)的研究基礎(chǔ)。

排放源項(xiàng)：一套，名為正常運(yùn)行排放源項(xiàng)，該源項(xiàng)基于一回路現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)，采用美國開發(fā)的氣、液態(tài)流出物排放源項(xiàng)計(jì)算程序PWR-GALE計(jì)算得到。另外還提供了一套氚源項(xiàng)和一套14C源項(xiàng)，14C源項(xiàng)只給出了氣態(tài)途徑的釋放，沒有考慮液態(tài)途徑的釋放。

1.1.4VVER堆型

田灣核電廠VVER 1/2號機(jī)組的PSAR[3]中，提供了兩套裂變產(chǎn)物源項(xiàng)，一套活化腐蝕產(chǎn)物源項(xiàng)、一套氚源項(xiàng)和一套14C源項(xiàng)。

裂變產(chǎn)物正常排放源項(xiàng)和設(shè)計(jì)排放源項(xiàng)計(jì)算時，一回路碘總活度分別取49 GBq/t 和250 GBq/t。碘總活度是指碘的同位素131I、132I、133I、134I和135I的活度濃度之和。VVER源項(xiàng)總體上反映了VVER電廠當(dāng)時的運(yùn)行水平和設(shè)計(jì)要求。

1.2 引進(jìn)堆型源項(xiàng)在我國應(yīng)用中存在的問題

根據(jù)1.1節(jié)介紹，所有堆型PSAR和FSAR中均提供了一回路源項(xiàng)和排放源項(xiàng)，每套源項(xiàng)都由裂變產(chǎn)物、活化腐蝕產(chǎn)物、氚和14C四類核素(或四類源項(xiàng))構(gòu)成。本節(jié)以裂變產(chǎn)物源項(xiàng)為例，分析引進(jìn)堆型源項(xiàng)在我國應(yīng)用中存在的主要問題，其他源項(xiàng)存在的問題也類似，本節(jié)只做簡單介紹。

為便于理解，本文繪制了引進(jìn)堆型裂變產(chǎn)物源項(xiàng)示意圖，如圖1所示。

圖1 引進(jìn)堆型裂變產(chǎn)物源項(xiàng)示意圖Fig.1 Framework of fission product source terms of imported reactor types

1.2.1M310/CPR1000堆型

旅游管理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)活動的開展離不開各種配套設(shè)施的保障。很多學(xué)校實(shí)驗(yàn)室較少，難以支撐實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程的開設(shè)，只能做些簡單的模擬訓(xùn)練，影響實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量；旅游管理專業(yè)教師隊(duì)伍多為理論型人才，具有實(shí)踐能力和經(jīng)驗(yàn)的教師數(shù)量較少，很多實(shí)踐課程出現(xiàn)無人可帶的局面；實(shí)踐教學(xué)缺乏資金支持，學(xué)生外出實(shí)習(xí)和校內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的經(jīng)費(fèi)緊張，難以滿足旅游管理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的需要；校企合作流于表面，旅游企業(yè)往往作為校外實(shí)習(xí)基地存在，難以真正融入到專業(yè)實(shí)踐教學(xué)過程中。

M310一回路裂變產(chǎn)物現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)基于20世紀(jì)80年代法國電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)確定，CPR1000等二代加改進(jìn)堆型基本沿用了M310源項(xiàng)的計(jì)算方法。由于設(shè)計(jì)時間相隔近20年，CPR1000在堆芯設(shè)計(jì)、燃料設(shè)計(jì)和制造、一回路水化學(xué)優(yōu)化和運(yùn)行管理方面都有所改進(jìn)，同時我國法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對核電廠流出物排放管理要求也進(jìn)一步提高，繼續(xù)沿用M310源項(xiàng)，可能代表性不夠或無法滿足現(xiàn)今法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求。M310/CPR1000堆型Case B排放源項(xiàng)一回路碘當(dāng)量的基本假設(shè)，也一直沒有得到合理的解釋。

此外，M310/CPR1000堆型對排放源項(xiàng)如何應(yīng)用并沒有明確的規(guī)定。雙機(jī)組電廠環(huán)境影響評價時，有的采用Case A+Case B 排放源項(xiàng)，有的采用2 Case B排放源項(xiàng)。多機(jī)組廠址Case A和Case B的組合方式更是多種多樣。對環(huán)境影響評價三關(guān)鍵(關(guān)鍵核素、關(guān)鍵照射途經(jīng)和關(guān)鍵居民組)分析源項(xiàng)，有的電廠采用Case A，有的電廠采用Case B。

由于存在上述問題，2008年源項(xiàng)問題被列為M310/CPR1000系列電廠的共性問題之一開展研究。

1.2.2EPR堆型

EPR堆型源項(xiàng)主要基于運(yùn)行數(shù)據(jù)確定，總體上反映了當(dāng)前法國和德國電廠的正常運(yùn)行水平和設(shè)計(jì)要求。臺山核電廠1/2號機(jī)組FSAR審評中，審評方認(rèn)可了一回路源項(xiàng)，但認(rèn)為排放源項(xiàng)的科學(xué)依據(jù)不夠充分，雖然采用電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)確定排放源項(xiàng)理論上是可行的，但法方用于計(jì)算排放源項(xiàng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)僅有24堆·年，且未能說明所統(tǒng)計(jì)機(jī)組當(dāng)時的運(yùn)行情況，以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和處理方法。根據(jù)我國核電廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)，正常運(yùn)行期間特別是未發(fā)生燃料元件破損時，惰性氣體等裂變產(chǎn)物的排放濃度通常低于監(jiān)測方法的探測限[4]。完全基于運(yùn)行數(shù)據(jù)確定排放源項(xiàng)時，數(shù)據(jù)的代表性和數(shù)據(jù)處理方法是非常重要的。

此外，EPR堆型排放源項(xiàng)與一回路源項(xiàng)和廢氣廢液處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)沒有直接關(guān)系，不能反映工藝系統(tǒng)、廢氣廢液處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。因此，審評方建議設(shè)計(jì)方應(yīng)收集更多同類電廠、更長歷史的運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合電廠設(shè)計(jì)，通過科學(xué)合理的方法重新確定排放源項(xiàng)。

1.2.3AP1000堆型

AP1000堆型只提供了一套正常運(yùn)行排放源項(xiàng)，三門核電廠1/2號機(jī)組選址、建造和運(yùn)行階段都采用這套正常運(yùn)行排放源項(xiàng)進(jìn)行廠址容量論證、輻射環(huán)境影響評價和三關(guān)鍵分析等，但一直沒有得到我國的審評認(rèn)可。因?yàn)檫@套源項(xiàng)基于美國20世紀(jì)70年代的運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，這些數(shù)據(jù)過于陳舊，用于第三代堆型的設(shè)計(jì)可能沒有代表性。此外，這套源項(xiàng)作為現(xiàn)實(shí)排放源項(xiàng)，可能不夠“現(xiàn)實(shí)”；作為設(shè)計(jì)排放源項(xiàng)又可能不夠“保守”。西屋公司在論證流出物排放能否滿足10 CFR 20附錄B[5]限值時，是采用0.25%燃料包殼破損(37 GBq/t131I當(dāng)量)計(jì)算的流出物排放濃度進(jìn)行比較，說明西屋公司也不認(rèn)為正常運(yùn)行排放源項(xiàng)就是保守排放源項(xiàng)。

另外，AP1000一回路活化腐蝕產(chǎn)物現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)比設(shè)計(jì)基準(zhǔn)源項(xiàng)高2倍，一回路106Ru/106Rh現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)比設(shè)計(jì)基準(zhǔn)源項(xiàng)高1 700倍，106Ru/106Rh排放量占液態(tài)流出物中除氚外核素排放量的57%，這些源項(xiàng)都存在問題。前幾年106Ru/106Rh被列為AP1000關(guān)鍵核素研究，花費(fèi)巨大[6]。

1.2.4VVER堆型

VVER堆型一回路裂變產(chǎn)物源項(xiàng)基于燃料氣密性喪失率和燃料包殼破損率計(jì)算。破損正常運(yùn)行限值對應(yīng)0.2%氣密性喪失、0.02%破損率；破損安全運(yùn)行限值對應(yīng)1.0%氣密性喪失、0.1%破損率。

技術(shù)規(guī)格書中破損正常運(yùn)行限值碘總活度取37 GBq/t、安全運(yùn)行限值碘總活度取370 GBq/t。而PSAR第11章中這兩套源項(xiàng)碘總活度分別取49 GBq/t 和250 GBq/t。田灣3/4號機(jī)組PSAR審評中，審評方建議第11章的源項(xiàng)應(yīng)與技術(shù)規(guī)格書運(yùn)行限值保持一致。

此外，雙機(jī)組VVER電廠環(huán)境影響評價時，假設(shè)一臺機(jī)組全年處于破損正常運(yùn)行限值；另一臺機(jī)組全年3/4時間處于破損正常運(yùn)行限值、1/4時間處于破損安全運(yùn)行限值。由于一回路放射性水平達(dá)到破損安全運(yùn)行限值時，在設(shè)計(jì)中作為事故工況考慮，將該假設(shè)用于正常運(yùn)行排放源項(xiàng)的計(jì)算可能過于保守。田灣3/4號機(jī)組PSAR審評中，審評方建議重新確定正常運(yùn)行和預(yù)期運(yùn)行事件工況下的一回路源項(xiàng)，并重新計(jì)算氣液態(tài)流出物排放源項(xiàng)。

綜上所述，各類引進(jìn)堆型源項(xiàng)在我國應(yīng)用中主要存在以下問題：

1) 各類源項(xiàng)的應(yīng)用目的不明確，源項(xiàng)的計(jì)算可能與電廠設(shè)計(jì)和應(yīng)用脫節(jié)；

2) 不能針對核電廠選址、建造和運(yùn)行不同階段，分別提供合理的排放源項(xiàng)，不滿足各階段環(huán)境影響評價的需要；

3) 有的堆型只提供了一套排放源項(xiàng)，有的堆型沒有提供液態(tài)14C排放源項(xiàng)，無法滿足環(huán)境影響評價的不同需要；

4) CPR1000和AP1000堆型一回路現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)基于20世紀(jì)七、八十年代電廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)確定，這些數(shù)據(jù)過于陳舊，如用于當(dāng)前先進(jìn)堆型的設(shè)計(jì)，可能沒有代表性；

5) 各類堆型源項(xiàng)體系龐雜，缺乏統(tǒng)一的基礎(chǔ)，不利于審評、監(jiān)管和技術(shù)交流；

6) 有的堆型原廢液處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和排放源項(xiàng)計(jì)算時，未考慮《核電廠環(huán)境輻射防護(hù)規(guī)定》(GB 6249—2011)中槽式排放口除氚外核素排放濃度小于1 000 Bq/L等要求，需進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。

由于存在上述問題，新建的EPR、AP1000和VVER堆型核電項(xiàng)目審評中，源項(xiàng)問題均被列為核電廠許可證條件之一。

2 一回路源項(xiàng)和排放源項(xiàng)框架體系的研究

為解決引進(jìn)堆型源項(xiàng)計(jì)算中存在的問題，也為我國華龍一號和CAP1400堆型的源項(xiàng)計(jì)算提供技術(shù)基礎(chǔ)，2013—2016年，我國開展了核電廠一回路源項(xiàng)和排放源項(xiàng)框架體系(以下簡稱源項(xiàng)框架體系)的研究工作，對核電廠正常運(yùn)行源項(xiàng)的分類、用途、基本假設(shè)、框架圖和基本要求等開展了系統(tǒng)研究。

2.1 源項(xiàng)的分類和用途

核電廠一回路源項(xiàng)主要用于放射性廢物管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)(以下簡稱廢物管理系統(tǒng)設(shè)計(jì))、輻射防護(hù)設(shè)計(jì)、放射性廢物最小化管理、輻射防護(hù)最優(yōu)化和排放源項(xiàng)計(jì)算等。

用于廢物管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和輻射防護(hù)設(shè)計(jì)的一回路源項(xiàng)應(yīng)具有包絡(luò)性，以滿足電廠正常運(yùn)行(包括預(yù)期運(yùn)行事件)和不同運(yùn)行工況的要求。而用于廢物最小化管理和輻射防護(hù)最優(yōu)化的一回路源項(xiàng)，則應(yīng)能真實(shí)反映電廠的實(shí)際運(yùn)行情況。因此，出于不同的應(yīng)用目的，本研究將一回路源項(xiàng)分為保守的設(shè)計(jì)源項(xiàng)和真實(shí)的現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)，參見表1。

核電廠排放源項(xiàng)主要用于環(huán)境影響評價和氣液態(tài)流出物排放量申請等。同樣，為了滿足我國法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中對核電廠選址、建造和運(yùn)行階段環(huán)境影響評價的要求，同時準(zhǔn)確評估核電廠正常運(yùn)行的真實(shí)輻射影響，本研究將排放源項(xiàng)也分為設(shè)計(jì)排放源項(xiàng)和現(xiàn)實(shí)排放源項(xiàng)。

表1 源項(xiàng)的分類和主要用途Tab.1 Classification and main usages of source terms

2.2 源項(xiàng)的基本假設(shè)

一回路源項(xiàng)和排放源項(xiàng)的計(jì)算涉及到諸多參數(shù)和假設(shè)，如一回路燃料包殼破損率和活度水平、一回路冷卻劑泄漏率、廠房通風(fēng)系統(tǒng)對氣溶膠和碘的凈化效率等，其中一回路裂變產(chǎn)物131I當(dāng)量是源項(xiàng)計(jì)算中最基本也重要的假設(shè)。一回路131I當(dāng)量反映了燃料包殼破損情況。隨著堆芯設(shè)計(jì)水平、燃料設(shè)計(jì)和制造水平、一回路水化學(xué)優(yōu)化和運(yùn)行管理水平的提高，壓水堆核電廠燃料包殼破損率已從早期的萬分之四降到了目前的十萬分之一以下[4]。據(jù)法國和中國核電廠最近20多年的運(yùn)行數(shù)據(jù)，一回路I-131當(dāng)量平均值已降至0.1 GBq/t以下。本文的運(yùn)行數(shù)據(jù)均指實(shí)驗(yàn)室取樣測量數(shù)據(jù)。

2014年我國源項(xiàng)框架體系階段性研究成果中，建議統(tǒng)一不同堆型源項(xiàng)計(jì)算的基本假設(shè)，將所調(diào)研到的國內(nèi)外核電廠一回路I-131當(dāng)量運(yùn)行數(shù)據(jù)的平均值(0.1 GBq/t)和最大值(5 GBq/t)，作為現(xiàn)實(shí)排放源項(xiàng)和設(shè)計(jì)排放源項(xiàng)計(jì)算的基本假設(shè)[7]。不同堆型安全分析報(bào)告中一回路131I當(dāng)量取值與本研究建議值的對比情況列于表2。

現(xiàn)實(shí)排放源項(xiàng)基本假設(shè)131I當(dāng)量0.1 GBq/t的確定，為現(xiàn)實(shí)排放源項(xiàng)的計(jì)算和環(huán)境影響評價中的三關(guān)鍵分析提供了更加真實(shí)的基礎(chǔ)。在美國國家標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ANS-18.1—2016[8]中，也已將核電廠一回路裂變產(chǎn)物131I當(dāng)量從ANSI/ANS-18.1—1984版的3.0 GBq/t降至大約0.1 GBq/t，與本研究建議值一致。

設(shè)計(jì)排放源項(xiàng)基本假設(shè)131I當(dāng)量5 GBq/t，應(yīng)結(jié)合堆型設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。例如，VVER堆型一回路碘總活度取37 GBq/t(表2括號中的值)，與輻射防護(hù)設(shè)計(jì)源項(xiàng)和運(yùn)行限值保持一致，其131I當(dāng)量計(jì)算值與其他堆型在同一水平。EPR堆型一回路131I當(dāng)量取3.3 GBq/t，也是考慮與輻射防護(hù)設(shè)計(jì)源項(xiàng)保持一致。

表2 用于排放源項(xiàng)計(jì)算的一回路131I當(dāng)量基本假設(shè)(GBq/t)Tab.2 Basic hypotheses of Iodine-131 equivalent in primary circuits for calculating emission source terms(GBq/t)

1)表中AP1000和CAP1400安全分析報(bào)告取值用于正常運(yùn)行排放源項(xiàng)的計(jì)算；2)括號內(nèi)的值為VVER的碘總活度值。

2.3 源項(xiàng)框架圖和基本要求

為明確源項(xiàng)的用途、基本假設(shè)和計(jì)算方法，理清各類源項(xiàng)之間的關(guān)系， 2014年我國核電廠源項(xiàng)框架體系階段性研究成果中，構(gòu)建了裂變產(chǎn)物源項(xiàng)框架圖(0版)[7]。2016年最終研究成果中，對框架圖進(jìn)行了優(yōu)化，如圖2所示。圖中將原來的三套排放源項(xiàng)簡化為“現(xiàn)實(shí)排放源項(xiàng)”和“設(shè)計(jì)排放源項(xiàng)”兩套，不再需要"運(yùn)行排放源項(xiàng)"的概念。最終研究成果中還增加了活化腐蝕產(chǎn)物、氚和14C源項(xiàng)框架圖，示于圖3～圖5。圖2～5中列出了源項(xiàng)的部分用途，其他用途參見表1。

源項(xiàng)框架圖由一回路源項(xiàng)和排放源項(xiàng)兩條橫向主線；現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)和設(shè)計(jì)源項(xiàng)兩條縱向主線構(gòu)成?？蚣軋D的核心思想如下：

1) 以源項(xiàng)應(yīng)用為導(dǎo)向，基于不同用途提供不同的源項(xiàng)；

2) 理順現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)和設(shè)計(jì)源項(xiàng)的關(guān)系，明確提出現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)應(yīng)真實(shí)反映電廠正常運(yùn)行情況、設(shè)計(jì)源項(xiàng)應(yīng)包絡(luò)電廠預(yù)計(jì)運(yùn)行事件的理念；

3) 統(tǒng)一不同堆型一回路131I當(dāng)量的基本假設(shè)，使不同堆型電廠可在統(tǒng)一的安全水平下進(jìn)行設(shè)計(jì)、運(yùn)行和監(jiān)管；

4) 強(qiáng)調(diào)機(jī)理模型計(jì)算與運(yùn)行數(shù)據(jù)相結(jié)合的技術(shù)路線，提高源項(xiàng)計(jì)算方法的科學(xué)性和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3.1裂變產(chǎn)物源項(xiàng)

裂變產(chǎn)物源項(xiàng)框架圖示于圖2，裂變產(chǎn)物源項(xiàng)的基本要求如下：

1) 應(yīng)采用ORIGEN-S等程序計(jì)算堆芯燃料中產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物放射性總量最大值，作為裂變產(chǎn)物堆芯積存量；

2) 裂變產(chǎn)物堆芯積存量核素種類的選擇應(yīng)考慮核素的產(chǎn)生量、半衰期、釋放份額和劑量貢獻(xiàn)等因素，通常包括惰性氣體、碘、銫和鍶等40多個核素；

3) 一回路設(shè)計(jì)源項(xiàng)應(yīng)基于0.25%的燃料包殼破損率計(jì)算，并按照運(yùn)行限值(例如131I當(dāng)量37 GBq/t)進(jìn)行歸一；

4) 一回路現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)的基本假設(shè)暫定為131I當(dāng)量0.1 GBq/t，該值基于同類電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)確定，其活度譜暫可根據(jù)一回路設(shè)計(jì)源項(xiàng)活度譜等比例調(diào)整；

5) 現(xiàn)實(shí)排放源項(xiàng)的計(jì)算采用現(xiàn)實(shí)假設(shè)，設(shè)計(jì)排放源項(xiàng)的計(jì)算采用保守假設(shè)?，F(xiàn)實(shí)排放源項(xiàng)和設(shè)計(jì)排放源項(xiàng)計(jì)算中采用的一回路源項(xiàng)基本假設(shè)分別暫定為131I當(dāng)量0.1 GBq/t和131I當(dāng)量5 GBq/t；

6) 排放源項(xiàng)的計(jì)算，應(yīng)從一回路活度譜開始，模擬放射性廢物處理的整個過程。氣態(tài)流出物排放源項(xiàng)應(yīng)計(jì)算廢氣處理系統(tǒng)、反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)、輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)、燃料操作區(qū)域和二回路系統(tǒng)的排放。液態(tài)流出物排放源項(xiàng)應(yīng)計(jì)算調(diào)硼排水、設(shè)備疏水、蒸汽發(fā)生器排污廢液和SRTF(廠址放射性廢物處理設(shè)施)等廢液的排放。

1)首次裝料階段應(yīng)根據(jù)核電廠設(shè)計(jì)和建造情況，對初步安全分析報(bào)告中的一回路源項(xiàng)和排放源項(xiàng)進(jìn)行更新， 并在設(shè)計(jì)排放源項(xiàng)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，提出流出物排放量申請值。余圖同。圖2 核電廠裂變產(chǎn)物源項(xiàng)框架圖Fig.2 Framework of fission product source terms of nuclear power plants

圖3 核電廠活化腐蝕產(chǎn)物源項(xiàng)框架圖Fig.3 Framework of activated corrosion product source terms of nuclear power plants

2.3.2活化腐蝕產(chǎn)物源項(xiàng)

活化腐蝕產(chǎn)物源項(xiàng)框架圖示于圖3，活化腐蝕產(chǎn)物源項(xiàng)的基本要求如下：

圖4 核電廠氚源項(xiàng)框架圖Fig.4 Framework of tritium source terms of nuclear power plants

圖5 核電廠14C源項(xiàng)框架圖Fig.5 Framework of tritium 14C source terms of nuclear power plants

1) 一回路活化腐蝕產(chǎn)物源項(xiàng)應(yīng)主要基于同類電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)確定，部分核素可輔以機(jī)理模型計(jì)算；

2) 活化腐蝕產(chǎn)物排放源項(xiàng)的計(jì)算也應(yīng)從一回路活度譜開始，模擬放射性廢物處理的整個過程；

3) 一回路活化腐蝕產(chǎn)物現(xiàn)實(shí)源項(xiàng)計(jì)算中，可考慮冷卻劑系統(tǒng)注鋅和采用富集硼等水化學(xué)優(yōu)化措施對一回路結(jié)構(gòu)材料耐腐蝕性能的改善作用[9]；

4)一回路活化腐蝕產(chǎn)物源項(xiàng)應(yīng)包括51Cr、54Mn、58Co、60Co、65Zn、110mAg、124Sb、125Sb、59Fe、55Fe和63Ni等核素。

2.3.3氚源項(xiàng)

氚源項(xiàng)框架圖示于圖4，氚源項(xiàng)的基本要求如下：

1) 一回路氚產(chǎn)生量計(jì)算中應(yīng)考慮以下途徑：三元裂變產(chǎn)生的氚通過燃料包殼擴(kuò)散或燃料包殼破損處泄漏進(jìn)入主冷卻劑；可燃中子吸收體中產(chǎn)生的氚通過擴(kuò)散或包殼破損進(jìn)入主冷卻劑；次級源棒產(chǎn)生的氚通過燃料包殼擴(kuò)散或燃料包殼破損處泄漏進(jìn)入主冷卻劑；主冷卻劑中可溶硼、可溶鋰和氘中子活化反應(yīng)等；

2) 一回路氚設(shè)計(jì)產(chǎn)生量計(jì)算應(yīng)采用保守假設(shè)，現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生量計(jì)算應(yīng)采用現(xiàn)實(shí)假設(shè)；

3)應(yīng)基于同類電廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)確定氣態(tài)氚和液態(tài)氚的排放份額；

4) 氣態(tài)氚的排放份額暫定10%，液態(tài)氚的排放份額暫定90%。為同時保證氣態(tài)和液態(tài)氚排放途徑計(jì)算的保守性，應(yīng)在一回路氚產(chǎn)生量的基礎(chǔ)上乘以1.1倍的因子，即：氣態(tài)氚的排放量為一回路氚產(chǎn)生量×1.1×10%；液態(tài)氚的排放量為一回路氚產(chǎn)生量×1.1×90%。

2.3.414C源項(xiàng)

14C源項(xiàng)框架示于圖5，14C源項(xiàng)的基本要求如下：

1) 一回路14C產(chǎn)生量計(jì)算中應(yīng)考慮主冷卻劑中17O和14N的中子活化反應(yīng)；

2) 一回路14C設(shè)計(jì)產(chǎn)生量計(jì)算應(yīng)采用保守假設(shè)，現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生量計(jì)算應(yīng)采用現(xiàn)實(shí)假設(shè)；

3)應(yīng)基于同類電廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)確定氣態(tài)14C和液態(tài)14C的排放份額；

4) 氣態(tài)14C的排放份額暫定90%，液態(tài)14C的排放份額暫定10%。為同時保證氣態(tài)和液態(tài)14C排放途徑計(jì)算的保守性，應(yīng)在一回路14C產(chǎn)生量的基礎(chǔ)上乘以1.1倍的因子，即氣態(tài)14C的排放量為一回路14C產(chǎn)生量×1.1×90%，液態(tài)14C的排放量為一回路14C產(chǎn)生量×1.1×10%。

2.4 源項(xiàng)框架體系的應(yīng)用

2016年，在三門核電廠1/2號機(jī)組、臺山核電廠1/2號機(jī)組和田灣核電廠3/4號機(jī)FSAR審評階段，申請者根據(jù)新源項(xiàng)框架體系，對核電廠一回路源項(xiàng)和排放源項(xiàng)進(jìn)行了重新計(jì)算[10-12]，計(jì)算結(jié)果已用于核電廠運(yùn)行階段的環(huán)境影響評價、三關(guān)鍵分析和流出物排放量申請等。

作為示例，表3中列出了AP1000三門核電廠1/2號機(jī)組新排放源項(xiàng)計(jì)算結(jié)果。與FSAR源項(xiàng)相比，現(xiàn)實(shí)排放源項(xiàng)更加真實(shí)；與同類電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)相比，設(shè)計(jì)排放源項(xiàng)足夠保守。此外，58Co、60Co、131I、134Cs和137Cs等已取代106Ru/106Rh，成為液態(tài)流出物中除氚和14C外的主要核素，與其他堆型源項(xiàng)計(jì)算結(jié)果較為吻合。新計(jì)算的排放源項(xiàng)，解決了AP1000堆型液態(tài)流出物關(guān)鍵核素選取不合理等問題，同時還增加了液態(tài)14C排放源項(xiàng)，滿足了環(huán)境影響評價的不同需要，也滿足國標(biāo)GB 6249—2011的排放控制要求。此外，新源項(xiàng)框架體系已用于我國設(shè)計(jì)的華龍一號和CAP1400堆型的源項(xiàng)計(jì)算；也已用于《壓水堆核電廠運(yùn)行狀態(tài)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)源項(xiàng)分析準(zhǔn)則》 (NB/T 20530—2018)等標(biāo)準(zhǔn)的制定。近年來，CPR1000機(jī)組18個月?lián)Q料項(xiàng)目審評中，也結(jié)合新源項(xiàng)框架體系要求優(yōu)化了部分源項(xiàng)計(jì)算方法。

3 結(jié)論與建議

本研究構(gòu)建了我國核電廠通用的一回路源項(xiàng)和排放源項(xiàng)框架體系，使不同堆型電廠可以在統(tǒng)一的安全水平下進(jìn)行設(shè)計(jì)、運(yùn)行和監(jiān)管。新源項(xiàng)框架體系已用于AP1000、EPR、VVER、華龍一號和CAP1400等堆型的源項(xiàng)計(jì)算，較好地解決了國內(nèi)核電廠源項(xiàng)計(jì)算中長期存在的問題，也為相關(guān)審評原則的制定和《壓水堆核電廠運(yùn)行狀態(tài)下的放射性源項(xiàng)》 (GB/T 13976—2008)等標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

表3 三門核電廠1/2號機(jī)組排放源項(xiàng)計(jì)算結(jié)果(GBq/a·機(jī)組)Tab.3 Emission source terms of Unit 1/2 in Sanmen Nuclear Power Plant (GBq/a·unit)

1)針對3 000 MWt熱功率的機(jī)組。

本研究強(qiáng)調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析工作在源項(xiàng)計(jì)算中的重要性。由于上述堆型核電廠有的剛投運(yùn)不久，有的還在設(shè)計(jì)建造階段，建議將來應(yīng)盡可能多地收集和分析電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)一步完善源項(xiàng)框架體系、計(jì)算參數(shù)和基本假設(shè)。

上海核工程研究設(shè)計(jì)院梅其良先生、深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司唐邵華女士、中廣核研究院有限公司蔡德昌先生、中國核電工程有限公司毛亞蔚女士、中國核動力研究設(shè)計(jì)院李蘭女士、蘇州熱工研究院有限公司上官志洪先生、清華大學(xué)李紅女士、生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心陳曉秋先生、吳浩先生等，對核電廠一回路源項(xiàng)和排放源項(xiàng)框架體系的構(gòu)建提出了寶貴的建議，在此對他們一并表示衷心的感謝！