核辐射对环境的影响及安全防护策略探究

核辐射对环境的影响及安全防护策略探究

许 纬

中核建中核燃料元件有限公司，四川省宜宾市 644000

摘要：近年来，核技术在医疗、电力、工业等诸多行业得到广泛应用，对改善能源结构、提高生产效率有重要的意义，并取得了显著的应用成果。与此同时，核电站等核设施在运行期间，会产生一定程度的核辐射，通过多种形态、途径影响到外部生态环境，由此引发一系列环境污染问题，不利于我国建设环境友好型社会。因此，应对核辐射对环境的影响进行深入研究，采取合理的处理措施，解决污染问题，实现核技术安全、高效应用目标。

关键词：核辐射；环境影响；安全防护；策略

中图分类号：TS5

文献标识码：A

引言

本文对核辐射环境污染进行了研究，分析不同放射性核辐射对生态环境造成的污染机理和实质性影响，并阐述了相关的核辐射安全防护策略，包括核辐射屏蔽、放射性场所分区管控、人流物流控制、通风改造、流出物处理、辐射监测、人体防护。通过探究核辐射的应用情况，开展核辐射的研究工作，了解核辐射的具体来源和规律，从根源上有效预防和解决核污染问题，确保核设施运行安全，并保障生态环境质量。

1核辐射对生态环境造成的影响

1.1铯-137的影响

铯-137作为一类常见的裂变产物，具有含量丰富、可迁移性的特征，裂变产额约为5.9%，半衰期为30年，当前已经在生物圈广泛分布，主要分布在土壤环境和动植物体当中。一方面，铯-137经过沉降后进入地表，与土壤环境中的有机质及粘土矿物保持紧密吸附状态，受到土壤颗粒迁移、颗粒沉积等外部因素影响，核辐射持续向四周地表空间运移，从而出现大范围土壤污染问题。根据相关调查结果显示，绝大多数铯-137长期循环在富含有机质与粘土矿物的土壤系统内，以4～12cm深度的土壤层作为分布层。

另一方面，铯-137还将通过大气沉积、表面吸附等途径，逐渐进入动物体和植物体内部。以切尔诺贝利核泄漏事故为例，根据后续调查结果显示，在1987-1994年间，一定含量的铯-137逐渐从土壤中转移到茶树茎秆、新生叶片，茶树中的铯-137净化有效半衰期为1750d。

1.2带电粒子射线的影响

α射线是以氦-4原子核为核心形成的α发射体，发射体按照特定不连续能量与独特半衰期持续向外发射，此类辐射有着粒子质量大、物质体内有效射程短、电离作用强的特征，仅对核项目周边环境造成一定程度的影响，推荐采取辐射屏蔽措施，在核辐射形成场所设置屏蔽层，隔离α射线向外传播。

β射线是在放射性核衰变期间形成的带电粒子，进行衰变反应时放出中微子并带走少量能量，从而形成具备连续谱的正/负电子流，此类电子流也被称为β粒子。根据环境污染情况来看，β射线有着电荷数量少、容易被物质吸收、有害性低的特征，设置3mm厚铝板作为外部屏蔽层，即可隔离绝大多数β射线，剩余少量β射线基本不会对生态环境质量、动植物健康状况造成明显影响。

中微子主要来源于核反应堆能量，除去具备微弱纯核力外，具有不带电荷、没有质量的特征，无法和物质产生相互作用，工作人员无需单独采取面向中微子的安全防护措施。

1.3　电磁波射线的影响

电磁波射线包括X射线、γ射线，两种射线的产生机理较为相似，X射线是在原子碰撞及能量传递期间持续产生，γ射线是在核衰变期间持续形成，两类射线都具备极高危害程度。以γ射线为例，普遍伴随α射线或是β射线形成，本质上属于一种高能量、高频率的电磁波，有着波长短、穿透性强的特征，在γ射线影响下，电子设备出现烧毁情况，诱发人体出现恶性肿瘤和染色体畸变等疾病，反应堆容器在长期照射下还会出现超温故障与缩短使用寿命。

2核辐射安全防护策略

2.1核辐射的屏蔽

1.屏蔽混凝土

此类材料有着原料充足、成本低廉、结构性能好的优势，多用于核电站项目。正常情况下，选用密度在3600g/cm3以内、抗压强度与抗拉强度分别不超过40MPa和3.2MPa的混凝土材料，屏蔽层主要拦截中子与γ射线。如果对屏蔽性能提出严格要求，则需要把混凝土密度提高值4600g/cm3或5700g/cm3以上，混凝土制备期间掺加适量金属矿物集料，但这会提高材料成本与改变结构状态。例如，南华大学近年来研制一款新型屏蔽混凝土材料，选用磁铁矿石、钢珠作为骨料，屏蔽混凝土的γ射线屏蔽性能得到显著提升。同时，也可选择在混凝土配合比方案中额外增加纤维材料，包括碳纤维、钢纤维等，这不但可以改善混凝土力学性能，还可以在中子屏蔽期间预防二次y射线出现。

2.高硼钢

此类材料多用于移动式核反应堆项目，早期高硼钢的硼含量控制在0.5%，根据使用情况来看，有着冲击韧性离散的局限性，实际屏蔽效果有限，后续采取添加Ni元素、Mo元素等改进措施，冲击韧性提升至90J/cm2以上，已初步满足核辐射屏蔽需求。为进一步改善屏蔽效果，可选择采取快速凝固、热处理、改变熔体结晶顺序等多项措施，以强化高硼钢力学性能作为改善思路。以快速凝固技术为例，在原材中添加钛粉、硼粉的混合物，把熔体直接注入模具内快速凝固，所制备高硼钢的强度普遍在1800～2500MPa，且具备十分优异的耐磨性能，在核项目投运使用期间，基本不会出现屏蔽层失效、屏蔽层更换问题。

2.2放射性场所分区管控

核项目由废物贮存区、库房控制室、人员通道、监测区等诸多工作场所组成，各处区域的核辐射量存在明显差异，如果完全采取相同规格的防护措施，无疑会抬高项目总体使用成本。因此，工作人员需要采取分区管控措施，根据项目情况与参考同类核项目案例，准确掌握各处工作场所的核辐射水平、环境污染程度，根据已知信息把核项目现场划分为控制区、监督区和非辐射区，再根据防护需求编制面向各类区域的专项核辐射安全防护技术方案。

2.3人体防护

1.外照射防护

采取距离防护或是屏蔽防护方法。距离防护是在放射源周边间隔一定距离布置控制室等工作区域，核辐射传播至工作区域时，本身出现衰减情况，工作服足以隔离衰减后的核辐射。屏蔽防护是在各处功能用房维护结构上铺设屏蔽层，核辐射穿过屏蔽层时出现电离碰撞或吸收现象，仅剩少量核辐射完全穿透屏蔽层。

2.内照射防护

以阻断核辐射进入人体途径作为安全防护思路，搭配采取包容、隔离、净化、稀释等多项措施。以包容措施为例，在项目运作期间，使用特种容器对放射性物质进行密闭处理，保持放射源和工作场所空气环境相互隔绝，具体可选择在工作场所配备手套箱、通风橱等装备。此外，定期组织职业健康检查，对工作人员的身体健康程度进行诊断，如果出现神经中枢受损、消化系统损伤等异常，表明工作人员长期受到过量核辐射照射，需要深入分析问题形成原因，找出现有核辐射安全防护体系的漏洞，后续采取相应处理措施，预防核辐射过量问题再次发生。

2.4通风改造

为有效控制核项目工作场所内的核辐射水平，阻断核辐射通过空气向外部环境传播的途径。在项目建造期间，需要采取通风过滤技术，工作场所内部安装空调风机，持续向室内引入新鲜冷空气和向外排出辐射水平较高的浑浊空气，确保各处工作场所的换气频率、次数达到相应标准。以放射性废物贮存区为例，把实际换气次数控制在2～3次/小时。随后，对常规通风系统进行屏蔽改造，具体可采取负压类动态屏蔽、正压类动态屏蔽方法，使得通风系统具备屏蔽功能，拦截核辐射向外扩散。

结束语

综上所述，为实现安全生产目标，推动我国核事业迈入全新的阶段。工作人员必须提高对核辐射环境污染问题的重视程度，全面了解各类核辐射对外部环境造成的影响情况，落实核辐射屏蔽、分区管控、人流物流控制、通风改造等多项安全防护策略，降低核辐射污染问题出现概率，保护生态环境不受破坏。

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