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。
参考文献:
[1]符华群.核与辐射对环境的影响及防护策略探讨[J].新型工业化,2021,11(2):103-105.
[2]李元岗,刘颖,苏晓书,等.城市放射性废物库辐射环境影响研究[J].环境科学与管理,2023,48(2):173-178.
[3]易鹞,徐伯钧,贾牧霖.某核电站辐射环境影响及对策研究[J].环境科学与管理,2020,45(6):142-146.