流出物氚的化學(xué)類別及監(jiān)測方法

1、重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫核電廠流出物排放氚的化學(xué)核電廠流出物排放氚的化學(xué)類別類別及及監(jiān)測方法研究監(jiān)測方法研究蘇州熱工研究院有限公司環(huán)境檢測中心蘇州熱工研究院有限公司環(huán)境檢測中心黃彥君黃彥君 2014年年10月月聯(lián)系方式：聯(lián)系方式：重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫主要內(nèi)容主要內(nèi)容1、研究背景2、核電廠流出物排放的氚3、氚的監(jiān)測方法4、結(jié)論重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)

2、的工作；練好最基本的功夫1、研究背景、研究背景q1、氚的基本性質(zhì)氚是一種弱放射性核素，物理半衰期為12.33年（45008天）。氚的化學(xué)形態(tài)主要包括HT（元素）、HTO（氚化水）、OBT（有機(jī)結(jié)合氚）、CH3T（氚化甲烷），這些化學(xué)形態(tài)的氚在GB 18871-2002）中均被列入低毒核素組。氚的劑量轉(zhuǎn)換因子很小。氚是氫的同位素，其原子質(zhì)量是氫的3倍，其反應(yīng)性、滲透性和吸收性等基本屬性與其氫相同。因此氚在化學(xué)物質(zhì)中極易取代分子中的氫原子，形成諸如HT、HTO、OBT等化學(xué)物質(zhì)。重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫1、研

3、究背景、研究背景q2、氚的來源q自然界產(chǎn)生，包括宇宙射線反應(yīng)、巖石圈和水圈所含鈾的三元裂變： 自然界的氚主要由宇宙射線與地球上層大氣中的原子反應(yīng)生成，主要反應(yīng)包括：自然界的氚主要由宇宙射線與地球上層大氣中的原子反應(yīng)生成，主要反應(yīng)包括：14N + n 3H + 12C16O + n 3H + 14N14N + p 3H + 產(chǎn)物產(chǎn)物16O + p 3H + 產(chǎn)物產(chǎn)物q自然界產(chǎn)生的氚構(gòu)成了環(huán)境中氚的“本底”。在1954年大規(guī)模開展大氣層核試驗(yàn)之前，全球降水中的天然氚濃度為0.62.4Bq/L，海洋表層水和陸地表層水中的天然氚濃度分別為0.1 Bq/L和0.20.9 Bq/L，平均為0.4 Bq/L

4、。根據(jù)UNSCEAR 2000年報(bào)告，自然界氚的本底對全球公眾造成的年待積有效劑量僅為0.01Sv/a。重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫1、研究背景、研究背景q2、氚的來源q自從1945年起，人類開始開展大氣層核試驗(yàn)（包括原子彈和氫彈大氣層試驗(yàn)），造成環(huán)境中氚濃度水平顯著升高；特別是1953年開始的氫彈實(shí)驗(yàn)，使大量的人工氚釋放到環(huán)境。重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫1、研究背景、研究背景q2、氚的來源q核設(shè)施運(yùn)行產(chǎn)生的氚燃料元件中三

5、元裂變：235U + n X+Y + 3H燃料元件中產(chǎn)生的3He中子活化：3He + n 3H + p對于壓水堆，氚還可以通過二次中子源（Sb-Be）中的9Be產(chǎn)生：9Be + n 3H + 7Li反應(yīng)堆冷卻劑活化產(chǎn)生：10B + n 3H +2；6Li + n 3H +；2H + n 3H +q通過反應(yīng)堆冷卻劑活化產(chǎn)生的氚是核電廠排放氚的主要來源。重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫1、研究背景、研究背景q3、氚的排放控制q壓水堆核電廠排放的氚產(chǎn)生量大，核素半衰期長（半衰期為12.33a），且目前不能通過核電廠三廢

6、系統(tǒng)中常規(guī)的除鹽、過濾、離心等方法進(jìn)行有效去除，因此是壓水堆核電廠向環(huán)境排放的最主要的、排放量最大的放射性核素。核電廠類型氣態(tài) (GBq/MW)液態(tài)(GBq/MW)PWR3.7025.9BWR1.853.70HWR740185GCR7.4011.1重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫1、研究背景、研究背景q3、氚的排放控制核電廠額定功率（MW）氣態(tài)液態(tài)總排放量(GBq)歸一年排放量(GBq/MW)總排放量(GBq)歸一年排放量(GBq/MW)秦山核電站310-2.88E+492.90秦山二核6502-3.72E+42

7、8.62秦山三核70025.56E+439.715.33E+438.07大亞灣核電站9842-6.56E+433.33嶺澳核電站9902-5.07E+425.61田灣核電站10602-1.77E+48.35重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫1、研究背景、研究背景3、氚的排放控制、氚的排放控制q氚的排放應(yīng)滿足表1和表2的要求。q同時(shí)應(yīng)滿足：q內(nèi)陸核電廠排放口下游1km處受納水體氚濃度不超過100Bq/L。GB 6249未明確流出物應(yīng)監(jiān)測氚的化學(xué)類別！未明確流出物應(yīng)監(jiān)測氚的化學(xué)類別！重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事

8、，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫1、研究背景、研究背景q4、氚的化學(xué)類別對排放控制的影響q目前核電廠液態(tài)流出物中一般僅開展HTO中氚的監(jiān)測；氣態(tài)流出物早期主要開展HTO（氚化蒸汽）的監(jiān)測，后陸續(xù)采用全氚監(jiān)測。對可能的化學(xué)種類未進(jìn)行識別。q主要影響：可能低估核電廠的排放量及排放氚對環(huán)境和公眾的影響。q燃料包殼中的氚主要是T2，可用于監(jiān)控燃料包殼破損。重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫2、核電廠流出物排放的氚、核電廠流出物排放的氚q液態(tài)流出物排放的氚壓水堆液態(tài)流出物中排放的

9、氚主要以HTO形態(tài)排放（濃度在MBq/L量級）。OBT形態(tài)排放的僅為HTO形態(tài)排放的百萬分之一（0.55Bq/L）（法國Belleville核電廠和Nogent核電廠監(jiān)測）。一回路水處理樹脂的洗滌可能是OBT的主要來源。Cf.: J. Radiol. Prot. 29(2009)163-173；Radiat. Prot. Dosimet. 16(1986)45-48.重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫2、核電廠流出物排放的氚、核電廠流出物排放的氚q環(huán)境中大氣氚的三種化學(xué)類型：HTO、HT和CH3T。q核電廠氣載流出

10、物排放可能也有HT和CH3T ，一些文獻(xiàn)表明，已有相關(guān)HT和CH3T的排放控制要求和監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括氣載流出物及核設(shè)施周圍環(huán)境，特別是在乏燃料處理設(shè)施、產(chǎn)氚設(shè)施（如美國Savannah河設(shè)施）附近的環(huán)境空氣中。產(chǎn)氚設(shè)施正常運(yùn)行排放中HT占20%，事故釋放近100%。qCf.: Investigation of environmental fate of tritium in the atmosphere. Canadas Nuclaer Regulator, 2009.重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫2、核電廠流出

11、物排放的氚、核電廠流出物排放的氚q氣載流出物排放的氚：q對Candu堆，存在HT釋放。但無監(jiān)測數(shù)據(jù)。qDarlington核電廠：有一氚處理設(shè)施，用于濃集慢化劑即重水中的氚（作為氚化金屬）CF.: Tritium Hazard Report Pollution and Radiation Risk from Canadian Nuclear Facilities, Canada Greenpeace, Ian, Frairie. 2007重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫2、核電廠流出物排放的氚、核電廠流出物排放的

12、氚q氣載流出物排放的氚：q對沸水堆和壓水堆，可能存在HT（T2）的排放，但僅占小部分。僅1%的氚以HT形態(tài)排放（指總氚，包括液態(tài)），絕大部分氚以HTO形式通過液態(tài)流出物排放。qCf. IEEE Transactions on Nuclear Science 19(1972): 27-39. 重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫2、核電廠流出物排放的氚、核電廠流出物排放的氚q1981年，英國Chapelcross核電廠排放給出HTO和HT的排放限值，分別為5*103TBq/a和5*106TBq/a。核電廠采用石墨堆。根

13、據(jù)wiki百科，電廠有兩臺機(jī)組用于氚生產(chǎn)（軍事）。CF.:Radiat. Protect. Dosimit. 16(1986). No.1-2, 31-36.重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫2、核電廠流出物排放的氚、核電廠流出物排放的氚q反應(yīng)堆一回路中的化學(xué)環(huán)境，可能允許HT和CH3T的形態(tài)存在。q為了使燃料元件和主回路設(shè)備表面腐蝕最低，化容系統(tǒng)使反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)保持著防腐蝕的最適宜條件。在發(fā)電運(yùn)行期間，把溶解的氫加到冷卻劑中去消除自由氧并防止氨氣生成?；菹到y(tǒng)能夠在標(biāo)準(zhǔn)溫度壓力下，在每公斤冷卻劑中保持25cm3

14、 溶解的氫，這是假定的預(yù)計(jì)消耗量。q壓水堆中碳14化學(xué)形態(tài)主要是CH4，可能含有氚化鉀烷。重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫2、核電廠流出物排放的氚、核電廠流出物排放的氚q劑量系數(shù)：qCf.: IAEA TRS 421重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫2、核電廠流出物排放的氚、核電廠流出物排放的氚q初步結(jié)論：q1、核電廠存在產(chǎn)生除氚外化學(xué)形態(tài)的環(huán)境；q2、根據(jù)已查閱的資料顯示，核電廠除氚外的化學(xué)形態(tài)排放占比很小，包括氣態(tài)和液態(tài)；q3、未

15、查閱到液態(tài)流出物和氣載流出物排放氚中除HTO外其他化學(xué)形態(tài)的具體監(jiān)測數(shù)據(jù)。重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫3、氚的監(jiān)測方法、氚的監(jiān)測方法qHTO監(jiān)測無異議。q主要關(guān)注HT、CH3T和其他有機(jī)氚的監(jiān)測。q核電廠對液態(tài)流出物中OBT未監(jiān)測，無相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)支持；q核電廠對氣載流出物基本上開展了全氚的監(jiān)測，但未區(qū)分HT、CH3T等化學(xué)形態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，例如，嶺澳核電廠采用法國SEDC公司的MARC7000氚有樣器、秦山三期采用加拿大BOT Engineering公司的ES-MS12C氚碳采樣器。美國EPA亦提出應(yīng)開展全氚的監(jiān)

16、測。qCF.：USEPA 1975. Analysis of carbon-14 and tritium in reactor stack gas.重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫3、氚的監(jiān)測方法、氚的監(jiān)測方法重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫3、氚的監(jiān)測方法、氚的監(jiān)測方法q對氣載流出物中HT和CH3T的監(jiān)測方法，在日本、美國等的環(huán)境監(jiān)測中已有較好的方法。q監(jiān)測的目的：監(jiān)控可能與監(jiān)測核事故、核試驗(yàn)、燃料處理設(shè)施等有關(guān)。重實(shí)際，干實(shí)事，

17、結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫3、氚的監(jiān)測方法、氚的監(jiān)測方法熊本市熊本市六所村燃料處六所村燃料處理設(shè)施理設(shè)施土歧市土歧市Cf.: J. Environment. Radioact. 102(2011) 837-842; J. Nucl. Radiochem. 8(2007)117-129重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫3、氚的監(jiān)測方法、氚的監(jiān)測方法HT催化催化 CH3T催化催化重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最

18、基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫3、氚的監(jiān)測方法、氚的監(jiān)測方法重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫3、氚的監(jiān)測方法、氚的監(jiān)測方法/groups/tritium/Cf.: Atmospheric HT and HTO: 1. Expermiental procedures and tropospheric data 1968-1972. Tellus 26, 91-102.重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫3、氚的監(jiān)測方法、氚的監(jiān)測方法估算：估算：1atoms T/mg of air=2.3mBq/m3（標(biāo)況體積空氣密度（標(biāo)況體積空氣密度1.29kg/m3）CF.: Tellus 56B(2004):183-193數(shù)十?dāng)?shù)十mBq/m3以上，與以上，與HTO的體積濃度在同一的體積濃度在同一量級量級重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果重實(shí)際，干實(shí)事，結(jié)實(shí)果 做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫做好最基礎(chǔ)的工作；練好最基本的功夫3、氚的監(jiān)測方法、氚的監(jiān)測方法CF.: Tellus 56B(2004):183-193可