核安全工程師綜合知識第二章

核安全綜合知識周志偉注冊核安全工程師考試復(fù)習(xí)2012年7月;Cell:1第一頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》第二章核能和核技術(shù)應(yīng)用考試要求1.熟悉輻射源的種類2.了解放射性同位素的基本特性。3.了解反應(yīng)堆和加速器生產(chǎn)同位素的基本知識。4.了解放射性同位素在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、食品加工等行業(yè)的應(yīng)用。5.熟悉放射性同位素在行業(yè)的應(yīng)用中的輻射安全問題。6.了解輻射產(chǎn)生器/設(shè)施的應(yīng)用。7.熟悉輻射產(chǎn)生器/設(shè)施在應(yīng)用中的核與輻射安全問題。8.了解與核燃料循環(huán)設(shè)施有關(guān)的基本知識。9.熟悉核燃料循環(huán)設(shè)施在選址、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、退役等階段核與輻射安全方面的主要問題。2第二頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》第二章核能和核技術(shù)應(yīng)用復(fù)習(xí)內(nèi)容2.1輻射源種類

2.2反應(yīng)堆和加速器生產(chǎn)放射性同位素基本知識2.3放射性同位素在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品加工等行業(yè)的應(yīng)用2.4

放射性同位素應(yīng)用中的輻射安全問題

2.5射線裝置在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)的應(yīng)用2.6射線裝置應(yīng)用中的輻射安全問題2.7核燃料循環(huán)設(shè)施2.8核動力廠和其他反應(yīng)堆

2.9核動力廠和其他反應(yīng)堆的安全問題

3第三頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》2.1輻射源種類

一、天然輻射源宇宙射線：中子、質(zhì)子、電子、各種介子等高能粒子；宇生放射性核素：宇宙射線與大氣層多種元素相互作用產(chǎn)生的放射性核素原生放射性核素：自地球形成就在地殼內(nèi)存在的放射性核素，釷、鈾、錒鈾系

二、人工輻射源核設(shè)施：核動力廠和其他反應(yīng)堆；核燃料生產(chǎn)、加工、儲存和后處理設(shè)施；放射性廢物處理和處置設(shè)施。反應(yīng)堆輻射源γ輻射源：瞬發(fā)、緩發(fā)、其他(俘獲、n非彈散激發(fā))γ射線中子源：瞬發(fā)(2-3/fi,2MeV,峰值約0.8MeV，1012-1015n/s.cm2)、緩發(fā)中子(0.0158/fi，能量較低)核燃料循環(huán)設(shè)施：核燃料循環(huán)設(shè)施包括核燃料生產(chǎn)、加工、貯存和后處理設(shè)施等。后處理主要內(nèi)容有：（1）除掉裂變產(chǎn)物；（2）回收未燃燒的燃料；（3）回收生成的可裂變物質(zhì)（如钚）等。4第四頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》核技術(shù)應(yīng)用密封源：密封在包殼里或緊密固結(jié)在覆蓋層里并呈固體形態(tài)的放射性物質(zhì)α放射源：α放射源主要用于煙霧報(bào)警器、靜電消除器和放射性避雷器等的離子發(fā)生器。常用的α放射性核素有210Po、238Pu、239Pu、241Am、235U、238U等。β放射源：3H、14C低能光子源：125I，244Cmγ放射源：60Co，137Cs，各種用途源的特性見表2-1中子源：（α，n），（γ，n），見表2-25第五頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》非密封源：不符合密封源定義的開放源工作場所分級：甲、乙、丙三個等級（表2-3）放射性核素毒性分組：放射性核素毒性分組，極毒、高毒、中毒、低毒；表2-4，表2-5。射線裝置：χ射線機(jī)、加速器、中子產(chǎn)生器χ射線機(jī)：χ射線機(jī)的種類很多，如診斷χ射線機(jī)、治療χ射線機(jī)、工業(yè)探傷χ射線機(jī)、χ射線分析儀等。加速器：利用電磁場使帶電粒子（如電子、質(zhì)子、氘核及重離子等）獲得高能量的裝置。按能量區(qū)分，有高能、中能和低能加速器。主要討論低能加速器輻射源。韌致輻射、中子、感生放射性。產(chǎn)生的輻射有瞬發(fā)輻射和緩發(fā)輻射。加速器類型見表2-6中子發(fā)生器：利用直流電壓，能量在1MeV以下，通過（d，n）反應(yīng)產(chǎn)生快中子的小型加速器。中子發(fā)生器加速離子的能量不高，多數(shù)在400KeV以下，也有的到600KeV。它的電源電流容量較大，一般能達(dá)到毫安數(shù)量級，高的可達(dá)數(shù)十毫安。利用D（d，n）3He和T（d，n）4He反應(yīng)獲得2.5MeV和14MeV能量的單能中子，110keV出現(xiàn)共振截面峰值達(dá)5b。一般產(chǎn)額109―1010n/s；強(qiáng)流中子發(fā)生器的中子產(chǎn)額可達(dá)到1012―1014n/s。6第六頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》2.2反應(yīng)堆和加速器生產(chǎn)放射性同位素基本知識知識要點(diǎn)：一、反應(yīng)堆生產(chǎn)放射性同位素

基本原理：主要由反應(yīng)堆產(chǎn)生，包括制靶、照射、活度測量、分裝反應(yīng)堆生產(chǎn)放射性同位素的產(chǎn)額，C=σφmPNA(1-e-λt)/A

輻照同位素過程中的輻射防護(hù)輻照同位素操作過程中必須采取一系列安全措施。其中包括：(1)必須使用遠(yuǎn)距離操作系統(tǒng)（如機(jī)械手）從反應(yīng)堆的輻照管道（或輻照室）提取同位素的樣品盒，操作系統(tǒng)必須安全、可靠；(2)不管是用機(jī)械的、氣動的還是用液壓的方法，從輻照管道（或輻照室）內(nèi)提取輻照樣品時，都不應(yīng)損壞樣品盒，使放射性物質(zhì)逸出；(3)從堆內(nèi)提取的樣品盒，在運(yùn)輸過程中應(yīng)有監(jiān)測儀器進(jìn)行監(jiān)測；(4)樣品盒應(yīng)嚴(yán)格密封，特別是對于那些容易泄漏的氣態(tài)或揮發(fā)性的同位素，如3H和131I的樣品盒，對其密封性必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，必要時要采用雙層密封；(5)對于有腐蝕性的靶材，必須選用耐腐蝕性的樣品盒。如生產(chǎn)203Hg時，由于汞能腐蝕金屬，它的泄漏會直接影響反應(yīng)堆的安全，必須予以充分重視；(6)選擇靶材時，必須全面考慮在受輻照后，其物理、化學(xué)性能的變化。如由于輻照分解、氣體析出等引起樣品盒內(nèi)溫度、壓力的變化。在輻照時樣品盒的爆炸將直接影響反應(yīng)堆的安全；(7)樣品盒的結(jié)構(gòu)形式及機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)便于提取和運(yùn)輸；(8)在輻照管道（或輻照室）的排風(fēng)管或其它適當(dāng)?shù)奈恢蒙蠎?yīng)設(shè)置連續(xù)工作的放射性氣體或微塵的監(jiān)測裝置，以便能及時發(fā)現(xiàn)樣品盒的泄漏，并采取適當(dāng)?shù)陌踩胧?/p>

7第七頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》二、加速器生產(chǎn)放射性同位素基本原理：帶電粒子轟擊靶料產(chǎn)生核反應(yīng)得到放射性同位素放射性藥物生產(chǎn)過程：制靶-轟靶-化學(xué)分離-配制（表2-7，醫(yī)用）加速器生產(chǎn)放射性同位素的特點(diǎn)（1）反應(yīng)堆中主要用（n，γ）反應(yīng)生產(chǎn)同位素，生成的同位素與靶材料是同一元素。加速器用（p，n）、（d，n）、（α，n）等反應(yīng)生產(chǎn)同位素，所生產(chǎn)的放射性同位素與靶材料元素一般不相同，故易于化學(xué)分離，可進(jìn)行無載體同位素的生產(chǎn)，從而獲得高純度、高比度放射性同位素。（2）加速器生產(chǎn)的同位素都是缺中子同位素，衰變時大多是電子俘獲（EC）或發(fā)射正電子（β+），不發(fā)射其它帶電粒子（α、β等），所以可用γ相機(jī)或正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（PET）進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷，病人所受的劑量小。例如甲狀腺診斷采用加速器生產(chǎn)的I23I，病人所受的劑量只有用反應(yīng)堆生產(chǎn)的131I的1%。（3）構(gòu)成生物機(jī)體的主要元素C、N、O的（n，γ）反應(yīng)截面很小，用反應(yīng)堆不能有效地生產(chǎn)臨床診斷上很需要的這類同位素，而用小型回旋加速器很容易制備11C、13N、15O等短壽命同位素，并可設(shè)置在醫(yī)院內(nèi)就近使用，十分方便。（4）加速器操作簡單，可以隨時啟動或停機(jī)，工作安全，檢查維修方便，工作中放射性污染的危險性小。8第八頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》2.3放射性同位素在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品加工等行業(yè)的應(yīng)用

知識要點(diǎn)：一、放射性同位素在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

放射性藥物影像診斷

γ照相機(jī)單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描儀（SPECT）

正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描儀（PET）骨密度儀放射源治療近距離治療：分表淺和腔內(nèi)治療遠(yuǎn)距治療：γ、射線照射

體外放射免疫分析9第九頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》二、放射性同位素在工業(yè)上的應(yīng)用

核儀表核子秤料位計(jì)測厚儀核子濕度密度儀：137Csγ源，測密度和Am-Be中子源，測水分放射性測井γ射線照相（探傷）機(jī)其它應(yīng)用通過輻射接枝交聯(lián)技術(shù)進(jìn)行改性，得到新的高分子化合物；利用放射性同位素210Po、238Pu等制作的放射性靜電消除器，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝容易、使用方便和不用電等優(yōu)點(diǎn)；利用放射性同位素發(fā)出的α射線使空氣電離，中和靜電而達(dá)到消除靜電的目的，可清除唱片、幻燈片、照相底片、攝影鏡頭等上的灰塵。10第十頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》三、放射性同位素在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

輻射育種進(jìn)行輻射育種的輻射可以是χ射線、γ射線和中子，用得最多的是60Coγ源。χ射線和γ射線輻照時，一般使用的劑量范圍為1.3×102―3.5×102Gy；對于中子輻照，一般使用的劑量范圍為1010―1013n/cm2。

農(nóng)藥、化肥示蹤農(nóng)副產(chǎn)品的輻照保鮮輻照保鮮用源主要為60Co，活度3.7×1014Bq（1萬Ci）以上。

刺激生物體生長四、放射性同位素在食品加工中的應(yīng)用放射性同位素在食品加工中主要用于滅菌保鮮。輻照過的酒可提高醇香度，相當(dāng)于放置幾年或幾十年。用放射性同位素輻照過的豬肉，保鮮期延長而味道不變。11第十一頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》2.4放射性同位素應(yīng)用中的輻射安全問題

一、放射性同位素在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的輻射安全問題

放射源和輻照劑量的選擇、控制在使用放射性同位素和放射源進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷和治療時，要選擇合適的放射源，制定合理的照射方案，仔細(xì)計(jì)算所需的照射劑量，防止病人接受過量照射。對注射放射性藥物的病人的管理設(shè)立注射放射性藥物后的病人專用候診室，病人必須在專用候診室候診，不得隨意走動，病人家屬和慰問者盡量遠(yuǎn)離患者，避免不必要的照射。也還應(yīng)避免病人之間相互影響。對接受了131I治療的患者，其體內(nèi)的放射性活度降至低于400MBq之前不得出院。放射源使用和貯存的安全輻射還要考慮韌致輻射；防止卡源、掉源和源不到位；用后要仔細(xì)清查放射源，防止丟失源和源被病人帶走。12第十二頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》放射性廢物（源）的處理處置放射性廢水除了操作工藝中可能產(chǎn)生少量放射性廢水外，還有清洗器皿、工具等的廢水，以及病人排泄物，一般采用衰變池或容器貯存衰變方法，經(jīng)檢測達(dá)標(biāo)后排放。放射性藥物的制備、分裝等，在密閉的手套箱或通風(fēng)柜中進(jìn)行操作。通風(fēng)柜操作口的風(fēng)速和通風(fēng)管道的高度等應(yīng)滿足規(guī)定要求，必要時通風(fēng)系統(tǒng)加高效過濾器。固體廢物主要有手套、口罩、工作服、注射器、針頭、塑料管、原料瓶、棉簽等。放射性廢物分類存放在暫存間，集中送城市放射性廢物庫。對工作人員、患者和公眾的防護(hù)敷貼時盡量縮短時間，戴防護(hù)手套、有機(jī)玻璃罩，減少射線對工作人員的照射。臨時加足夠的屏蔽，避免病人和其他人員受到不必要的照射。使用密封源的病人、病床和病室應(yīng)有標(biāo)記。γ射線遠(yuǎn)距治療機(jī)對病人進(jìn)行照射時，除接受治療的患者外，治療室內(nèi)不應(yīng)有其他人員。治療室必須與控制室分開。設(shè)計(jì)屏蔽厚度時應(yīng)使相鄰及附近地區(qū)的工作人員和居民所受的照射低于規(guī)定的限值。輻射監(jiān)測源檢查、源返回儲存、定期測量計(jì)量對放射性工作人員應(yīng)進(jìn)行個人劑量監(jiān)測并建立個人劑量檔案。每次照射完后，應(yīng)用劑量儀檢查治療室內(nèi)的輻射水平，以判斷源是否回到安全貯存位置，以免發(fā)生意外提供輻照音響報(bào)警相連的裝置。13第十三頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》二、放射性同位素在工業(yè)應(yīng)用中的輻射安全問題

輻射防護(hù)容器的設(shè)計(jì)和防護(hù)性能檢驗(yàn)生產(chǎn)線核儀表安裝、使用、維修和儲存中的輻射安全野外和施工現(xiàn)場作業(yè)時的輻射安全根據(jù)射線的輻射范圍，劃出一定范圍的警戒區(qū)域，并設(shè)置警戒線和標(biāo)志，必要時須有專人負(fù)責(zé)警戒，以防無關(guān)人員進(jìn)入輻射現(xiàn)場。在離道路、居民區(qū)和辦公區(qū)較近地點(diǎn)進(jìn)行輻照工作時，要盡量選擇夜間或人員較少的時間進(jìn)行工作，必要時，可與有關(guān)部門聯(lián)系疏散人員后再開始工作。工作結(jié)束，放射源使用完畢后，一定要檢查放射源是否已收回防護(hù)容器，經(jīng)監(jiān)測確認(rèn)放射源已收回防護(hù)容器后，才能離開現(xiàn)場。廢放射源的安全處置對已不能滿足使用或不再使用的閑置源，不得自行處理，特別是不能任意丟棄、掩埋和挪做他用，應(yīng)妥善保管，及時返回廠家或送城市放射性廢物庫。對關(guān)并停轉(zhuǎn)的企業(yè)和單位，要有專人負(fù)責(zé)放射源的安全保衛(wèi)工作，直至將放射源進(jìn)行了安全處置。

14第十四頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》三、放射性同位素在農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)應(yīng)用中的輻射安全

外照射的防護(hù)主要針對γ輻射裝置。γ輻照裝置的裝源量比較大，活度從1012Bq（102Ci）量級至1016Bq（106Ci）量級不等。為了防止人員受到大劑量的射線照射，應(yīng)該加強(qiáng)外照射的防護(hù)。設(shè)計(jì)屏蔽時，保證工作人員和周圍公眾所接受的劑量不超過規(guī)定的限值。要設(shè)置安全可靠的安全聯(lián)鎖和警告、報(bào)警裝置，防止人員誤照射。為了保證工作人員和附近居民的安全，可在有用的照射區(qū)外劃出控制區(qū)，設(shè)有醒目的輻射危險標(biāo)志，控制區(qū)外邊界上的劑量應(yīng)低于對公眾的劑量限值。防止貯源井水污染

倒源、裝源、換源等操作，均在水下操作。源上方有足夠厚的水屏蔽層。應(yīng)選用符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的密封源；貯源井應(yīng)使用去離子水；要加強(qiáng)貯源井水的監(jiān)測，定期監(jiān)測井水的放射性，以便及早發(fā)現(xiàn)水污染；水井應(yīng)防漏、防滲并有液位監(jiān)控；發(fā)現(xiàn)源有泄漏應(yīng)盡快進(jìn)行檢查處理；要定期檢查源的升降機(jī)構(gòu)的可靠性；停止輻照期間，源及其控制系統(tǒng)要妥善保管。防誤入、防盜。倒源、裝源、換源的輻射安全倒源、裝源、換源時要有足夠的防護(hù)措施，進(jìn)行模擬訓(xùn)練，以取得操作經(jīng)驗(yàn)。退役的60Co源活度一般仍很強(qiáng)，不能自行處理，要按規(guī)定返回生產(chǎn)廠家或送城市放射性廢物庫。在處置前要存放在安全可靠的源庫中，防止丟失、被盜。15第十五頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》2.5射線裝置在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)的應(yīng)用知識要點(diǎn)：一、醫(yī)療診斷和治療

χ射線機(jī)

χ射線在醫(yī)學(xué)上的用途較廣，最常用的是用于診斷和治療。目前主要有兩種診斷方法：一種是透視，另一種是攝影。用χ射線照射非正常細(xì)胞時，可殺死或抑制其繁殖生長，從而達(dá)到治療目的。χ射線計(jì)算機(jī)斷層掃描儀（CT）

CT是用χ射線對人體某部位一定厚度的層面進(jìn)行掃描，由探測器接受透過該層面的χ線，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夂?，由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再?jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字，輸入計(jì)算機(jī)處理獲得斷面的解剖圖像，并顯示在電視屏上或用照相機(jī)將圖像攝下。介入放射診療

介入放射診療是在影像診斷學(xué)、血管造影、細(xì)針穿刺和細(xì)胞病理學(xué)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它將單純的放射診斷技術(shù)與影像方法引導(dǎo)下的導(dǎo)管治療技術(shù)集于一體，為疾病診斷和治療開拓了新的途徑。16第十六頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》醫(yī)用加速器放射治療

加速器產(chǎn)生的χ射線、γ射線、中子、質(zhì)子等照射肌體的組織細(xì)胞，使細(xì)胞的分裂和代謝遭到破壞，殺死或抑制細(xì)胞的繁殖生長，從而達(dá)到治療的目的。這就是加速器放射治療的基本原理。我國癌癥發(fā)病每年約160萬人，主要采取化療、手術(shù)和放射治療。放射治療具有適應(yīng)癥寬、禁忌癥少、醫(yī)療費(fèi)用低和醫(yī)療風(fēng)險少、見效快等特點(diǎn)，所以有70%的癌癥病人采取放射治療。放射治療能否有效地殺死癌細(xì)胞，主要取決射線的生物學(xué)特征，即癌細(xì)胞對該射線的敏感度。敏感度又以氧增強(qiáng)比（OER）和生物效應(yīng)比（RBE）兩個參數(shù)來衡量。χ、γ、電子等低LET（傳能線密度）射線的OER為2.5―3.0，RBE≦1.0；高LET射線（快中子、質(zhì)子、重離子等）的OER為1.0―1.8，RBE≥2.0。OER低，說明殺傷力受癌細(xì)胞中含氧量的影響小，對乏O2癌細(xì)胞仍有較強(qiáng)的殺傷力；RBE高，說明能將癌細(xì)胞破壞到不可修復(fù)的程度。χ、γ、電子等射線容易得到，加速器結(jié)構(gòu)簡單，造價低，所以目前醫(yī)用電子直線加速器是放射治療的主要手段。χ射線、γ射線和電子屬于常規(guī)放療射線。醫(yī)用電子直線加速器的能量在50MeV以下，其中大部分運(yùn)行在6―35MeV之間。

17第十七頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》二、工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描儀（ICT）

工業(yè)CT是在醫(yī)用CT的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一種用于對工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行探傷、無損檢測的先進(jìn)設(shè)備。它能快速、精密、準(zhǔn)確地再現(xiàn)物體內(nèi)部的三維立體結(jié)構(gòu)，能夠定量地提供物體內(nèi)部的物理、力學(xué)特征，如缺陷的位置及尺寸、密度的變化；物體內(nèi)部的雜質(zhì)及分布等。工業(yè)CT可分為γ射線源工業(yè)CT、χ射線工業(yè)CT和加速器射線工業(yè)CT。加速器射線源工業(yè)CT主要用于大型工業(yè)產(chǎn)品和工件（如鍋爐、壓力容器、化工設(shè)備、航空航天器材等）的質(zhì)量檢測。加速器工業(yè)CT的工作原理是：由電子直線加速器產(chǎn)生的電子束打鎢靶產(chǎn)生χ射線，χ射線穿透物體后被探測器接收并給出積分信號，經(jīng)變換后還原出物體內(nèi)部的密度結(jié)構(gòu)圖。加速器工業(yè)CT由加速器射線源、探測器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號傳輸及接口、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。整個系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，自動完成所有的測量功能。電子直線加速器能量一般為6MeV―20MeV，可檢測的厚度等效成鋼約0.3m，一般檢測工件的長度可達(dá)2.5―3m，工件最大重量≈2000kg。18第十八頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》三、工業(yè)輻照加速器

由于加速器所獲得的粒子種類多，能量范圍廣，而且能量、強(qiáng)度和方向可以調(diào)節(jié)，并能精確地控制。加速器還可以隨時啟動或停機(jī)，工作安全，檢查維修方便等。所以在工業(yè)輻照上得到了廣泛應(yīng)用。與鈷源輻照裝置相比，加速器的束流強(qiáng)度大，發(fā)散角小，束流密度大，特別適用于作為大功率輻照源。一臺加速器的平均功率輸出最高可達(dá)150KW，這就相當(dāng)于3.75×1017Bq（1千萬Ci）的60Co源。同時，加速器作為輻照源不象鈷源那樣會遇到放射性衰變而需要換源、加源和放射源退役的問題。

工業(yè)輻照加速器一般采用電子直線加速器，還有少量采用電子靜電加速器、電子簾輻照裝置、高頻單腔電子加速器等。通常電子能量從零點(diǎn)幾MeV―十幾MeV，功率從零點(diǎn)幾KW―30KW，電子掃描寬度為0.4―1m。加速器工業(yè)輻照，是利用加速器產(chǎn)生的電子束對產(chǎn)品進(jìn)行輻照，產(chǎn)品受大劑量輻照后，產(chǎn)生生物、化學(xué)或物理效應(yīng)，達(dá)到改性、滅菌、保鮮、提高產(chǎn)品質(zhì)量、制造新材料等目的。它具有工藝簡單、能耗低、公害小、易自動化、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。主要應(yīng)用于食品輻照保鮮；材料輻照改性；醫(yī)療用品輻射滅菌等。19第十九頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》四、中子發(fā)生器的應(yīng)用14MeV中子活化分析

中子發(fā)生器體積小、流強(qiáng)大、造價低、易于操作維護(hù)、可提供14MeV中子，是核技術(shù)應(yīng)用的重要工具之一。中子活化分析具有靈敏度高，可進(jìn)行痕量分析（10-9―10-13克）；分析速度快，精度高；可進(jìn)行多個元素的同時分析；非破壞性分析；可以對化學(xué)性質(zhì)非常相近的元素進(jìn)行分析等特點(diǎn)。

反應(yīng)堆中子活化分析是最重要的一種。高產(chǎn)額中子發(fā)生器使14MeV中子活化分析也進(jìn)入多元素痕量多元素分析技術(shù)的行列。中子測井

中子測井就是利用中子與鉆井周圍巖石和井內(nèi)介質(zhì)起作用、研究鉆井剖面、尋找有用礦藏及研究油井工程質(zhì)量的一種礦場地球物理方法。

中子輻射育種

中子的相對生物效應(yīng)高、電離密度大、能夠誘發(fā)產(chǎn)生較多的對人類有益的突變而日益受到育種工作者的重視。用γ射線和快中子照射水稻種子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在適宜的引變劑量下，快中子誘發(fā)的葉綠素突變率較γ射線誘發(fā)的高1―2倍。用鈷―60γ射線和快中子分別處理水稻珍珠矮，結(jié)果也表明用中子誘變產(chǎn)生的變異頻率明顯地要比用γ射線處理的高?？熘凶又伟嚎熘凶哟┩改芰?qiáng)，治癌的好手段；滿足1012~1013n/s，10MeV以上。

其它應(yīng)用快中子照相、生產(chǎn)短壽命核素、測量材料的屏蔽性能、聚變堆材料輻照試驗(yàn)20第二十頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》2.6射線裝置應(yīng)用中的輻射安全問題知識要點(diǎn)：一、X射線機(jī)應(yīng)用中的輻射安全問題

放射診斷χ射線機(jī)的輻射安全慎重使用放射診斷，做到放射診斷正當(dāng)化?？刂乒ぷ魅藛T和受檢者的照射劑量，實(shí)現(xiàn)輻射防護(hù)最優(yōu)化。（1）為了避免或減少放射工作人員和受檢者的放射損傷，應(yīng)盡量減少不必要的照射。（2）盡可能用劑量較低的檢查代替劑量較高的檢查。一次胸透的平均皮膚劑量為13mGy，而一次胸部攝影的平均皮膚劑量只有透視時的二十四分之一。（3）盡量用非放射檢查代替放射檢查。（4）減少透視時間，控制受檢者照射劑量。（5）遠(yuǎn)離照射野。站在受檢者身旁注射造影劑的工作人員，從距離照射野10cm處移至30cm處可使其所受照射量減少近10倍。21第二十一頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》進(jìn)行必要的輻射屏蔽

防護(hù)設(shè)施要求可參照《醫(yī)用診斷χ射線衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》攝影機(jī)房有用線束朝向的墻壁應(yīng)有2mm鉛當(dāng)量的防護(hù)厚度。其它側(cè)墻壁和天棚（多層建筑）應(yīng)有1mm鉛當(dāng)量的防護(hù)厚度。透視機(jī)房的墻壁均應(yīng)有1mm鉛當(dāng)量的防護(hù)厚度。劑量監(jiān)測（1）出廠前應(yīng)經(jīng)國家規(guī)定的放射防護(hù)部門鑒定，取得防護(hù)性能合格證。（2）χ射線機(jī)安裝完畢后，應(yīng)進(jìn)行機(jī)房防護(hù)性能的驗(yàn)收監(jiān)測，驗(yàn)收合格后才能正式投入使用。（3）工作條件、操作方式和防護(hù)設(shè)施發(fā)生變化時，應(yīng)進(jìn)行工作場所和周圍環(huán)境的輻射劑量監(jiān)測。（4）工作人員的個人劑量監(jiān)測，建立個人劑量檔案。（5）定期對χ射線機(jī)的輻射水平進(jìn)行監(jiān)測。制定輻射防護(hù)規(guī)章制度和操作規(guī)程并嚴(yán)格遵守執(zhí)行。為了使各種防護(hù)措施得以實(shí)施，確保工作人員、受檢者和公眾的安全，各醫(yī)院的放射科乃至每一臺χ射線機(jī)都要制定輻射防護(hù)規(guī)章制度和操作規(guī)程，并張貼在墻上。工作人員必須嚴(yán)格遵守各項(xiàng)規(guī)章制度和操作規(guī)程。22第二十二頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》深部χ線治療室的屏蔽深部治療χ射線機(jī)設(shè)治療室和控制室，為了屏蔽射線，治療室應(yīng)有足夠厚的屏蔽墻，使工作人員和公眾所接受的年有效劑量低于規(guī)定的劑量限值。建成后，應(yīng)對防護(hù)設(shè)施的防護(hù)效果進(jìn)行驗(yàn)收監(jiān)測，驗(yàn)收合格后才能正式投入運(yùn)行。安全聯(lián)鎖裝置。放射治療所用的χ射線的能量一般高于診斷χ射線。治療室內(nèi)的漏射線和散射線的輻射水平較高，必須安裝門和控制臺之間的聯(lián)鎖裝置，用于防止在機(jī)器運(yùn)行時人員誤入治療室，萬一門被打開，應(yīng)能自動關(guān)機(jī)。必須對安全聯(lián)鎖裝置的功能定期進(jìn)行檢查和維修，防止因聯(lián)鎖裝置故障造成事故照射。制定照射方案，減少對患者的副作用

能用非放射方法治療的疾患，盡可能用非放射方法代替。進(jìn)行放射治療時，要選擇合適的照射條件，要特別注意對敏感、關(guān)鍵的正常組織的防護(hù)。如對眼晶體、甲狀腺、性腺等器官和組織進(jìn)行屏蔽，以減少放射治療的副作用。劑量監(jiān)測（任何放射治療設(shè)備，均應(yīng)設(shè)有雙重測量系統(tǒng)），5%不確定度23第二十三頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》工業(yè)用χ射線機(jī)主要用于工業(yè)CT和工業(yè)探傷。有兩種情況，室內(nèi)固定點(diǎn)和現(xiàn)場檢查。在室內(nèi)進(jìn)行檢測時，設(shè)計(jì)的機(jī)房墻壁及門窗屏蔽厚度應(yīng)符合防護(hù)要求，使工作人員和周圍公眾所接受的有效劑量低于國家規(guī)定的限值?，F(xiàn)場χ線探傷和安檢等情況比較復(fù)雜，不僅要考慮職業(yè)工作人員的輻射安全，還要考慮鄰近工作人員和附近居民的安全?，F(xiàn)場探傷和安檢時，工作場所的安全防護(hù)。（1）輻射屏蔽措施（2）劃定控制區(qū)（3）防止大劑量誤照射（4）劑量監(jiān)測（5）加強(qiáng)管理現(xiàn)場探傷和安檢時，需要制定詳細(xì)的操作規(guī)程，并嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作。工作人員需經(jīng)放射防護(hù)和輻射安全培訓(xùn)，經(jīng)考試合格后才能上崗。24第二十四頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》二、加速器應(yīng)用中的輻射安全

1.輻射屏蔽2.感生放射性的防護(hù)

3.安全聯(lián)鎖裝置和警告裝置聯(lián)鎖裝置是指加速器存在某種危險狀態(tài)（如超劑量照射）時能立即自動切斷電源或束流的裝置。加速器必須設(shè)置安全聯(lián)鎖裝置，并且要有兩套以上的安全裝置。對放射治療的加速器，安全聯(lián)鎖裝置只有在下列條件滿足時，才允許進(jìn)行照射：（1）射線類型、射線能量、吸收劑量預(yù)選值、照射方式和過濾器規(guī)格等參數(shù)已選定；（2）控制臺必須顯示輻照參數(shù)預(yù)選值，并與治療室的一致；（3）治療室迷宮的防護(hù)門關(guān)閉。4.劑量監(jiān)測系統(tǒng)加速器安裝竣工后，必須按規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)收監(jiān)測，經(jīng)驗(yàn)收合格后才能正式投入運(yùn)行。運(yùn)行參數(shù)和屏蔽條件發(fā)生變化時，必須重新進(jìn)行監(jiān)測。在正常運(yùn)行狀況下，對工作場所和周圍環(huán)境的輻射水平每年監(jiān)測一次。對劑量監(jiān)測儀器要定期刻度。

25第二十五頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》用于放射治療的劑量監(jiān)測，應(yīng)滿足下列要求：

（1）必須安裝兩套獨(dú)立的劑量監(jiān)測系統(tǒng)，并能在控制臺上顯示監(jiān)測結(jié)果；（2）每一套劑量監(jiān)測系統(tǒng)必須能單獨(dú)終止輻照，一個系統(tǒng)發(fā)生故障不得影響另一個系統(tǒng)的功能；（3）兩套系統(tǒng)顯示的劑量讀數(shù)在輻照中斷或終止后必須保持不變，并且必須把顯示器復(fù)位到零，下次輻照才能啟動；（4）當(dāng)正常治療處的吸收劑量率超過額定值一倍時，能使輻照停止；當(dāng)兩套監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測值之差大于20%時，應(yīng)能使輻照停止。工作人員必須進(jìn)行個人劑量監(jiān)測，并建立檔案。5.對病人的防護(hù)

對病人防護(hù)的基本原則是保證治療部位接受適宜劑量的同時，使非治療部位接受的劑量低于規(guī)定的限值。放射治療應(yīng)當(dāng)符合正當(dāng)化要求，只有當(dāng)治療帶來的利益大于所付的代價時，照射才允許進(jìn)行。

（1）控制照射量，減少不必要的照射

（2）減少泄漏輻射

（3）治療室設(shè)置監(jiān)視裝置及通話裝置

26第二十六頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》6.輻射安全管理加速器的安全運(yùn)行和使用不僅取決于各類人員的技術(shù)水平，而且取決于安全機(jī)構(gòu)的管理水平。（1）輻射安全機(jī)構(gòu)

輻射安全機(jī)構(gòu)的職責(zé)是：（A）制定輻射安全規(guī)程并監(jiān)督執(zhí)行；（B）監(jiān)測輻射水平，控制輻射危害，對異常情況及時報(bào)告主管部門；（C）對有關(guān)人員進(jìn)行輻射安全的教育和培訓(xùn)；（D）定期檢查和監(jiān)督輻射安全裝置的使用情況；（E）參與輻射安全事故的調(diào)查和處理；（F）由于輻射安全方面的原因，有權(quán)提出停止加速器運(yùn)行。（2）制定各種規(guī)章制度和操作規(guī)程

規(guī)程包括：

（A）加速器運(yùn)行操作規(guī)程；（B）加速器照射程序和患者須知；（C）劑量監(jiān)測計(jì)劃；（D）事故應(yīng)急程序。27第二十七頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》7.安全操作要求（1）操作人員必須經(jīng)放射防護(hù)和專業(yè)知識培訓(xùn)，并經(jīng)考試合格后方可上崗；（2）操作人員必須遵守各項(xiàng)操作規(guī)程，認(rèn)真檢查安全聯(lián)鎖，嚴(yán)禁在去除安全聯(lián)鎖的情況下開機(jī)；（3）照射期間，必須有兩名操作人員值班。嚴(yán)禁操作人員擅自離開崗位，必須密切注視控制臺儀表及患者狀況，發(fā)現(xiàn)異常及時處理；（4）必須防止各類事故，萬一發(fā)生意外，立即停止照射，及時將患者移出照射野，并注意保護(hù)現(xiàn)場，便于正確估算患者受照劑量，作出合理評價。8.其他在電子加速器運(yùn)行時，還存在臭氧、微波等非輻射危害，也必須采取安全措施，防止發(fā)生事故，因此應(yīng)該用金屬片或金屬網(wǎng)將加速器的微波組件開口處屏蔽，以保證在人員工作的場所微波功率密度低于國家規(guī)定的限值。

28第二十八頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》三、中子發(fā)生器應(yīng)用中的輻射安全

中子發(fā)生器的主要危害是中子和氚。另外，χ射線也值得注意。中子的輻射屏蔽

中子發(fā)生器產(chǎn)生快中子，屏蔽快中子的原理是將高能中子慢化到熱能或接近熱能，然后再被俘獲吸收。通常先用重物質(zhì)非彈性散射將快中子慢化到低能中子，再用含氫材料彈性散射將中子進(jìn)一步慢化到熱中子，最后用吸收截面很高的材料吸收熱中子。結(jié)構(gòu)屏蔽中廣泛使用混凝土。由于中子的非彈性散射、輻射俘獲反應(yīng)（n，γ）和活化，在屏蔽中子時會產(chǎn)生γ射線，在屏蔽中子的同時還要考慮對γ射線的防護(hù)。氚的防護(hù)

為有效地防止氚的污染，應(yīng)采取必要的防護(hù)措施：（1）在操作氚靶時，絕對禁止用手直接接觸靶面。（2）氚靶應(yīng)貯存在干燥器內(nèi)，然后放在通風(fēng)柜中，廢靶應(yīng)作為放射性廢物處置。（3）一臺中子發(fā)生器運(yùn)行半年后，機(jī)械泵油中氚的濃度為1.1×109Bq/m3，廢真空泵油應(yīng)貯存在密閉容器內(nèi)，并有良好通風(fēng)，廢真空泵油應(yīng)作為放射性廢物處置。（4）檢修真空泵時，對檢修人員應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施，并要避免油的灑漏。（5）換靶或檢修加速器需要打開真空系統(tǒng)時，要小心氚有可能進(jìn)入空氣。（6）真空系統(tǒng)前級泵排出的廢氣中，含有相當(dāng)量的氚。因此前級泵的排氣口應(yīng)安裝到建筑物外面。對強(qiáng)中子發(fā)生器，氚排放量較高，應(yīng)在前級泵的排氣口安裝氚處理系統(tǒng)。29第二十九頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》密封管型中子發(fā)生器的輻射防護(hù)

密封管型中子發(fā)生器（通常稱為中子管）往往在野外使用（如中子測井等），此時應(yīng)用柵欄或繩索限定輻射控制區(qū)，防止無關(guān)人員進(jìn)入控制區(qū)。中子管本身對氚有一定程度的防護(hù)，但應(yīng)避免管子的偶然破裂，防止氚的污染。中子管報(bào)廢后應(yīng)返回生產(chǎn)廠家處理，不得自行拆卸。30第三十頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》2.7核燃料循環(huán)設(shè)施

一、核燃料循環(huán)的基本概念

核燃料循環(huán)的定義核燃料所經(jīng)歷的包括燃料加工、核能利用和燃料后處理等一系列步驟稱為核燃料循環(huán)?！昂巳剂涎h(huán)前段”指：在核燃料循環(huán)中，制成燃料元件供反應(yīng)堆使用之前的一系列工業(yè)活動，包括鈾礦勘探、礦石開采與冶煉、鈾同位素富集、燃料元件制造；

“核反應(yīng)堆”指核燃料發(fā)生核裂變反應(yīng)以利用其核能和/或生產(chǎn)新核燃料的設(shè)施，通常還附設(shè)新燃料儲存和乏燃料暫時貯存；“核燃料循環(huán)后段”指：在核燃料循環(huán)中，燃料元件從反應(yīng)堆卸出后的一系列工業(yè)活動，包括乏燃料暫時貯存、乏燃料后處理、鈾轉(zhuǎn)化并再富集、鈾/钚再制成燃料、放射性廢物處理與處置以及主要物料在上述各環(huán)節(jié)之間的運(yùn)輸。31第三十一頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》一、核燃料循環(huán)的基本概念

核燃料循環(huán)的模式

按照對乏燃料的管理策略的不同，核燃料循環(huán)基本上有兩大模式：

⑴后處理模式；如果將反應(yīng)堆中已燒“乏”的燃料，通過化工后處理過程將殘留的和新生成的燃料提取出來，經(jīng)加工后再制成元件，重新返回堆中使用，這就構(gòu)成了“閉路核燃料循環(huán)”。為了獲取武器級钚裝料，只有通過后處理過程才能將生產(chǎn)反應(yīng)堆的輻照后燃料中的钚分離出來。顯然，此情況下必須采用“閉路核燃料循環(huán)”。⑵“一次通過”模式

“一次通過”的模式是讓乏燃料先暫時（也可能需長達(dá)數(shù)十年）貯存，然后將其直接永久處置掉，不再經(jīng)后處理。核燃料僅在反應(yīng)堆中使用一次，稱之為“開路核燃料循環(huán)”。近期,韓國和加拿大等國正在開發(fā)一種被稱為“DUPIC（PWR乏燃料直接在CANDU堆中利用）”的循環(huán)模式，即先將壓水堆的乏燃料只經(jīng)簡單的高溫氧化揮發(fā)處理以去除氣態(tài)裂變產(chǎn)物，再將粉末狀的二氧化鈾燒結(jié)成芯塊，制成供CANDU堆使用的燃料。32第三十二頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》二、鈾礦勘探、開采與加工

鈾、釷礦以及伴生放射性礦的副產(chǎn)品所生產(chǎn)的鈾、釷是核工業(yè)的基本原料。鈾、釷礦的勘探、開采和加工是核燃料循環(huán)最前端和最重要的組成部分，從事該項(xiàng)工作的人數(shù)也最多。鈾在地殼中分布廣泛，在地殼中的平均含量為4×10-6，其總量約為4.5×109t?；瘜W(xué)性質(zhì)非常活潑，幾乎能與所有非金屬起作用，形成各種化合物和大量的天然礦物。自然界中大約有200多種鈾礦物。天然鈾的同位素有三種：鈾-238、鈾-235、鈾-234。其中，鈾-238占99.276%；鈾-235占0.718%；鈾-234占0.0056%。鈾在地殼中存在的形式，一般以鈾礦物的形式存在（如瀝青鈾礦）；或以類質(zhì)同象形式進(jìn)入其他非鈾礦物（如：釷、鋯、稀土礦物）的結(jié)晶格架中。釷在地殼中的平均含量為1.2×10-5，其總量約為1.3×1010t—1.8×1010t。以釷為主要成分的獨(dú)立礦物為數(shù)不多，如釷石（ThSiO4）和方釷石（ThO2）。釷和稀土元素常共生于礦物中（如獨(dú)居石）。

33第三十三頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》1.鈾、釷礦及伴生放射性礦勘探

鈾、釷礦的特點(diǎn)及勘探方法①鈾、釷礦的特點(diǎn)：鈾、釷礦可以是單獨(dú)的，也可以是共生的。如鈾-銅、鈾-鉬、鈾-煤等共生。它們都具有如下特點(diǎn)：放射性。礦石中的鈾、釷分別是鈾鐳放射系、錒鈾系和釷放射系的母體，其半衰期分別為4.51×109a、7.1×108a和1.41×1010a，并按各自的衰變規(guī)律放射出α、β、γ三種放射線。射氣現(xiàn)象。鈾、釷可分別析出放射性氣體氡（222Rn、219Rn）和釷射氣（220Rn），其半衰期分別為3.825d、4s和55s。它們衰變后又產(chǎn)生一系列的子體。氡是自然界中天然存在的具有α放射性的氣體，也是人類生活空間中天然存在的主要?dú)鈶B(tài)放射性核素。氡由鈾（238U）衰變系中的226Ra衰變而來。各自相應(yīng)的重金屬性質(zhì)。鈾、釷礦具有各自的重金屬性質(zhì)和毒性。34第三十四頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》鈾、釷礦的勘探方法：

鈾、釷礦的勘探方法除一般的地質(zhì)方法外，主要應(yīng)用放射性物探方法。在普查過程中，常用的有航空γ測量，以及地面γ測量和地表氡氣測量等。還有地球化學(xué)法和生物地球化學(xué)法等。釷礦還可以用勘探稀土的找礦方法進(jìn)行。伴生放射性礦的特性及勘探

①伴生放射性礦的特性

伴生放射性礦是在各種礦物（金屬礦或非金屬礦）中共生的部分鈾、釷礦物。因此伴生放射性礦物也具有鈾、釷礦的特性。伴生放射性礦也有與放射性鉀及放射性磷共生的礦物。②伴生放射性礦的勘探伴生放射性礦的勘探一般用普通的礦物勘探法，基本不用放射性物探法。多半是在其它礦種（非鈾、釷礦物）的開采和加工時被發(fā)現(xiàn)具有鈾、釷放射性的。35第三十五頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》2.鈾、釷礦及伴生放射性礦開采和加工鈾、釷礦及伴生放射性礦的開采特點(diǎn)

因?yàn)殁?、釷礦及伴生放射性礦都具有α、β、γ放射性，特別是都能釋放放射性氣體氡、釷射氣及其一系列它們的子體，所以鈾、釷礦及伴生放射性礦的開采較普通礦產(chǎn)的開采增加了較為嚴(yán)密的輻射防護(hù)體系。鈾、釷礦及伴生放射性礦開采無論是露天開采還是地下開采都必須具備有完整的六大系統(tǒng)：通風(fēng)系統(tǒng)、提升運(yùn)輸系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、安全供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)。此外，還有輻射防護(hù)體系和應(yīng)急救險保障體系等。獨(dú)居石及釷礦砂主要用露天采礦法開采，但也有少數(shù)釷礦石在井下開采。鈾、釷礦的主要采礦工藝流程為：輻射取樣編錄—γ測量—采礦設(shè)計(jì)—鑿巖爆破—礦石檢查—放射性分選—運(yùn)輸出渣和三廢處理。鈾、釷礦及伴生放射性礦的加工特點(diǎn)①鈾礦加工鈾礦加工采用濕法冶金（即用酸法或堿法）從礦石中提取鈾。②釷礦加工礦砂里的釷首先用物理方法進(jìn)行初分離，即先用濕法處理，干燥后進(jìn)行磁化分離和靜電分離及烘干。為了回收稀土元素和釷金屬，分離后的富釷礦物再進(jìn)一步處理，其工藝與鈾的加工相類似。③伴生放射性礦加工主要是在提取有用物質(zhì)的過程中，在經(jīng)濟(jì)有利的條件下也提取鈾。多半也是采用濕法冶金技術(shù)先將鈾提出后，再用其他方法冶煉出其他金屬。鈾、釷及伴生放射性礦實(shí)用的開采和加工工藝①常規(guī)采冶；②地表堆浸和地下堆浸；③原地爆破浸出；④地浸采鈾36第三十六頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》鈾、釷礦及伴生放射性礦開采和加工在選址、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、退役等階段的核與輻射安全放射性是對鈾、釷礦和伴生放射性礦開采和加工的重要職業(yè)危害之一，特別是來自礦巖的β/γ輻射造成的外照射；吸入工作環(huán)境空氣中的氡、釷射氣及其衰變子體的α內(nèi)照射；以及吸入鈾、釷礦塵引起的內(nèi)照射和對呼吸系統(tǒng)造成的危害等。它們是鈾、釷礦及伴生放射性礦在開采和加工過程中主要的輻射安全問題。鈾、釷礦及伴生放射性礦開采在設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、退役等階段的核與輻射安全①鈾、釷礦及伴生放射性礦開采過程的主要危害a）氡、釷射氣及其子體氡及氡子體b)α放射性氣溶膠c)β/γ輻射d)α、β表面污染37第三十七頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》②開采各個階段的安全要求a）設(shè)計(jì)——礦井安全和防護(hù)設(shè)施的設(shè)計(jì)必須達(dá)到國家規(guī)定的各項(xiàng)內(nèi)外環(huán)境衛(wèi)生指標(biāo)要求，即：礦井空氣中有害物濃度必須達(dá)標(biāo)；礦井小氣候條件達(dá)到衛(wèi)生要求；礦井輻射水平滿足GB18871標(biāo)準(zhǔn)要求；礦山三廢滿足三廢排放標(biāo)準(zhǔn)要求；礦井有完整的進(jìn)回風(fēng)系統(tǒng)；礦井有完備可靠的排水系統(tǒng)；礦井有安全可靠的兩個以上的出入地表的通道；礦井各種提升運(yùn)輸系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、三廢處理系統(tǒng)必須安全可靠。b)建造——必須保證施工安全，確保工程質(zhì)量，防止冒頂塌方，防止淹井，作好臨時性通風(fēng)，防止井下氡及氡子體濃度超標(biāo)，杜絕中毒事故和超劑量事故的發(fā)生。c)運(yùn)行——必須防止：通風(fēng)故障，以免造成礦井通風(fēng)不暢，致使礦井氡及氡子體濃度猛增，造成炮煙中毒和超劑量發(fā)生；排水故障，以免造成淹井事故；冒頂、塌方事故，以免造成人員傷亡和風(fēng)路堵塞，造成超劑量事故；火災(zāi)、水災(zāi)和爆炸等事故。d)退役——采空區(qū)可能造成地表塌陷，危害人類和建筑物的安全。廢石場垮塌，造成對地表農(nóng)田、河流、村莊的破壞。礦坑水溢出，造成對水體、地表農(nóng)田的污染。礦井及廢石堆析出氡及氡子體污染環(huán)境大氣38第三十八頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》鈾、釷礦及伴生放射性礦加工在選址、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、退役等階段的一般安全與輻射安全①鈾、釷礦及伴生放射性礦加工過程的主要危害鈾、釷礦及伴生放射性礦加工過程與鈾、釷礦及伴生放射性礦開采過程的危害基本一致。②加工各個階段的安全要求a)選址、設(shè)計(jì)和建造。選冶廠及尾礦庫的選址應(yīng)遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，與居民點(diǎn)保持有足夠的防護(hù)監(jiān)測距離，以減少和避免對環(huán)境及公眾的影響。鈾、釷礦及伴生放射性礦加工廠房要進(jìn)行密閉、通風(fēng)和凈化，設(shè)計(jì)要考慮工藝化工原材料的毒性對工人的危害，以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生氡及氡子體，以及β/γ射線對工人的危害，同時要考慮對排放“三廢”的治理問題，控制其對環(huán)境的影響。必須對釷尾礦給予高度重視。提高選冶的機(jī)械化和自動化水平，減少事故、降低劑量水平。b)運(yùn)行。加強(qiáng)運(yùn)行過程的管理，防止“跑、冒、滴、漏”，減少環(huán)境污染。c)退役。加強(qiáng)對污染廢舊設(shè)備、管材的管理，防止丟失造成對環(huán)境公眾的危害。加強(qiáng)對礦石和尾礦的永久性隔離問題，防止含放射性的廢物擴(kuò)散和遷移對環(huán)境土地、水體的污染，同時控制氡的析出，防止氡及氡子體對環(huán)境的污染。39第三十九頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》三、鈾化合物的轉(zhuǎn)化

1.鈾轉(zhuǎn)化的主要過程及其工藝特點(diǎn)鈾轉(zhuǎn)化指先由天然鈾精煉制得的鈾氧化物制備成四氟化鈾UF4，再轉(zhuǎn)化成六氟化鈾UF6及其還原的主要工藝過程。鈾轉(zhuǎn)化過程大多屬于氣-固相反應(yīng)，工藝特點(diǎn)有：固體的反應(yīng)性（活性）極為重要；固體顆粒的形貌及結(jié)構(gòu)都與原料有關(guān)；氣-固相反應(yīng)體系總是處于瞬變狀態(tài)之中；轉(zhuǎn)化率較高（≥95％）；多數(shù)轉(zhuǎn)化反應(yīng)在較高的溫度下進(jìn)行，而且通常伴有較大的熱效應(yīng)；轉(zhuǎn)化反應(yīng)常在含有HF、F2等強(qiáng)腐蝕性的氣體中進(jìn)行，因此必須用鎳或鎳基合金等耐腐材料制作反應(yīng)器，并且設(shè)備要有良好的密閉性以防有毒氣體外逸。2.四氟化鈾的生產(chǎn)濕法與干法生產(chǎn)的比較。UF4是制備UF6和金屬鈾的原料，其生產(chǎn)有濕法與干法兩種。濕法工藝以核純級的UO2為原料，先將其溶解制備成四價鈾料液，然后加入氫氟酸溶液，生成的沉淀經(jīng)過濾、干燥和煅燒，得無水UF4產(chǎn)品。該方法的優(yōu)點(diǎn)是沉淀過程有純化作用，但所需工序較多，產(chǎn)生的廢液量大，生產(chǎn)成本高。

40第四十頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》干法是在高溫下用氣態(tài)無水氟化氫（HF）與UO2發(fā)生氣-固相反應(yīng)直接制得幾乎不含水的UF4。干法已在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域占首要地位，其優(yōu)點(diǎn)是鈾的回收率高，工藝廢液量很少，工藝過程簡化，生產(chǎn)成本較低；但其缺點(diǎn)為產(chǎn)品的物理和化學(xué)性質(zhì)主要取決于原料的性狀，流程的適應(yīng)性較差，無水HF的過剩量較大，以及因設(shè)備磨損和腐蝕會給產(chǎn)品帶來雜質(zhì)，純化作用較差。UO2氫氟化工藝過程及其主體設(shè)備UO2干法生產(chǎn)UF4工藝過程由UO2原料與無水HF的供給、UF4反應(yīng)器系統(tǒng)、尾氣中HF回收及處理和產(chǎn)品處理及包裝幾部分組成。某些場合還設(shè)有預(yù)還原工序，或UO3還原工序或鈾鹽分解-還原工序。UF4產(chǎn)品的用途一是用于制備金屬鈾（稱為“金屬品位”）；另一則用于生產(chǎn)UF6。前者的產(chǎn)品質(zhì)量要求比后者為高。此轉(zhuǎn)化過程的核心是UO2的氫氟化，所使用的設(shè)備主要有臥式攪拌床、流化床和移動床三類。41第四十一頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》3.六氟化鈾的生產(chǎn)制備方法概述

由于UF6是唯一的一種既穩(wěn)定又具高度揮發(fā)性的鈾化合物，故至今一直被用于鈾同位素富集工廠（無論其采用氣體擴(kuò)散法還是氣體離心法）的供料。生產(chǎn)UF6的工業(yè)方法幾乎都是用核純級的UF4在高溫下與F2發(fā)生作用而進(jìn)行氟化，因?yàn)樵诟鞣N方法中，只有這種方法消耗的氟氣量最少，而且無其他反應(yīng)產(chǎn)物。生產(chǎn)過程與設(shè)備UF6生產(chǎn)過程主要由①UF4氟化、②UF6冷凝收集、③氟氣回收和④尾氣處理四部分組成。基本流程42第四十二頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》由再循環(huán)鈾生產(chǎn)UF6

再循環(huán)鈾（REU）又稱后處理鈾，其放射性活度比天然鈾的大得多，因?yàn)樗袣埩舻纳倭糠派湫粤炎儺a(chǎn)物（如99Tc和106Ru）和超鈾元素（钚、镎等），以及鈾在輻照時產(chǎn)生的232U和236U兩種特有同位素。再循環(huán)鈾的轉(zhuǎn)化與天然鈾并無區(qū)別。只是由于存在232U衰變子體和某些裂變產(chǎn)物的較強(qiáng)γ輻射以及超鈾元素的α輻射，需要周全地考慮廠房與設(shè)備的屏蔽和氣密性問題；對由富集鈾燃料得到的再循環(huán)鈾還應(yīng)注意核臨界安全問題

。4.六氟化鈾的還原

六氟化鈾最終一般要加工成UO2或金屬鈾。前者用于反應(yīng)堆的燃料芯體制造；后者則先要將其轉(zhuǎn)化成UF4，再用Ca或Mg還原成金屬。目前應(yīng)用最廣的是將UF6轉(zhuǎn)化為UF4的氫氣還原法，而且以往反應(yīng)器中引入F2與H2燃燒來供熱，而器壁仍可維持在較低溫度的冷壁法為主。還有用于小批量高富集度UF6的四氯化碳還原法和氨還原法。43第四十三頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》四、濃縮（富集）鈾的生產(chǎn)

1.鈾濃縮的必要性和重要性鈾-235是唯一天然存在的易裂變核素，它在天然鈾中的鈾豐度為0.711%，而鈾-238占99%以上。在現(xiàn)代熱中子反應(yīng)堆中，除少數(shù)重水堆、石墨氣冷反應(yīng)堆用天然鈾作核燃料外，輕水動力堆需使用低濃縮鈾燃料，其中鈾-235的豐度為2—5.5%。一些研究試驗(yàn)堆和快中子堆要求富集度更高的燃料。高通量材料試驗(yàn)堆則需要富集90%以上的高濃鈾。鈾的濃縮指用人工方法使鈾-235豐度增加的過程。2.分離功的基本概念和定義分離功是一種僅專用于濃縮鈾的度量單位。把一定量的鈾富集到一定的鈾-235豐度所需投入的工作量叫分離功（SWU），以kgSWU或tSWU表示。以天然鈾作原料，生產(chǎn)1t豐度為3%的濃縮鈾約需4.3tSWU以及5.5t天然鈾。濃縮過程中剩下4.5t貧化鈾，其鈾-235豐度下降到0.2%左右，一般無工業(yè)應(yīng)用價值，作為尾料貯存。44第四十四頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》3.濃縮鈾生產(chǎn)的基本原理用人工方法獲得濃縮鈾的方法有多種，但形成工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)方法只有氣體擴(kuò)散法和氣體離心法。激光分離技術(shù)雖然理論上可在單級實(shí)現(xiàn)，但仍存在許多技術(shù)難關(guān)。⑴氣體擴(kuò)散法用擴(kuò)散法分離同位素的條件是膜孔徑必須足夠小，混合氣體壓力足夠低，并維持進(jìn)出口有一定的壓差。在具備這些條件下，當(dāng)六氟化鈾氣體通過擴(kuò)散分離時，在過膜的低壓側(cè)鈾-235有微小的加濃，在不過膜的高壓側(cè)鈾-235被貧化，從而實(shí)現(xiàn)兩種同位素分離。擴(kuò)散分離級的主要設(shè)備由分離器、壓縮機(jī)和熱交換器組成。為了達(dá)到豐度為3%的低濃鈾產(chǎn)品，需把一千多級擴(kuò)散級串聯(lián)起來組成級聯(lián)。大型擴(kuò)散廠每kgSWU約需消耗2300—2500KWh電能。1t，3%LEU，約需4.3tSWU及5.5tNU，剩下4.5t貧鈾，0.2%5U。

⑵氣體離心法在高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)中，由于很強(qiáng)的離心力場的作用，可以實(shí)現(xiàn)輕、重同位素的分離。在離心機(jī)中，較重的分子靠近外周富集，較輕的分子靠近軸線富集。與氣體擴(kuò)散法相比，氣體離心法的主要優(yōu)點(diǎn)是：①比能耗低，僅為氣體擴(kuò)散法的4—10%；②單機(jī)濃縮系數(shù)（分離系數(shù)與1之差）大（可達(dá)0.2左右），若要得到豐度為3%的低濃鈾產(chǎn)品，氣體離心法只需要十幾級的級聯(lián)；③技術(shù)發(fā)展?jié)摿Υ?，離心機(jī)的轉(zhuǎn)子長度可再增加，并由亞臨界機(jī)器發(fā)展為超臨界機(jī)器；④經(jīng)濟(jì)性越來越好，分離功成本已遠(yuǎn)低于氣體擴(kuò)散法。由于離心機(jī)單機(jī)分離能力很小，為實(shí)現(xiàn)相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量，在各級中必須并聯(lián)很多離心機(jī)。一個實(shí)用的離心機(jī)分離工廠往往需要安裝幾萬臺甚至幾十萬臺離心機(jī)。⑶激光法

激光法的突出優(yōu)點(diǎn)是分離系數(shù)大，一次分離即可獲得適于制造核武器的高濃縮鈾，但因其技術(shù)上難度較大，目前離工業(yè)應(yīng)用尚有較大距離。45第四十五頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》4.濃縮鈾生產(chǎn)的工藝流程

⑴級聯(lián)

氣體擴(kuò)散法和氣體離心法的單個分離單元的分離效果都很小。要把天然鈾中的鈾-235濃縮，就要將很多分離單元以一定的形式聯(lián)接成級聯(lián)。分離級是級聯(lián)的組成單位；級聯(lián)是分離級之間串聯(lián)形成的組合。分離級可以是一個分離單元（擴(kuò)散單機(jī)或離心單機(jī)），也可以是并聯(lián)的數(shù)個分離單元，其中每個分離單元的入口和出口處的鈾-235同位素豐度相同。將每一級的精料作為下一級的供料，同時將每一級的貧料返回到上一個較低豐度的級再參與分離，形成與不斷濃縮的精料流反向流動的貧料流，稱為逆流型級聯(lián)。⑵工藝流程概述

主要工藝過程為：原料UF6容器放入壓熱罐中加熱，UF6以氣態(tài)形式供入級聯(lián)進(jìn)行分離，當(dāng)235U被濃縮到所需豐度時，裝入冷凍狀態(tài)下的產(chǎn)品容器，再經(jīng)液化均質(zhì)，取樣合格后存入成品庫房。貧料UF6裝入冷凍狀態(tài)下的貧料容器，完全固化后送貧料場暫存。鈾濃縮工廠主工藝系統(tǒng)設(shè)置有級聯(lián)系統(tǒng)、供取料系統(tǒng)、產(chǎn)品液化倒料系統(tǒng)、物料貯存運(yùn)輸系統(tǒng)、沾污容器和設(shè)備清洗系統(tǒng)、廢液處理系統(tǒng)、主要沾污設(shè)備檢修系統(tǒng)等。公用支持系統(tǒng)設(shè)置有供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)、液氮供應(yīng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、通訊與報(bào)警系統(tǒng)、實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)、防火系統(tǒng)等。

46第四十六頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》(3)鈾濃縮工廠的基本特點(diǎn)

①工作介質(zhì)為六氟化鈾；②工藝系統(tǒng)的高度密封性和清潔度；③長期運(yùn)行的安全性與可靠性；

5.濃縮鈾生產(chǎn)的核安全問題(1)輻射防護(hù)①現(xiàn)場污染控制a)工廠劃分為：控制區(qū)（紅區(qū)），供取料處；監(jiān)督區(qū)（橙區(qū)），進(jìn)行放射性操作的工藝廠房，包括級聯(lián)大廳，原料、產(chǎn)品、貧料和廢物庫房，中央分析室和劑量監(jiān)測室等；非限制區(qū)（綠區(qū)），各放射性廠房的生活間和連廊。b)進(jìn)出口控制：各放射性操作廠房均為獨(dú)立的密閉式廠房，在其入口處設(shè)有衛(wèi)生通過間。嚴(yán)禁將放射性污染物品帶往污染區(qū)之外。c)維修:對各類主工藝設(shè)備、儀器、管道，在檢修前要用氮?dú)鈱ζ鋬?nèi)腔進(jìn)行吹洗、置換，排除內(nèi)腔中的六氟化鈾或其它有害氣體。對檢修工作場所按要求和規(guī)定通排風(fēng)。工作人員要佩戴個人防護(hù)用品。檢修時防護(hù)監(jiān)測人員要對現(xiàn)場空氣進(jìn)行取樣監(jiān)測。對檢修人員尿鈾定期進(jìn)行監(jiān)測。檢修完成后，要清洗現(xiàn)場，產(chǎn)生的廢液和放射性固體廢物分類放入容器。

47第四十七頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》d)去污:正常情況下每天定時對地面和設(shè)備管道進(jìn)行清掃。在設(shè)備檢修后，要對檢修后的設(shè)備、地面進(jìn)行去污并經(jīng)測量。

②放射性流出物控制

應(yīng)對氣態(tài)、液態(tài)流出物和固體廢物進(jìn)行嚴(yán)格控制。主工藝廠房排放的含鈾氣溶膠尾氣一般經(jīng)1—3級尾氣凈化設(shè)備處理，并達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。液態(tài)流出物主要來自各主工藝廠房的清洗溶液和廢水，經(jīng)處理合格后排放。③區(qū)域監(jiān)測

在進(jìn)行日常外照射監(jiān)測工作的同時，主要對易產(chǎn)生鈾積累的部位進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測。④職業(yè)照射控制主要監(jiān)測：a)空氣中的含鈾鈾氣溶膠和α放射性；b)對工藝回路和設(shè)備中易產(chǎn)生物料大量積累的部位做外照射監(jiān)測；c)個人劑量監(jiān)測，主要是吸入體內(nèi)造成的內(nèi)照射監(jiān)測。

48第四十八頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》⑤環(huán)境安全與公眾劑量a)流出物監(jiān)測—主要包括氣載流出物、液態(tài)流出物中的鈾和氟含量監(jiān)測和固體廢物監(jiān)測。b)環(huán)境監(jiān)測—環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)按照氣象條件、廠房和居民區(qū)的分布、“三廢”的排放情況及河流的上下游條件等設(shè)置。主要監(jiān)測項(xiàng)目為鈾、氟。c)公眾集體劑量估計(jì)—包括正常生產(chǎn)情況下公眾集體劑量估計(jì)和事故情況下公眾個人最大有效劑量當(dāng)量。⑵核臨界鈾濃縮過程的工作物質(zhì)含有各種豐度的易裂變物質(zhì)235U，在其豐度大于1%的情況下，工廠中必須考慮核臨界問題，尤其應(yīng)注意產(chǎn)品的收集、封裝、貯存、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)。⑶UF6泄漏若六氟化鈾氣體外溢被人體吸入會造成嚴(yán)重的內(nèi)照射危害。①級聯(lián)大廳UF6泄漏②供取料廠房UF6泄漏③液化取樣、倒料系統(tǒng)UF6泄漏④貯存、運(yùn)輸容器UF6泄漏原料和產(chǎn)品運(yùn)輸容器一般不會發(fā)生泄漏事故；UF6運(yùn)輸泄漏事故發(fā)生的概率約在2.4×10-9/km以下。貧料UF6泄漏主要發(fā)生在焊縫處等。49第四十九頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》五、核燃料元(組)件制造

1.核燃料組件簡述核燃料組件是核電廠的發(fā)熱源。根據(jù)反應(yīng)堆類型和結(jié)構(gòu)的不同，核燃料組件有多種類型。目前常用的壓水堆核電站核燃料組件是由封裝了可裂變材料的核燃料元件棒按一定的規(guī)律排列組成的。它主要由上下管座、格架、控制棒導(dǎo)向管和燃料元件棒組成核燃料的特點(diǎn)是能量高度集中。一座1000MWe級的壓水堆核電機(jī)組每年需要補(bǔ)充新燃料約24t低濃鈾。一般燃料組件大約在反應(yīng)堆內(nèi)使用3—5a的時間。燃料組件在堆內(nèi)處于強(qiáng)中子場中，經(jīng)受高溫、高壓、高流速冷卻劑的沖刷，同時承受裂變產(chǎn)物化學(xué)作用和復(fù)雜的機(jī)械載荷，工作條件十分苛刻，要求燃料組件有高度的可靠性和安全性。燃料組件的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行是對可靠性和安全性的主要影響因素。50第五十頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》2.核燃料組件的制造工藝核燃料組件制造從低濃六氟化鈾(目前鈾-235豐度在5%以下)開始到生產(chǎn)出燃料組件成品，主要有以下工序：⑴化工轉(zhuǎn)化－制備可燒結(jié)UO2粉末

①UF6的氣化②UF6的水解③ADU(重鈾酸銨)的沉淀④ADU的過濾和洗滌⑤ADU的干燥⑥ADU的分解、還原和脫氟⑵UO2芯塊制備

均勻化后的粉末進(jìn)入制粒工序，經(jīng)壓塊、破碎和篩分后，按規(guī)定的粒度配比，使粉末有良好的流動性。芯塊生坯多在旋轉(zhuǎn)壓機(jī)或者多沖頭壓機(jī)上等壓壓制。芯塊燒結(jié)一般采用連續(xù)燒結(jié)爐。把壓制好生坯放在鉬舟中，再將鉬舟連續(xù)送入有還原氣氛(氫氣)的燒結(jié)爐中燒結(jié)。燒結(jié)溫度控制在1700℃左右。芯塊的燒結(jié)密度控制在理論密度的(95±1.5)%。芯塊常在氫氣氛中燒結(jié)。為保證安全，通常要在爐端設(shè)置長明火，同時在車間設(shè)置測量和報(bào)警裝置，并保證良好的通風(fēng)。燒結(jié)合格的芯塊進(jìn)入磨削工序，其目的是保證芯塊的外形尺寸公差和表面光潔度。磨削后的芯塊要清洗干燥，最后是外觀完整性的檢查。51第五十一頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》⑶組件零部件制造

組件零部件制造指元件棒端塞、上下管座、定位格架和控制棒導(dǎo)向管等的制造。上下管座一般由低鈷不誘鋼制成。定位格架的加工工藝因格架的結(jié)構(gòu)不同而有所差別。對彈簧和條帶采用不同材料的雙金屬格架，主要有條帶沖制、彈簧成型和焊接。焊接是格架加工的重要工藝方法，一般用接觸電阻焊將彈簧與格架條帶焊接，組裝成型后再用釬焊或激光焊接方法將條帶焊接在一起組成格架。⑷燃料元件棒制備

燃料元件棒制備工序主要包括鋯合金管準(zhǔn)備、端塞焊接、裝入芯塊、彈簧和隔離塊、充氦和堵孔焊接。鋯合金管先用電子束或鎢極保護(hù)氣體(TIG)焊接工藝焊接第一個端塞。芯塊裝管前先在150oC下經(jīng)1—2h烘干。芯塊裝管采用機(jī)械化自動裝管工藝。芯塊的上端要裝入氧化鋁隔熱塊和彈簧。為保證端塞焊接的可靠性，焊接質(zhì)量常用超聲檢測和X光透射檢測。組裝好的元件棒要經(jīng)過芯塊間隔檢查和同位素豐度檢查。⑸組件組裝一般壓水堆燃料組件全長大約為4到5m，重量約在550—670kg之間，是一個大型而又精密的高技術(shù)產(chǎn)品。核燃料組件的組裝主要包括骨架組裝和拉棒或推棒。燃料棒在組裝前，為了防止劃傷，有時要先涂上一層保護(hù)膜，待組裝完成后將膜清洗干凈；也有在組裝過程中采用噴水潤滑方法來防止劃傷的。組裝的最后工序是將上下管座與裝完燃料棒的骨架用導(dǎo)向管連接起來。52第五十二頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》六、乏燃料貯存、運(yùn)輸與后處理

1.乏燃料的特性在核反應(yīng)堆內(nèi)使用（輻照）達(dá)到計(jì)劃的卸料比燃耗后，自反應(yīng)堆內(nèi)卸出且不再在該堆中使用的核燃料稱為“乏燃料”。核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)發(fā)生各種核反應(yīng)（主要是裂變反應(yīng)和中子俘獲反應(yīng)）后，除了仍剩有新燃料中原有的元素外，還生成了兩大類產(chǎn)物，即裂變產(chǎn)物和錒系產(chǎn)物。初級和次級裂變產(chǎn)物的種類十分繁多，共有36種化學(xué)元素，其核素則多至二三百種。此外，還有對安全性也較為重要的氚。這些裂變產(chǎn)物核素除少部分是穩(wěn)定的以外，大多具有極強(qiáng)的β/γ放射性。所幸其中相當(dāng)多的核素半衰期極短，出反應(yīng)堆后很快衰變成穩(wěn)定核素。乏燃料本身會發(fā)出各種極強(qiáng)的射線和中子，并由此伴隨放出熱量。此外，乏燃料中不少元素還具有相當(dāng)強(qiáng)的生物毒性。以典型的輕水堆為例，當(dāng)使用低富集度的UO2燃料、燃耗為33GWd/tU并冷卻150d后，其乏燃料的放射性比活度仍高達(dá)1.67×1017Bq/tU，發(fā)熱量為20kW/tU，其中钚含量接近1%，裂變產(chǎn)物總量約為3.5%，而鈾（富集度0.8－0.9%）仍剩有95.5%。2.乏燃料貯存輻照過的燃料從反應(yīng)堆里卸出后必須存放一段時間，以使短半衰期的放射性核素絕大部分衰變掉。這一過程又稱為“冷卻”，其含意指乏燃料的放射性衰減，并帶走其衰變熱。冷卻的目的在于：①顯著降低其放射性水平②確保轉(zhuǎn)換成易裂變物質(zhì)③讓某些放射性很強(qiáng)的鈾同位素衰變53第五十三頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》按貯存設(shè)施的所在地可分為“在堆貯存”和“離堆貯存”兩種。前者指在反應(yīng)堆現(xiàn)場，一般就是反應(yīng)堆附設(shè)的燃料水池；后者則指將乏燃料運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)離反應(yīng)堆的地方（通常是設(shè)有后處理廠的廠址）集中貯存。乏燃料貯存過程的安全主要考慮以下兩點(diǎn)：①水池結(jié)構(gòu)的完整性。水池的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證在現(xiàn)場發(fā)生地震的情況下仍能完好；而在卸料水池的底部要有良好的吸震性能，以免在吊裝乏燃料運(yùn)輸容器時萬一發(fā)生容器墜落，水池的不銹鋼覆面仍不破損。②確保乏燃料處于次臨界狀態(tài)。為增加水池的貯存容量，應(yīng)盡可能使乏燃料的排列緊密，這就會帶來核臨界安全的問題。往池水中加入可溶性中子毒物和/或采用含有中子毒物的材料制成的貯存格架，都可使乏燃料貯存更加密集化。此外，還應(yīng)考慮貯存乏燃料組件的格架在地震時可能發(fā)生的位移和傾倒。54第五十四頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》3.乏燃料運(yùn)輸由于乏燃料的固有特征，給其運(yùn)輸帶來了密閉、屏蔽、散熱、防核臨界等復(fù)雜問題，因而在運(yùn)輸過程中一定要確保其安全。⑴運(yùn)輸容器：運(yùn)輸容器是確保運(yùn)輸安全的關(guān)鍵裝備，必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以抵御各種外力的作用。常用的圓柱型容器由帶底的開口圓筒、內(nèi)腔籃筐、頂蓋及O型密封圈等組成，保持嚴(yán)格的密閉性。運(yùn)輸過程中，容器的兩端裝有防沖撞的減震器，并被安放在托架上。容器的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)均有非常嚴(yán)格的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，且實(shí)行許可證制度。在研制過程中，容器要經(jīng)受一系列極其苛刻的試驗(yàn)，以模擬各種可信事故下容器的性能。容器要做200m水深處的水壓密封試驗(yàn)；跌落在1m高垂直金屬立棒上的貫穿試驗(yàn)；從9m高處自由跌落在剛性平臺上；在800℃高溫下火燒半小時等。為減少運(yùn)輸次數(shù)以節(jié)省費(fèi)用，運(yùn)輸容器的容量應(yīng)盡可能大。容器的重量一般為數(shù)噸至數(shù)十噸。目前最大的容器重量已達(dá)120t級，一次可裝運(yùn)20多個PWR燃料組件。55第五十五頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》⑵運(yùn)輸方式。乏燃料一般采用下列方式運(yùn)輸：①公路運(yùn)輸，具有“門到門”的優(yōu)點(diǎn)，適于運(yùn)距不太長和抵、離鐵路車站或水路碼頭接駁時采用，但對沿途的干擾大而且效率低、成本高；②鐵路運(yùn)輸，適于中長距離，對沿途的影響較小，費(fèi)用適中，但貨包的起運(yùn)點(diǎn)和終點(diǎn)無鐵路通達(dá)時還須用汽車接駁；③水路運(yùn)輸，適于中長運(yùn)距，安全性極好的專用船一次可裝運(yùn)多個容器，成本低而效率高。乏燃料運(yùn)輸涉及重大安全和保衛(wèi)問題，須由培訓(xùn)過的專業(yè)人員實(shí)施。運(yùn)輸過程要保證有最大的安全性，并有事故應(yīng)急預(yù)案。為了減少對沿途公眾和環(huán)境的影響，運(yùn)輸徑路應(yīng)盡可能避開人口稠密的城市或區(qū)域。由于各國都有極其嚴(yán)格的規(guī)章制度和管理、實(shí)施措施。56第五十六頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》4.后處理的意義和特點(diǎn)對反應(yīng)堆中用過的乏燃料進(jìn)行處理，以除去裂變產(chǎn)物和次錒系產(chǎn)物并回收易裂變材料和可轉(zhuǎn)換材料的過程稱為“后處理”。⑴后處理的意義。后處理的目的和任務(wù)是：①回收和凈化乏燃料中殘剩的和新產(chǎn)生的易裂變材料；②回收和凈化未發(fā)生核反應(yīng)的可轉(zhuǎn)換材料；③便于更安全地處理和處置放射性廢物。后處理能充分利用核燃料資源。以壓水堆核電站為例，如果不對其乏燃料后處理，鈾資源的利用率僅為0.37%。如果實(shí)施后處理，回收的鈾與钚再循環(huán)一次，可省約25%的天然鈾；若返循環(huán)多次，則鈾的利用率可提高到約1%；尤其是，如果將后處理得到的钚用于快堆燃料循環(huán)，則此利用率可高達(dá)60%—70%，從而使鈾資源的利用期限由50a延長至約1000。后處理對核廢物的長期安全管理也極為重要。乏燃料中某些具有極長半衰期（大于105a）的裂變產(chǎn)物（如99Tc）和次錒系產(chǎn)物(如237Np)，可通過后處理將其分離出來，隨后經(jīng)嬗變使之轉(zhuǎn)化為適于近地表處置的中短壽命放射性核素，或轉(zhuǎn)化成可加以利用的核燃料，從而徹底消除人們對發(fā)展核電的疑慮。57第五十七頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》⑵后處理的特點(diǎn)。后處理的工業(yè)化過程具有以下特點(diǎn)：①產(chǎn)品的回收率很高；②產(chǎn)品的純度極高：a)β/γ放射性的裂變產(chǎn)物的去除，后處理工廠的總?cè)ノ巯禂?shù)往往高達(dá)106－108；b)鈾、钚產(chǎn)品的分離，用分離系數(shù)β（指兩種物質(zhì)在分離前原料中含量的比值與分離后產(chǎn)品中含量的比值之比）來表征，一般在104－106量級；c)化學(xué)雜質(zhì)的去除，產(chǎn)品必須達(dá)到核級純度，即所有化學(xué)雜質(zhì)的中子吸收截面最多只能相當(dāng)于含10B8×10-6的中子吸收截面。③遠(yuǎn)距離操作與控制④十分嚴(yán)格的安全要求58第五十八頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》5.后處理工藝過程簡介依據(jù)后處理工藝是否涉及水介質(zhì)可分為水法和干法兩類。水法分離過程曾用過的沉淀法和離子交換法均已遭淘汰，而改為溶劑萃取法。干法中又有高溫冶金法、高溫化學(xué)法和氟化揮發(fā)法三種。(1)首端過程

；將乏燃料制備成可供溶劑萃取分離用的料液的過程。先將LWR的燃料組件集束剪切成能暴露出兩端芯體的5cm左右長的元件小段，掉落到溶解器的吊籃中。這一套機(jī)械剪切系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜，造價高昂，須布置在大型屏蔽熱室中，用遠(yuǎn)距離操作和維修方式，還要解決剪切粉末回收、防止鋯屑自燃及氣溶膠處理等問題；往溶解器中加入硝酸，與元件芯體在稍低于沸點(diǎn)的溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使其溶解，而元件包殼則不起作用。溶解結(jié)束后，將包殼作為廢物處理。無核臨界限制的溶解器常為鍋式且分批操作；而須考慮核臨界安全的連續(xù)溶解器為幾何安全或幾何良好的圓柱狀。溶解產(chǎn)品液首先經(jīng)過過濾或靠離心的作用以除去其中極細(xì)微的不溶性顆粒。澄清所得料液還要加入化學(xué)試劑來調(diào)節(jié)鈾濃度、酸度和镎、钚的化學(xué)價態(tài)，最終制成合格的溶劑萃取料液。59第五十九頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》⑵溶劑萃取過程

用與水基本不相互溶的有機(jī)溶劑從水相中選擇性地提取某種物質(zhì)，使之與其余雜質(zhì)分離的過程稱為溶劑萃取法。有機(jī)溶劑應(yīng)具有選擇性好、化學(xué)穩(wěn)定性和輻照穩(wěn)定性好、與水相有一定的密度差而粘度較低、價格低廉且可回收以及毒性小、著火點(diǎn)高等特點(diǎn)。TBP（磷酸三丁酯）是最適宜的萃取劑，使用時通常用稀釋劑（如煤油）配制成30%（體積比）的濃度；TBP萃取鈾、钚是通過生成絡(luò)合物實(shí)現(xiàn)的，能較好地被萃取的只有UO2(NO3)2和Pu(NO3)4兩種形態(tài)，而Ⅲ價狀態(tài)的钚和絕大部分的裂變產(chǎn)物及其他超鈾元素（如镎、镅、鋦等）均難以被萃取，因而可實(shí)現(xiàn)它們之間的分離。(3)尾端過程指由溶劑萃取獲得的鈾和钚的硝酸鹽溶液轉(zhuǎn)化成固體產(chǎn)品的過程。往硝酸钚溶液中加入草酸溶液，即生成草酸钚沉淀，經(jīng)過濾、洗滌、煅燒得二氧化钚產(chǎn)品。在流化床設(shè)備中直接將硝酸鈾酰溶液脫硝即轉(zhuǎn)化成UO3產(chǎn)品。60第六十頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》七、放射性廢物管理與核設(shè)施退役

核燃料循環(huán)各個環(huán)節(jié)、核技術(shù)應(yīng)用、核設(shè)施退役及相關(guān)的研究活動都會產(chǎn)生放射性廢物。放射性廢物是含有放射性核素或被放射性核素所污染，其活度或濃度大于規(guī)定的清潔解控水平的廢棄物。按照國際原子能機(jī)構(gòu)規(guī)定的放射性法廢物管理九條基本原則，放射性廢物管理應(yīng)確保保護(hù)人類健康，保護(hù)環(huán)境，保護(hù)后代,不給后代留下不適當(dāng)負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)廢物最少化等；廢物最少化是把放射性廢物的量和活度減少到可合理達(dá)到的低的水平。這包括從核設(shè)施設(shè)計(jì)到退役的各個階段，減少廢物的產(chǎn)生，進(jìn)行再利用和再循環(huán)，對一次廢物和二次廢物做適當(dāng)處理等各種措施。1.放射性廢物處理

放射性廢物管理是與廢物分揀、分類、預(yù)處理、處理、整備、貯存、運(yùn)輸和處置相關(guān)的各種行政與技術(shù)活動。廢物預(yù)處理是廢物處理前進(jìn)行的一種或全部操作。廢物整備是為了形成適于裝卸、運(yùn)輸、貯存和處置的貨包而進(jìn)行的操作。放射性廢氣是含有放射性核素的氣載流出物。根據(jù)放射性水平不同，放射性廢氣應(yīng)作不同凈化處理，檢測達(dá)到合格水平后排放。放射性廢液是以液態(tài)形式存在的放射性廢物。放射性固體廢物是以固態(tài)形式存在的放射性廢物。61第六十一頁，共一百零一頁?！逗税踩C合知識》放射性廢物的另一種重要分類,是根據(jù)放射性水平所作的分類，即：低放廢物放射性核素的含量或濃度較低，在正常操作和運(yùn)輸過程中通常不需要屏蔽的廢物。中放廢物放射性核素的含量或濃度及釋熱量雖然均低于高放廢物，但在正常操作和運(yùn)輸過程中需要采取適當(dāng)屏蔽防護(hù)措施的廢物。高放廢物指乏燃料后處理第一溶劑萃取循環(huán)產(chǎn)生的含有錒系元素和大部分裂變產(chǎn)物的高放廢液及其固化體；被認(rèn)定作為廢物的乏燃料；或其他有相似放射性特性的廢物。α廢物含半衰期大于30a的α發(fā)射體，其α放射性活度濃度在單個包裝中大于4×106Bq/kg（對于近地表處置設(shè)施，多個包裝的平均α活度大于4×105Bq/kg）的廢物。極低放廢物放射性水平極低，經(jīng)審管部門批準(zhǔn),可像一般廢物處置在不專為放射性廢物而設(shè)計(jì)的處置設(shè)施中的放射性廢物免管廢物按照豁免原則可以免除審管控制的廢物。62第六十二頁，共一百零一頁。《核安全綜合知識》此外，放射性廢物還有許多其它分類法，例如常見到的一些名稱：工藝廢物，二次廢物等。工藝廢物是指工藝過程所產(chǎn)生的廢物，例如：核電站產(chǎn)生的含硼廢物、廢樹脂、設(shè)備排污水等。二次廢物是指廢物處理過程中產(chǎn)生的廢物。放射性氣溶膠是放射性核素的微小的固體粒子或液滴在空氣或其它氣體中形成的分散系。其他名稱：廢氣處理、碘過濾器、衰變箱、滯留床、放射性廢液