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1、 第 18 卷 第 4 期辐 射 防 护Vol. 18 No. 4 1998年 7 月Radiation ProtectionJul. 1998 核电厂对环境的放射性污染及其防治施仲齐 曲静原 崔永利(清华大学核能技术设计研究院, 北京, 100084)本文调查研究了世界范围内和我国正在运行的核电厂放射性污染物向环境的排放及其对公众的照射, 历史上发生的核电厂严重事故对环境的放射性污染及其后果, 我国对核电厂放射性污染防治的管理和国际组织、 美国、 德国等对放射性污染防治的立法情况, 并对我国在核电厂放射性污染防治方面尚存在的一些问题提出了意见, 建议进一步加强相关的法制建设和加强核电厂环境放
2、射性污染防治的监督。关键词 核电厂 放射性 环境污染 环境管理 秦山核电厂 广东大亚湾核电站自 50 年代开始利用核反应堆发电以来, 核电的发电量一直持续增长, 在电力生产中占有重要的地位。据最新资料 1, 1997 年全世界 32 个国家正在运行和正在建造的核电厂有 480座, 占全球能源的 6%, 占总发电量的 17% 。中国发展核电起步较晚, 但已建成浙江秦山核电厂( 电功率30万千瓦, PWR 型) 和广东大亚湾核电站( 电功率 290 万千瓦, PWR) 。目前, 秦山二期( 电功率 260万千瓦, PWR) 和广 东岭澳核电厂( 2100 万千瓦, PWR) 已经开始建造, 秦山三
3、期( 电功率 272 万千瓦, HWR)和连云港核电厂( 电功率2106万千瓦, PWR) 正在计划之中。 上述这些核电厂机组将在2000年初投入运行, 届时中国核电装机容量将达 886 万千瓦( 即 8. 86 GW) ; 并据专家预测, 中国到2020 年核电装机容量可能达到 4050 GW, 届时核电将占总电量的 6% 2。面临我国核电厂一个较快发展速度的现实, 回顾和研究核电厂对环境的放射性污染及其防治的问题并在此基础上得出有益的结论可能是需要的。本文主要调查研究了世界范围内和我国正在运行的核电厂放射性污染物向环境的排放及其对公众的照射, 历史上发生的核电厂严重事故及环境后果, 核电厂
4、放射性污染防治的对策;对这些资料进行分析和小结, 提出了对我国核电厂放射性污染防治的若干建议。1 核电厂放射性污染物向环境的排放在核电厂生产电力期间, 在燃料内产生放射性裂变产物, 在结构材料和包壳材料内产生中子活化产物。 由于裂变产物可从包壳破损的少量燃料中释放, 进入反应堆冷却剂; 当结构材料、包壳材料的腐蚀产物被载带进入反应堆堆芯时可能被活化, 都会引起冷却剂的放射性污染。核电厂都装备放射性废物的处理、 管理系统, 以去除气态和液态废物中的放射性核素, 管理放射性固体废物。 因此, 在正常运行期间, 核电厂不可避免地要向环境排放放射性污染物, 而核电厂放射性废物的排放量、 固体放射性的产
5、生量是跟核反应堆堆型, 它的设计和所采用的废物处理设施及反应堆运行管理有关。 1. 1 放射性废气的排放核电厂向环境排放的气态放射性污染物包括: 惰性气体( 氪、 氙、 氩) , 气态排出物中的卤素(131I,133I 等) , 颗粒物和氚( T ) 等。 表 1 列出了联合国原子辐射效应科学委员会( UNSCEAR) 发表的世界范围内压水堆、 重水堆在 19801984 3、 19851989 年 4期间和中国广东大亚湾核电站 19941995 年的平均归一化放射性废气排放量 5, 6( 即每 1 GWa 的排放量; 大亚湾核电站共有 2 台机组, 表中所列为每台机组的平均年排放量) 。 为
6、比较, 表中同时列出了国家环保局批准的每台机组的年排放限值 6。表 1 核电厂放射性废气平均归一化排放量(Bq/GWa)T ab. 1 Average normalized activity releases in airborne effluents from nuclear power plants (Bq/GWa)惰性气体卤素和颗粒氚UNSCEAR,PWR19801984 年平均 32. 1810146. 251095. 9101219851989 年平均 48. 110132. 931092. 81012UNSCEAR, HWR19801984 年平均 32. 1210142. 710
7、86. 7101419851989 年平均 41. 910144. 21084. 81014广东大亚湾核电站,PWR每台 1994199552. 5710132. 861081995 年64. 0110133. 60108国家批准的年排放限值 65. 710141. 910981012从表 1可以看出, 重水堆( HWR) 气态氚的排放量比压水堆高出二个数量级。浙江秦山三期核电厂计划建造CANDU 型重水堆, 对于氚的放射性环境污染应当引起重视。在重水堆中,氚的来源主要是在重水冷却剂和慢化剂中的氘被中子活化所产生的。 在重水堆中, 占第二位的 氚来源的另一机制是三重裂变; 在燃料中的6Li 和
8、10B 和在吸收棒中的硼的活化产生的氚数量较少。1. 2 放射性废液的排放核电厂的放射性废液包括氚( T ) 和氚以外的其他放射性核素。 在压水堆, 冷却剂中的氚主要是由于燃料的三重裂变而产生, 透过燃料包壳进入水中; 另外由于作为反应性补偿控制措施 在冷却剂中加入化学添加剂硼酸以及为控制水中的 pH 值而加入的氢氧化锂, 使溶于水中的硼、 锂和水中的氘在中子的照射下也产生氚。表 2 列出了 UNSCEAR 发表的全世界压水堆、 重水堆在 19801984 3、 19851989 年 4期间和中国广东大亚湾核电站 19941995 年的平均归一化放射性废液排放量及国家环保局批准的每台机组的年排
9、放限值。大亚湾核电站 1994年氚的排放已占国家批准的限值的 40%,1995 年氚和非氚放射性废液的排放总量比 1994 年有较大幅度的下降; 同时, 在环境监测中测 到有110mAg 的污染 6, 这是由于反应堆控制棒的缺陷使银吸收剂与反应堆冷却剂接触, 造成一定的腐蚀而被活化造成的, 是大亚湾核电站放射性排出物对公众照射的关键核素, 一直受到国家环保局及其核环境审评专家的很大关注。图 1 给出了世界范围内 1970 年至 1989 年所有核反应堆按 5a 平均的放射性废气、 废液的242辐射防护第 18卷 第 4期图 1 世界范围内所有反应堆按 5a 期平均的放射性核素的归一化释放量 4
10、Fig. 1 Average normalized releases of radionuclides for each5years from reactors in the world4归一化排放量示意图 4。 从图 1 可以看出, 世界范围内核电厂向环境排放的放射性污染物在减少, 这种降低趋势反映了核燃料质量的提高及核电厂运行性能和标准的提高。表 2 核电厂放射性废液平均归一化排放量( Bq/GWa)Tab. 2 Average normalized activity releases in liquid effluents from nuclear power plants (Bq/ G
11、Wa)氚除氚以外的放射性核素UNSCEAR,PWR19801984 年32. 710131. 32101119851989 年42. 510134. 51010HWR19801984 年32. 910142. 57101019851989 年43. 7410143. 01010广东大亚湾核电站,PWR每台机组平均61994 年1. 1110134. 4610101995 年5. 0510121. 35101019941995 年平均 58. 210122. 911010国家批准的年排放限值 62. 7810133. 510111. 3 核电厂放射性固体废物1. 3. 1 放射性固体废物的分类核
12、电厂放射性固体废物主要是由核电厂运行和维修中产生的中、 低水平放射性固体废物。它们通常可分为以下 4 类:( 1) 浓缩液。主要来自废液处理系统的蒸发装置产生的蒸发浓缩液, 少量来自放射性废物回收系统。( 2) 废树脂。包括不同类型的废离子交换树脂, 属湿的固体废物。243施仲齐等: 核电厂对环境的放射性污染及其防治( 3) 废过滤器芯子。 ( 4) 干固体废物。 在核电厂运行期间可产生各种含放射性物质的干固体废物。 这些废物的性质因设施而异, 差别很大, 可分为可压缩和不可压缩两类。包括反应堆车间中淘汰下来的金属零部件、 通风系统的过滤器、 地面覆盖物、 污染的工具等。 它的另一个来源是运行
13、和维修期间 使用过的各种各样的纸张、 塑料、 橡胶、 抹布、 工作服、 小的金属和玻璃物品等。1. 3. 2 固体废物的产量由 UNSCEAR 估计的世界范围内反应堆产生的调制过的固体废物 3列于表 3。表 3 世界范围内反应堆产生的调制过的固体废物3Tab. 3 Estimated typical volumes and activity concentrations ofconditioned solid wastes from reactors in the world 3堆 型中 放 水 平归一化产量放射性浓度 m3( GWa)- 1( GBqm- 3)低 放 水 平归一化产量放射性浓
14、度 m3( GWa)- 1(GBqm- 3)压水堆501002001沸水堆100505001重水堆501002501气冷堆201000100010广东大亚湾核电站 1994、 1995 年放射性固体废物的产量列于表 4 6。大亚湾 2 台机组在1995 年进行了首次换料大修。由于 1 号机组控制棒落棒时间超差, 接连进行了 3 次控制棒强 制性检修, 历时 203d, 增加了放射性固体废物的产生量 6。表 4 广东大亚湾核电站 2 台机组放射性固体废物产生量 6Tab. 4 Solid radioactive waste production of Guangdong Daya Bay Nuc
15、lear Power Station( 2units)废物种类设计值1994 年产生量1995 年产生量放射性水平 7浓缩液50 m310 m318 m3最大浓度为 1. 851012Bq/ L废树脂34 m340. 4 m317. 8 m3废过滤器芯子220 个236 个45 个干固体废物300m319m364m3表面剂量率 168170106Ru 7330140Ba24017095Zr19617099M o 168210141Ce196200144Ce116140239Np9451700高熔点( 包括燃料颗粒)238Pu0. 0350. 03239Pu0. 030. 03240Pu0. 0
16、420. 044241Pu65. 9242Pu0. 00009242Cm0. 90. 93总计( 不包括惰性气体)530080001) 引自经济合作与发展组织(OECD) 出版的资料; 2) 根据有关文献校核到事故发生日期( 1986 年 4 月 26 日) , 详见文献 20 。3. 3. 4 事故放射性污染 3. 3. 4. 1 放射性沉积释放到大气中的放射性物质被广泛地弥散, 最终降至地球表面。 实际上在整个北半球均可测量到。这些污染物大都沉积在核电站厂址的周围地区, 其沉积密度变化较大。在白俄罗斯、俄罗斯和乌克兰周围地域上, 测量的137Cs 活度水平超过 185 kBq/ m2的面积估计分别是16 500、 46 000 和 8 100 km2。3. 3. 4. 2 对水源的污染
