美海軍陸上核動力設(shè)施輻射安全控制

晉文超，葛 宋

(1. 海軍裝備研究院，北京 100161；2. 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一四研究所，北京 100101)

美海軍陸上核動力設(shè)施輻射安全控制

晉文超1，葛 宋2

(1. 海軍裝備研究院，北京 100161；2. 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一四研究所，北京 100101)

陸上模式堆、海軍核動力實(shí)驗(yàn)室等陸上核動力設(shè)施在美國海軍艦艇核動力技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。美國海軍極其重視其陸上核動力設(shè)施的安全，尤其是人員輻射安全，并形成了一套成熟的人員輻射安全控制方法，值得學(xué)習(xí)和借鑒。

艦艇核動力；陸上模式堆；核輻射；安全

0 引 言

美海軍陸上核動力設(shè)施主要包括陸上模式堆、海軍核動力實(shí)驗(yàn)室、堆芯測試設(shè)施等。這些陸上核動力設(shè)施在美國海軍艦艇核動力技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。美國海軍非常重視其陸上核動力設(shè)施的安全，尤其是人員輻射安全。從 1967 年起，美國海軍反應(yīng)堆項(xiàng)目將人員輻射暴露劑量限制為每季度 3 rem及每年 5 rem。

通過長期實(shí)踐，美海軍對陸上核動力設(shè)施的人員輻射安全控制，形成了一套從設(shè)計(jì)到管理的成熟方法，取得了良好的效果。

1 陸上核動力設(shè)施的輻射來源

1.1 美海軍陸上模式堆的輻射來源

美海軍擁有 2 座在役的陸上模式堆，均位于凱瑟琳場址，主要用于為海軍測試核動力推進(jìn)技術(shù)及訓(xùn)練海軍核動力裝置操作人員。

模式堆設(shè)施的輻射主要來源于壓水反應(yīng)堆。壓水堆通過一個(gè)封閉的一回路冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，將反應(yīng)堆堆芯的熱量傳輸?shù)脚c一回路隔離的二回路蒸汽系統(tǒng)。反應(yīng)堆冷卻劑攜帶一定量的放射性物質(zhì)，其中一部分被凈化系統(tǒng)清除，剩余的放射性物質(zhì)大部分沉積在一回路管道。

反應(yīng)堆堆芯安裝在一個(gè)厚壁壓力容器內(nèi)，該容器是主要的輻射屏蔽裝置。它可限制反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的γ射線和中子射線向外輻射。壓力容器和反應(yīng)堆設(shè)備的主要管道系統(tǒng)安裝在反應(yīng)堆艙中，其周圍環(huán)繞著二級屏蔽。只有當(dāng)反應(yīng)堆關(guān)閉之后，人員才允許進(jìn)入反應(yīng)堆艙。

反應(yīng)堆停堆時(shí)，工作人員所受的大部分輻射發(fā)生在對反應(yīng)堆內(nèi)部進(jìn)行檢查、維護(hù)及修理的過程，主要來源是沉積在管道系統(tǒng)內(nèi)部的鈷-60。每次放射性衰變中鈷-60 會發(fā)出 2 個(gè)高能 γ 射線和 1 個(gè)低能 β 粒子，其半衰期為 5.3 年。

在反應(yīng)堆工作時(shí)，反應(yīng)堆產(chǎn)生的中子被一級和二級屏蔽所隔離，工作人員受到的中子輻射遠(yuǎn)少于 γ 射線。反應(yīng)堆關(guān)閉后，在進(jìn)行維修和其他保障工作時(shí)，中子輻射維持在儀器可探測的水平以下。因此，模式堆的輻射主要來自于 γ 射線。

1.2 海軍核動力實(shí)驗(yàn)室的輻射來源

位于賓夕法尼亞州的貝蒂斯原子能實(shí)驗(yàn)室和紐約州的諾爾斯原子能實(shí)驗(yàn)室是美國海軍艦艇核動力裝置的主要研發(fā)機(jī)構(gòu)。在核動力實(shí)驗(yàn)室中，外部輻射主要來源于對輻照材料和核燃料的檢查和分析，以及對廢舊設(shè)施進(jìn)行洗消和退役處理。在實(shí)驗(yàn)室中，γ 射線是最主要的輻射，盡管 α 和 β 射線也存在，但通?？杀惠^好地屏蔽，中子輻射的劑量很少。

輻照材料包括混合裂變產(chǎn)物和活化產(chǎn)物。裂變產(chǎn)物是核燃料裂變產(chǎn)生的放射性核素，它一般發(fā)出 β 和 γ輻射，半衰期從幾小時(shí)到幾年不等。對于那些輻射量大的材料，其測試和分析通常在屏蔽的空間中，采用特殊冷卻方法，進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

此外，美海軍核動力陸上設(shè)施還包括堆芯測試設(shè)施，該設(shè)施負(fù)責(zé)接收、檢查乏燃料堆芯的燃料組件，并為其永久存儲或埋藏做準(zhǔn)備工作。此外，還負(fù)責(zé)測試海軍反應(yīng)堆項(xiàng)目中的輻射材料樣品。

2 輻射劑量的測定

美海軍從核動力推進(jìn)項(xiàng)目啟動時(shí)，就使用穿戴式劑量測定設(shè)備來測定工作人員受到的輻射量。劑量測定設(shè)備通常固定在身體的軀干上，如腰部或胸部。特殊情況下會增加額外的測定設(shè)備，并將它們固定在其他部位，如手臂、手指或者頭上。

2.1 1975 年以前的測試方法

1975 年之前，美海軍采用輻射測試軟片來測定人員輻射暴露劑量。這種軟片被設(shè)置在特定的夾具中，可區(qū)分不同輻射類型。每一份軟片都明確標(biāo)記被測者姓名及相應(yīng)的數(shù)字代碼。

2.2 1975 年后的測試方法

從 1975 年開始，個(gè)人穿戴式熱釋光劑量計(jì)（TLD）被用于測定 γ、中子和 β 輻射。熱釋光劑量計(jì)能快速輸出測試結(jié)果，是其取代測試軟片的重要原因之一。軟片的測試過程是極其緩慢的化學(xué)過程，而熱釋光劑量計(jì)法可較快地獲取受測者的輻射暴露值。

1975 年至 2006 年間，陸上模式堆使用氟化鈣熱釋光劑量計(jì)，而核動力實(shí)驗(yàn)室中使用氟化鋰熱釋光劑量計(jì)。2006 年 7 月后，兩者統(tǒng)一使用同一種具有自動輸出功能的化鋰熱釋光劑量計(jì)。

為確保氟化鈣和氟化鋰熱釋光劑量計(jì)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，需進(jìn)行定期的校準(zhǔn)和精度檢查。除此之外，核動力實(shí)驗(yàn)室和陸上模式堆部門還有獨(dú)立的質(zhì)量保證程序，以此監(jiān)控?zé)後尮鈩┝坑?jì)和讀取器使用的準(zhǔn)確性。

雖然來自攜帶式熱釋光劑量計(jì)的官方輻射記錄可確保使用者讀取和追蹤自己在工作期間的輻射暴露情況，但當(dāng)進(jìn)入一個(gè)反應(yīng)堆艙室或高輻射區(qū)域時(shí)，還需要額外配備一臺熱釋光劑量計(jì)。當(dāng)熱釋光劑量計(jì)和攜帶式劑量計(jì)測量之間出現(xiàn)差異或熱釋光劑量計(jì)的測量結(jié)果出現(xiàn)異常時(shí)需認(rèn)真研究調(diào)查。

3 輻射源控制

反應(yīng)堆屏蔽設(shè)計(jì)旨在盡量減少人員輻射暴露，模式堆中每個(gè)部位的輻射水平及屏蔽設(shè)計(jì)原則要得到海軍核動力推進(jìn)局局長的批準(zhǔn)。陸上模式堆設(shè)計(jì)的一個(gè)基本準(zhǔn)則是將人員操作的戰(zhàn)位設(shè)置在盡可能遠(yuǎn)離反應(yīng)堆艙的位置。

對于輻射材料的控制，美國海軍要求：

1）盡量減少允許存放放射性物質(zhì)的場地?cái)?shù)量；

2）反應(yīng)堆設(shè)施以外的放射性材料僅能在特殊設(shè)計(jì)的屏蔽設(shè)施內(nèi)操作處理；

3）對放射性物質(zhì)的運(yùn)輸進(jìn)行嚴(yán)格控制；

4）建立放射性物質(zhì)問責(zé)制，以確保無放射性物質(zhì)丟失或錯放在工作人員不易察覺的地點(diǎn)；

5）定期編制放射性物質(zhì)清單；放射性物質(zhì)標(biāo)記為黃色和紅色標(biāo)簽，以標(biāo)記輻射標(biāo)準(zhǔn)符號和測得的輻射水平；

6）放射性物質(zhì)必須有明顯的標(biāo)志或放置在專用的黃色塑料裝置中；

7）所有分配到海軍核動力設(shè)施部門的人員均要接受專門訓(xùn)練，認(rèn)識黃色塑料裝置及識別放射性物質(zhì)，一旦發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)錯放的情況，應(yīng)能立即采取相關(guān)處置措施。

對于輻射區(qū)域的管理，采取以下措施：

1）在輻射區(qū)域入口設(shè)置標(biāo)志和關(guān)卡；

2）工作人員需接受進(jìn)入輻射區(qū)的相關(guān)培訓(xùn)，包括穿著輻射劑量測量設(shè)備；

3）在靠近輻射區(qū)域應(yīng)設(shè)置輻射劑量測量裝置，以確認(rèn)從輻射區(qū)出來的人員是否需要監(jiān)測；

4）每小時(shí)輻射量超過 0.1 rem 的區(qū)域?yàn)椤案咻椛鋮^(qū)”，需封鎖或?qū)Ｈ丝词亍?/p>

4 人員輻射安全控制措施

4.1 降低人員輻射暴露的措施

美海軍反應(yīng)堆項(xiàng)目從一開始就十分重視降低個(gè)人輻射暴露。美海軍陸上核動力設(shè)施管理人員設(shè)立了一系列目標(biāo)，旨在控制受到輻射暴露的員工數(shù)量以及每位員工的輻射暴露劑量。其中最有效的一套方法是使用輻射暴露控制等級?？刂频燃壏秶鷱拿磕?0.1 rem 到2 rem 不等。

以下是一些在控制和降低人員輻射暴露量時(shí)，需開展的工作及檢查的各項(xiàng)內(nèi)容。

1）計(jì)劃制定

① 預(yù)先制定計(jì)劃

② 除去不必要的工作

③ 確定預(yù)期輻射等級

2）提前確定工作流程

① 計(jì)劃進(jìn)出工作區(qū)域的出入口

② 提供后勤保障

③ 提供通訊（有時(shí)包括閉路電視）

④ 移除放射源

⑤ 規(guī)劃安裝臨時(shí)防護(hù)裝置

⑥ 進(jìn)行洗消

⑦ 盡量在最低輻射等級下工作

⑧ 在輻射區(qū)域外完成盡可能多的工作

⑧ 闡明標(biāo)準(zhǔn)工具要求

⑨ 考慮特殊工具

⑩ 提出檢查要求（需得到輻射控制人員同意才能繼續(xù)開展的工作）

? 盡量減少員工的不適感

? 預(yù)估輻射暴露量

3）合理設(shè)置臨時(shí)屏蔽

① 控制輻射屏蔽的安裝和移除

② 安裝后要進(jìn)行檢查

③ 定期進(jìn)行放射性檢查

④ 使重鉛臨時(shí)屏蔽層的損害最小化

⑤ 權(quán)衡在安裝屏蔽時(shí)所受輻射與屏蔽所起輻射保護(hù)作用

⑥ 對行動路線進(jìn)行防護(hù)

⑦ 對維修早期放射性異常高的部件進(jìn)行屏蔽

⑧ 根據(jù)人員位置確定工作區(qū)屏蔽

⑨ 定位放射源，并進(jìn)行定向檢查和屏蔽

⑩ 利用實(shí)體模型進(jìn)行屏蔽防護(hù)設(shè)計(jì)

4）開展預(yù)演和通報(bào)：

① 開展演練

② 使用實(shí)體模型復(fù)制工作環(huán)境

③ 使用照片

④ 向員工通報(bào)

5）工作的實(shí)施

① 公示輻射等級

② 將多余員工安排在輻射區(qū)域外

③ 不斷追蹤輻射暴露量

④ 員工輔助測量輻射量

⑤ 盡量用更少的員工

4.2 定期體檢

即將進(jìn)入核污染區(qū)工作的員工必須接受體檢，醫(yī)生將重點(diǎn)觀測體檢人員身體上任何可能存在的病變，并評估工作地點(diǎn)對人體的安全影響及人體罹患疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

體檢通過者可進(jìn)入到放射區(qū)工作，而未通過體檢的員工只能留在非輻射區(qū)工作。員工在正式工作后，也須定期體檢。一般而言，18 至 49 歲的員工需每 5 年進(jìn)行一次放射性體檢，50 至 59 歲員工需每 2 年進(jìn)行一次體檢，而 60 歲以上的員工則每年都需體檢。醫(yī)院對體檢人員的受輻射史、癌癥病史、放療史等進(jìn)行詳細(xì)的記錄，對有癌癥或癌癥先兆的員工更需格外重視。

4.3 核動力培訓(xùn)

在正式分配到海軍陸上模式堆接受培訓(xùn)之前，士兵及普通員工都要參加一個(gè)為期 6 個(gè)月的培訓(xùn)課程。在此課程上及隨后在模式堆的實(shí)地培訓(xùn)中，員工培訓(xùn)內(nèi)容包括講座、陳述、實(shí)踐操作、放射控制演習(xí)，并參加筆試和口試等。在正式成為海軍陸上模式堆值班主管前，候選人需通過一系列長達(dá) 8 h 的實(shí)操考試及筆試，重點(diǎn)為放射控制。

5 結(jié) 語

美國海軍從設(shè)計(jì)改進(jìn)、技術(shù)應(yīng)用、精細(xì)化的流程管理、強(qiáng)化人員訓(xùn)練和培訓(xùn)等多種途徑和措施出發(fā)，形成了一套成熟的陸上核動力設(shè)施人員輻射安全控制體系，發(fā)揮了重要作用，并保持了良好的安全記錄，值得借鑒和學(xué)習(xí)。

[1]Occupational radiation exposure from naval reactors’department of energy facilities, Naval nuclear propulsion program [R.] 2012. 5.

[2]Nuclear marine propulsion report [R]. Magdi Ragheb, 2015. 4.

[3]NASA/Navy benchmarking exchange-Naval reactor safety assurance, NASA [R]. 2003. 6.

[4]Nulcear health and safety: environmental, health and safety practices at naval reactors facilities [R]. United States General Accounting Office, 1991. 8.

The radiation safety management of the land-based nuclear facilities of U.S. navy

JIN Wen-chao1, GE Song2

(1. Naval Academy of Armament, Beijing 100161, China; 2. The 714 Research Instiute of CSIC, Beijing 100101, China)

The naval land-based facilities such as nuclear prototype and naval nuclear laboratories play an important role in the development of U.S. naval nuclear propulsion technologies. The U.S. navy attach great importance to the safety of these facilities, especially the radiation safety for the people related, and has established an excellent management method, which could be learned for reference.

nuclear warship；land-based prototype；nuclear radiation；safety

TM263.1

A

1672–7619(2016)12–0187–03

10.3404/j.issn.1672–7619.2016.12.039

2016–10–30

晉文超(1985–)，男，工程師，研究方向?yàn)榕灤こ獭?/p>