鈾濃縮廠物料容器輻射水平調查研究

張芳娣，顧杰兵

(1. 中核陜西鈾濃縮有限公司, 漢中 723014；2. 環(huán)境保護部西北核與輻射安全監(jiān)督站, 蘭州 730020)

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鈾濃縮廠物料容器輻射水平調查研究

張芳娣1，顧杰兵2,*

(1. 中核陜西鈾濃縮有限公司, 漢中 723014；2. 環(huán)境保護部西北核與輻射安全監(jiān)督站, 蘭州 730020)

由于鈾濃縮工業(yè)所涉及的原料與產品均是未經輻照的鈾，人們普遍認為裝滿物料容器的外照射水平比空容器的高，應更加注重其外照射劑量水平。然而，在實踐中發(fā)現(xiàn)，剛剛倒空的容器比其裝滿物料時的外照射水平要高。由此，本文對鈾濃縮廠物料容器外照射水平進行了調查研究,給出新近倒空容器外照射水平較高的原因，提出要注重對新近倒空容器的外照射輻射防護工作。

物料容器; 輻射水平; “集膚”

當前，我國能源結構性矛盾十分突出，已經成為制約國民經濟和社會發(fā)展的關鍵因素。確保核電安全、大力發(fā)展核電、優(yōu)化能源結構、滿足電力需求已經成為我國政府和社會各界的共識。按照“十三五”規(guī)劃，到2020年，我國運行核電裝機容量將達到5800萬千瓦，在建3000萬千瓦[1]。而鈾濃縮生產是核工業(yè)的基礎產業(yè)，是核電發(fā)展的重要保證。

1 目的

輻射防護在鈾濃縮設施運行過程中起到重要作用，確保了我國離心法鈾濃縮設施安全運行20年。在該設施的安全分析報告和環(huán)境影響報告中，除設施內氣溶膠、表面沾污監(jiān)測外，還有易積累鈾的部位的外照射常規(guī)監(jiān)測的要求。由于鈾濃縮設施生產使用的原料與產品均是天然鈾，人們普遍認為裝滿物料容器的外照射水平比較空容器的高，且要更加注重裝滿物料容器的外照射。然而，在實踐中發(fā)現(xiàn)，剛剛倒空的容器比其裝滿物料時的外照射要高[2]。而且，在國際原子能機構安全標準《鈾轉化與鈾濃縮設施安全》(安全導則 第SSG-5號)中，也有對新近倒空容器外照射控制的防護要求[3]。對此，本文對鈾濃縮廠物料容器輻射水平進行了調查研究。

2 調查研究對象與方法

2.1 調查研究對象

HPLC法同時測定金蟬止癢膠囊中鹽酸小檗堿、黃芩苷和蛇床子素的含量 ………………………………… 黃傳俊等（12）：1621

本文對民用鈾濃縮廠(235U的豐度<5%)3 m3原料容器、3 m3貧料容器、3 m3精料容器、30B(740L)精料容器等物料容器的輻射水平進行調查研究。

(4)3 m3原料滿容器>3m3貧料滿容器與3 m3精料滿容器。原料中γ射線由鈾及其衰變子體共同貢獻。供料過程就像一個凈化過程[11]，將γ射線的主要來源，即鈾的衰變子體留在了原料容器中，使精料和貧料的輻射水平低于原料。

在每個物料容器表面布兩個監(jiān)測點，一個位于物料容器筒體中部，另一個位于端頭閥門處。

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此外，為了進一步發(fā)揮農田水利工程的灌溉效益，提高水資源利用效率，還應該重視對基礎水利設施的建設和保護，要進一步劃分責任，明確責任方，確保農田水利工程運行完好，不存在開裂滲透現(xiàn)象。同時，還應該進一步對照大規(guī)模的灌溉區(qū)域，實行統(tǒng)一化的管理，實現(xiàn)農戶之間的有效監(jiān)督，避免各自為政，使得先進的節(jié)水灌溉技術難以在廣大基層地區(qū)推廣應用。

(5)精料的輻射水平低于貧料。235U及其第一代子體的γ輻射比238U要強一些，物料豐度越高，則輻射水平越高。因此，精料的輻射水平應比貧料高，但測量結果卻剛好相反。經分析，是由于3m3貧料滿容器和3 m3精料滿容器內物料裝料量的不同造成的。三種同位素238U 、235U、234U都是弱γ輻射體[12]，物料的總量會對輻射水平造成顯著影響。如果是相同質量的物料，精料的輻射水平應比貧料高。實際運行中，3 m3精料容器的裝料量約為7.5 t，貧料容器的裝料量約為9.2 t，驗證了前述分析是合理的。

1.3 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 24.0統(tǒng)計軟件分析，計數(shù)資料以（）表示；獨立樣本用t檢驗，組間比較用t檢驗及χ2檢驗，工作耗時與治療人數(shù)、注射人數(shù)進行線性回歸分析，信度分析采用Cronbach’s a系數(shù)。

監(jiān)測儀器采用BH3103A型便攜式輻射劑量率儀，儀表的測量范圍為0～10000×10-8Gy·h-1。

在同類研究中,優(yōu)質護理管理模式的護理效果為97.73%,護理滿意度為100%,從上述結果中可以看出,本次研究結果與同類研究中的效果基本一致[3]。

3 監(jiān)測結果及分析

3.1 不同類型物料容器的輻射水平

由于容器閥門、堵頭處的輻射水平更具有代表性，故測量了13臺3 m3原料空容器閥門與堵頭處的輻射水平，并將測量結果分別按容器裝料使用次數(shù)和容器倒空后的空置時間排序，結果列于表4、表5。根據監(jiān)測結果做3 m3原料空容器與空置時間的關系圖，具體如圖2所示。

從圖1可以很直觀地看出各類容器的輻射水平排序，依次為3 m3原料空容器>3 m3原料滿容器>3 m3貧料滿容器>3 m3精料空容器>3 m3精料滿容器>30B精料滿容器>30B精料滿容器(帶外包裝)。進一步對表1、表2、表3數(shù)據進行分析，還發(fā)現(xiàn)3 m3精料容器與3 m3原料容器的空容器表面輻射水平大約是容器裝滿物料時的2倍。下面對這些現(xiàn)象進行分析。

表1 各類容器筒體中部表面輻射水平統(tǒng)計結果Table 1 The surface radiation levels on the middle of various containers

表2 各類容器端頭表面輻射水平統(tǒng)計結果Table 2 The surface radiation levels on the end of various containers

表3 各類容器表面平均輻射水平統(tǒng)計結果Table 3 The average surface radiation levels on all kinds of containers

圖1 各類容器表面平均輻射水平Fig.1 The average surface radiation levels on all kinds of containers

(1)γ照射主要來源。天然鈾元素的幾種同位素234U、235U、238U在衰變過程中主要發(fā)射α射線，同時伴隨有少量γ射線[4]。234U、235U的γ射線能量比238U的要強一些，約為238U的2.5倍、10.1倍。鈾在衰變過程中產生一系列子體，有發(fā)射α射線的子體，如226Ra、222Rn、230Th等；有發(fā)射β射線的子體，如234Th(UX1)、234Pa(UZ、UX2)等[5]。鈾及其子體在衰變過程中還同時發(fā)射γ射線，有些子體γ射線能量還較大，如234Th(UX1)、234Pa(UZ、UX2)的γ射線能量約為238U的5.2倍、75.5倍。因此，物料輻射產生的主要有α、β、γ射線[6]。α射線的貫穿能力很弱，一張紙就可以擋住。β射線貫穿能力稍強些，但物料裝在十幾毫米壁厚的鋼制容器中，β射線不能透射出來[5]。因此，在不考慮表面沾污的情況下，在容器外不能測到這兩種射線。γ射線有很強的貫穿能力，能穿透容器對工作人員造成外照射，因此在容器外部測到的是γ射線。在天然鈾的衰變子體中，234Th(UX1)、234Pa(UZ、UX2)、231Th(UY)半衰期分別為24.1d、6.7h、1.17 min、25.52 h。而由234Pa(UZ、UX2)再衰變產生的子體即長壽命234U，234U、231Th(UY)再衰變產生的子體的半衰期時間均為上萬年，時間很長[7]。經前處理純化后移至鈾濃縮廠的純化鈾，已不含238U系中234U之后的全部子體，也不含235U系中231Pa及231Pa之后的所有子體，故在鈾濃縮廠，γ照射主要由鈾及以上較短壽命的子體產生。

(2)鈾子體的“集膚”現(xiàn)象。在鈾濃縮生產過程中，供料時物料被加至一定溫度和壓力后，物料以氣體進入級聯(lián)系統(tǒng)。在此條件下物料中的234Th(UX1)、234Pa(UZ、UX2)、231Th(UY)的氟化物不能變成氣體，留在3 m3原料容器(料瓶)內[8]。隨著料瓶內物料的減少，這些子體慢慢積累在容器內壁上，而且越靠近底部積累越多。這種現(xiàn)象被稱為“集膚”現(xiàn)象。

(7)3 m3精料滿容器>30 B產品滿容器。3 m3精料滿容器裝料量顯著高于30 B(740升)產品滿容器，因此，前者的輻射水平明顯高于后者。

表4監(jiān)測結果說明 3m3原料空容器的裝料次數(shù)對其輻射水平的影響并不顯著。更值得注意的是，編號為IHX221、IHX203的容器只使用1次，而其輻射水平比多次使用的容器的輻射水平還要高。難道IHX221、IHX203這兩個容器在裝原料以前裝過別的高輻射的東西？還是鈾的子體衰變掉了？于是又調查了容器倒空后的空置時間，按倒空的空置時間對輻射水平進行排序(見表5)，并作圖2。從表5和圖2可以很直觀地看出，容器的輻射水平呈現(xiàn)出很顯著的遞減規(guī)律性，即隨著倒空后容器空置時間的遞增，容器的輻射水平遞減。具體分析如下：

校園網無線局域網一般是依托現(xiàn)有的有線網絡而建立，是有線網絡的擴展和補充。通過無線局域網絡，校園網用戶可以更便捷、更靈活地使用校園網各種信息資源，而這種便捷性和靈活性，對校園網的管理工作提出挑戰(zhàn)。同時，如何依靠現(xiàn)有的有線網絡，提高無線局域網絡的運行性能，規(guī)范化管理無線局域網接入用戶也是建設校園網無線局域網需要認真考慮的問題。

2.2 布點

2.3 監(jiān)測儀器

(6)3 m3精料空容器>3 m3精料滿容器。在液化均質過程中，由于鈾子體“集膚”現(xiàn)象，造成 3 m3精料空容器的輻射水平高于液化均質前的滿容器。

(3)輻射水平3m3原料空容器>3 m3原料滿容器。在測量裝滿原料的容器表面輻射水平時，測到的γ射線由鈾及其衰變子體產生[9]。在容器未倒空前，鈾及其衰變子體較均勻的分布在容器中。容器中的物料同時還是一個厚厚的屏蔽層，將一部分γ射線屏蔽掉[10]，儀表無法測到。容器倒空后，盡管容器內的鈾被倒空，但由于其衰變子體均積累到了容器內壁，且鈾的衰變子體γ射線能量比鈾的大得多，又少了物料這樣一個厚厚的屏蔽層，物料阻擋了原料容器測量部位以外的內表面部分積累子體的γ射線。因此，測量結果就相對高。這就是3 m3原料空容器輻射水平大于3 m3原料滿容器的原因。

(8)30 B精料滿容器>30 B精料滿容器(帶外包裝)。加外包裝相當于加了一層屏蔽，因此，輻射水平明顯降低。

3.2 同類原料空容器的輻射水平

對不同類型的容器(各8臺)進行監(jiān)測、統(tǒng)計。各類容器筒體中部外表面輻射水平見表1，容器端頭表面輻射水平見表2。根據表1和表2的統(tǒng)計結果，可得出各類容器表面的輻射水平，見表3。根據表3中容器表面平均輻射水平作柱型圖，如圖1所示。

表4 3 m3原料空容器輻射水平監(jiān)測結果1(按使用次數(shù)排序)Table 4 Radiation levels monitoring results of 3m3 empty containers used for raw material 1 (according to use)

圖2 3m3原料空容器輻射水平與空置時間的關系圖Fig.2 The changes of radiation levels of 3m3 empty containers used for raw material with empty time

容器編號使用次數(shù)(次)輻射水平(10-8Gyh-1)閥門堵頭空置時間(天)IHX22116980.89515.813IHX11547084.88896.328IHX11745757.86938.137IHX18824567.56578.742IHX03634255.05872.545IHX04643931.05422.252IHX17123694.94689.656IHX16722871.83446.659IHX19022228.03382.466IHX13232570.13015.473IHX11841813.82019.284IHX2031947.5997.4106IHX1573384.8202.0198

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(1) 產生容器外照射的鈾子體234Th(UX1)、234Pa(UZ、UX2)、231Th(UY)的半衰期分別為24.1 d、6.7 h、1.17 min、25.52 h，均屬短半衰期核素[13]，在容器倒空的作業(yè)時間內基本衰變掉了。在容器空置期間，主要應考慮234Th(UX1)及其子體UX2的γ輻射[14]。比較IHX157和IHX221兩臺容器的輻射水平，兩臺容器倒空時間相差185天。若設IHX221容器監(jiān)測的輻射水平為A0，用核素衰變公式A=A0e-λt(λ為衰變常數(shù)，λ=0.693·T-1，T為半衰期，這里采用234Th(UX1)的24.1天)[15]推算出再空置185天后閥門和堵頭處的輻射水平分別為34.2×10-6Gy·h-1和46.6×10-8Gy·h-1。盡管比經過相同空置時間的IHX157容器的輻射水平小，但考慮到倒空后每個容器殘余料的不同以及測量誤差等因素，足以說明倒空容器的輻射水平主要為鈾的短半衰期子體UX1～ UX2的貢獻。

(2) 這些鈾子體由于半衰期很短，在容器空置期間很快衰變，容器的輻射水平因之很快降低。再加上容器周轉周期較長(3 m3原料容器一般一年裝一次料)，在下次裝料時基本恢復正常輻射水平。所以，裝料次數(shù)對其輻射水平并無顯著影響。因此，可以認為，容器使用時間越長，使用頻次越高，積累在容器壁上的鈾子體越多。但是，容器的輻射水平不一定會顯著增高。如果容器的周轉周期較長，在下次裝料時輻射水平已基本衰變至正常，因此下一次裝料后輻射水平不會明顯增加。如果容器使用頻繁，周轉周期很短，則在短期內裝料次數(shù)對其輻射水平影響會較明顯。

(3)通過調查發(fā)現(xiàn)“集膚”在容器壁上的鈾子體會很快衰變掉，在容器空置期間其輻射水平很快自然降低。這一發(fā)現(xiàn)對民用濃縮廠輻射防護工作及實際生產具有實際意義。我們可不考慮通過對3 m3原料容器等進行定期清洗來降低其輻射水平，也不必擔心容器或設備的輻射水平會因其使用時間的延長顯著增加。

4 結論

通過對鈾濃縮設施各類物料容器輻射水平監(jiān)測的數(shù)據分析，得出以下結論：

(1) 各類物料容器中，3 m3原料空容器的輻射水平最高，它和3 m3原料滿容器、3 m3貧料滿容器、3 m3精料空容器等是其所在的廠房及庫房內的主要輻射源。

(2) 3 m3原料空容器的輻射水平與裝料次數(shù)關系不大，但與空置時間密切相關，空置時間越長，輻射水平越低。

(3) 在低濃鈾濃縮生產過程中，鈾及其子體234Th(UX1)、234Pa(UZ、UX2)、231Th(UY)是造成工作人員γ外照射的主要因素。

評價環(huán)節(jié)是對學生學習效果的檢驗，對其中共性的問題進行，進一步提高學習產出的質量。(李麗，2017)課程評價環(huán)節(jié)貫穿同學們整個寫作單元的學習，其中有課前線上的視頻觀看記錄、課堂參與以及課后作業(yè)完成得分。

(4)“集膚”在容器內壁上的鈾子體會很快衰變掉，在容器空置期間其輻射水平很快自然降低。可不考慮通過對3 m3原料容器進行定期清洗來降低其輻射水平。

(5) 民用鈾濃縮廠應重視各類物料容器，尤其是剛供完料的3 m3原料空容器外照射的輻射防護工作。在實際工作中，應采取有效的屏蔽隔離措施，盡可能遠距離操作和減少操作時間來避免不必要的照射。

吸收塔塔頂標高60m，塔體直徑為6.3m，塔壁厚度沿高度分段變化，從下到上依次為18、14、12、8mm。塔內件主要有2層整流層、3層噴淋裝置、3層除霧器。單層整流層重量為3t；單層噴淋層本體重量為4.2t，漿液重量為4.2t；單層除霧器重量12t。煙氣入口尺寸為：寬4.6m，高2.56m，頂部煙囪直徑為3m，吸收塔內部正壓為5000Pa。吸收塔具體結構布置如圖1所示。

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Investigation on the Radiation levels of the Material Containers in the Uranium Enrichment Plant

ZHANG Fangdi1，GU Jiebing2,*

(1.Shaanxi Uranium Enrichment Co. Ltd.，CNNC，Hanzhong 723014,China；2.Northwest Regional Office of Nuclear and Radiation Safety，MEP，Lanzhou 730020，China)

Because the raw materials and products in the Uranium enrichment industry are unirradiated uranium，It is generally believed that fill the material container external exposure level is higher than the empty container, and should pay more attention to the external radiation dose levels. However，in practice, it is found that the external exposure of the containers just emptied is higher than that of the containers filled with materials. Therefore, in this paper, we have investigated the radiation levels of the material containers in uranium enrichment plant, and find out the reason of the high radiation levels of the new empty container and have reached the conclusion that the radiation protection work for the containers newly emptied should be paid more attention to.

UF6container; radiation level;“Skin effect”

2016- 10- 23

2016- 12- 26

張芳娣(1972—)，女，甘肅天水人，高級工程師，現(xiàn)主要從事核與輻射安全工作

*通訊作者:顧杰兵，E-mail:gujiebing@163.com

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1672- 5360(2017)01- 0021- 05