放射性轻微污染物料清洁解控管理实践和思考 (2).pdf

第 43 卷第 4 期2023 年7 月辐射防护Radiation ProtectionVol.43No.4July2023放射性废物管理放射性轻微污染物料清洁解控管理实践和思考徐侃1,熊扣红1,闫晓俊2,郭喜良2,徐春艳3,高超2(1.核电运行研究(上海)有限公司,上海 200126;2.中国辐射防护研究院,太原 030006;3.生态环境部核与辐射安全中心,北京 100082)摘要:通过对 IAEA 和国内外关于放射性轻微污染物料清洁解控管理和实践的分析,对国内核电厂运行产生的放射性污染物料清洁解控管理存在的问题进行了思考并在此基础上提出了改进建议。关键词:核电站;轻微污染物料;清洁解控;废物最小化中图分类号:TL94文献标识码:A收稿日期:2023-03-20作者简介:徐侃(1970),男,1991 年毕业于陕西师范大学物理专业,2009 年毕业于上海交通大学工商管理专业,获硕士学位,高级工程师。E-mail:xuk 能源替代是碳中和产业链中重要的一环,核能是能源替代的重要途径之一,在国家关于“碳达峰”、“碳中和”的工作意见中明确提出了积极有序安全地发展核电的要求。核能发展和利用过程中不可避免地会产生放射性污染物料,这些污染物料的安全处理构成了核能绿色、低碳和可持续发展的重要因素。放射性轻微污染物料的清洁解控是通过对放射性轻微污染物料的精细化分类管理,实现污染物料的清洁解控或再循环再利用,是实现放射性废物最小化的最有效途径,也将促进核能的绿色生态高质量发展。核行业可清洁解控的放射性污染物料主要有金属、废树脂、废碱渣、混凝土等,绝大多数物料具有循环再利用价值。据统计,核设施运行过程可解控物料的占比约为 20%30%,而大型核设施核电厂退役过程中可作为清洁解控评估和管理的放射性污染物料,如 APG(蒸发器排污系统)树脂、废空气过滤器框架、废弃设备/工器具、工作安全鞋、工作服、手套、塑料布等,占比可达 80%90%1-2。自 20 世纪初国际上公认了建立被放射性污染的物项、设备、核设施的清洁解控准则的必要性,美国和欧盟等就清洁解控概念的适用性开展了长期的持续的研究,在确定剂量准则和推导清洁解控限值的基础上,对核设施产生的多种物料开展了清洁解控实践。国际原子能机构(IAEA)对国际上清洁解控管理良好实践结果的归纳,使得核设施产生的放射性污染物料的清洁解控管理得以持续发展。国内对放射性污染物料的清洁解控也进行了一些实践。本文通过对 IAEA 和国内外在放射性轻微污染物料的清洁解控管理实践的分析,进行了一些思考并提出了相关建议。1清洁解控管理的国际现状1.1IAEA 关于清洁解控的导则IAEA 第 89 号安全导则辐射源和实践的豁免准则3描述了豁免的依据,即个人剂量足够低,可免于监管部门监管且必须进行辐射防护和管理控制成本方面的优化。在此基础了确定了个人年有效剂量不大于 10 Sv/a 与集体剂量当量不大于 1 人Sv/a 的剂量准则推导值。1996 年的基本安全标准沿用这个概念作为豁免和清洁解控的依据4。2004 年的安全导则 IAEA-RS-G-1.7 规定了清洁解控活度浓度限值制定的主要放射学依据是个人年有效剂量小于等于 10 Sv5。考虑可能导致较高辐射照射的低概率事件的发生,还使用了一项附加准则,即由此种低概率事件引起的年有效剂量应当不超过 1 mSv,皮肤的当量剂量标准为50 mSv/a。该安全导则中应用“排除”概念导出了063徐侃等:放射性轻微污染物料清洁解控管理实践和思考 适用于天然放射性核素的活度浓度限值;应用“豁免”概念导出了人工放射性核素的活度浓度限值。该安全导则同时给出了通用解控限值的建立与推导的基本流程,即首先确定污染物料清洁解控后的可能受照情景,根据受照情景和受照途径(如外部吸入、食入和皮肤渗透等)进行不同受照途径的剂量计算,并以清洁解控剂量准则为输入,推导不同放射性核素的清洁解控限值。对有条件清洁解控的定义为:超出了通用的解控限值,需要通过专门的评价并获得批准。2014 年发表的基本安全标准 BSS GSR-Part 3指出清洁解控水平的准则是个人受照剂量,在清洁解控和豁免概念中不再考虑集体剂量准则6。该基本安全标准中对清洁解控的定义为“备案或授权的设施和活动中的放射性物料或物品不再受监管机构的监管控制”。这里的实践是指“所有来自现存源的额外被引入的照射源、照射途径,或被修改的照射途径,且增加了公众的受照可能性或被照射人数的活动”。对清洁解控水平的定义为“由监管部门规定的,用活度浓度表达的数值,在该值或低于该值时,备案或授权实践中的辐射源可不再受监管控制”。因此,清洁解控应是一个由监管机构规定的监管过程。根据 2014 年基本安全标准,IAEA 于 2018 年启动了对 IAEA-RS-G-1.72004 安全导则的修订,修订草案中将豁免和清洁解控分为两个导则(DS 499 和 DS 500)分别进行讨论,DS 500 修订草案7指出该安全导则将不包括豁免的内容,被污染的非食品类商品的管理,放射性污染场址的释放管理控制和应急放射性废物的管理。DS 500 修订草案主要涵盖了以下内容:(1)清洁解控管理框架:描述了监管机构和授权实施部门的职责、清洁解控过程的管理和实施、分级方法在清洁解控中的应用;(2)清洁解控过程:包括清洁解控流程、含多种核素物料的解控、待解控物料的表征;(3)不同物理形态物料的解控:包括固体物料解控一事一议方法的应用、无条件解控限值的保守推导、表面污染和体污染解控准则、清洁解控测量的实施和不确定度的考虑;液体物料清洁解控的性质和范围、清洁解控水平(活度浓度或总活度)、清洁解控概念的实际应用案例;气体物料清洁解控和排 放概念、清洁 解控概念的 实际应用案例;(4)有条件清洁解控:有条件清洁解控的放射学基础、剂量准则和解控限值水平;(5)其他主要内容:相关方的参与和提高公众理解,基于表面污染测量的放射性核素解控限值推导的剂量模型,小型医疗设施清洁解控概念的应用实例,事故后废物和物料填埋或再循环的筛选水平等。1.2欧盟对清洁解控的管理欧盟委员会(EC)颁布实施了豁免和清洁解控的系列辐射防护(RP)要求,1996 年的理事会96/29/号指令制定保护电离辐射对工人和公众健康造成风险的基本安全标准 提出了为满足豁免要求的活度浓度和总活度限值,提出监管部门制定清洁解控限值的剂量准则应为 10 Sv/a8,并列举了各成员国使用的清洁解控水平。RP 第134 号出版物对 1996 年成员国理事会关于许可和豁免概念使用情况进行了评价9。欧盟各成员国对清洁解控概念的使用存在较大的差异:法国将放射性废物分为六大类,没有采用清洁解控的概念,较低水平的废物均按照极低放废物管理;德国将放射性废物分为四大类,对低水平以下的废物均采用清洁解控概念进行管理,没有极低放废物的定义,规定了无条件清洁解控和有条件清洁解控的适用范围和限值要求,提出无条件清洁解控适用于所有类型污染物料,特别是建筑物、建筑碎石和场址,有条件清洁解控则适用于焚烧废物、建筑的拆除物、金属熔融物等。19982001 年间,EC 先后出版了核设施拆除产生的废金属再循环的推荐剂量准则(RP 第89 号出版物)10,核设施拆除产生的建筑物和碎石清洁解控的推荐剂量准则(RP 第 113 号出版物)11,清洁解控和豁免概念的实际使用(RP第 122 号出版物第 1 部和第 2 部)12-13。2010 年出版的 RP 第 157 号出版物14,对清洁解控和豁免水平的 EC 体系和 IAEA 体系进行了系统比较,主要以 IAEA RS-G-1.72004 和 EC RP 第 122 号出版物第 1 部为参考进行比较,比较结果如 图 1 所 示。由 图 可 以 看 出,EC 体 系 和IAEA 体系对清洁解控采用了相同的剂量准则,即10 Sv/a。二者的不同之处主要在于:其一,IAEA163 辐射防护第 43 卷第 4 期体系作为通用的清洁解控要求,主要按不同照射途径进行了考虑,而 EC 体系考虑了无条件解控,金属熔炼和建筑物的一事一议的有条件解控;其二,RS-G-1.72004 推荐的固体物料通用的清洁解控限值绝大多数可满足 EC 体系清洁解控监管要求,而安全导则中对天然核素和人工核素的区分和限值推导个别景象需要进行修正,对通过水迁移的释放景象需要讨论。图 1IAEA 和 EC 清洁解控剂量准则Fig.1IAEA and EC dose criteria for clearance1.3美国对清洁解控的管理美国核管会(NRC)(其前身为原子能委员会,AEA)从 20 世纪 40 年代就开始致力于放射性轻微污染物料清洁解控导出的研究。1957 年 AEA制订的辐射防护标准规定当物料中放射性核素低于某个值时,该物料可免于审管体系的控制,但未给出清洁解控放射性核素的具体活度浓度参考值,在随后的补充文件中指出免于审管控制要求的申请可采取一事一议的评价方法15。1964 年,美国尝试开始建立统一的清洁解控标准,其范围仅限于对放射性表面污染的考虑,没有考虑放射性体污染、中子活化和污染的土壤,该活动持续了近 20 年。20 世纪 80 到 90 年代,随着受照途径评价模式的发展以及同期美国核管会(NRC)对核设施退役监管要求的修订和 IAEA 对清洁解控准则(原来的豁免准则)3的制订,NRC 研究了清洁解控的剂量准则、放射性核素的表面污染和体污染活度浓度限值,并以国家标准的形式(ANSI-HPS N13.121999)颁布实施16。2003 年 NRC 颁布了用于核设施产生物料清洁解控放射性评价的 NURGE-1640 系列报告17,报告共分为四卷,第一卷为主报告,第二到第四卷为附录。报告完整描述了由特定物料清洁解控所致的可能的个人年受照剂量的计算和可能的结果,解控物料包括铁、不锈钢、铜、铝和混凝土等。剂量估算考虑了 86 种受照景象,每种景象考虑了清洁解控需要监测的 115 种放射性核素,并给出了这些放射性核素的清洁解控水平限值,钢材和混凝土两大类物料中的核素限值稍有差异,钢材类的限值略高于混凝土。由于在解控限值推导时采用了更接近实际的工业实践的参考景象,尽量减小了不必要的各种照射景象和照射途径的保守余度。USNRC-1640 推荐的解控水平大于 IAEA 和EC 体系推荐的清洁解控限值。最终,NRC 在导出放射性物料解控水平的剂量标准上取得了共识,提出了“可忽略的剂量水平”的概念,推荐固体物料清洁解控的个人剂量准则为 10 Sv/a,该准则与 IAEA 和 EC 体系保持了一致。2国内清洁解控管理实践2.1相关标准截至目前,国内豁免和清洁解控管理的基本辐射防护依据仍是电离辐射防护与辐射源安全基本标准(GB 188712002)18,该标准给出的豁免准则和豁免水平(包括活度浓度和总活度)仅适用于 1 t 以内的小批量物料的管理,并不适用于大批量污染物料的清洁解控管理。2009 年颁布实施的核设施的钢铁、铝、镍和铜再 循 环、再 利 用 的 清 洁 解 控 水 平 (GB/T 175672009)19规定了核设施运行和退役过程中产生的钢铁、铝、镍、铜等金属污染材料再循环再利用的清洁解控水平,包括表面污染水平和体污染水平,该标准规定的表面污染解控水平与 GB 188712002 中的规定一致,该标准提出的体污染水平是以再循环再利用为目的,通过不同金属材料可能的再利用途径,以个人剂量 10 Sv/a 和集体剂量 1 人Sv/a 推导得出,这也是国内目前有条件清洁解控管理的参考和实践。2011 年颁布实施的可免于辐射监管的物料中放射性核素活度浓度(GB 277422011)规定的可免于辐射监管的活度浓度限值直接采纳了IAEA RS-G-1.72004 推荐的通用的清洁解控限值,可理解为无条件清洁解控限值20。263徐侃等:放射性轻微污染物料清洁解控管理实践和思考 2.2研究及成果 2000 年起,放射性污染物料清洁解控管理开始受到国内广泛关注,研究内容包括了清洁解控限值和剂量水平21-22,清洁解控标准、流程和实践23-24,退役中的清洁解控25-26,核电站放射性污染 物 料 清 洁 解 控2,27-29,核 燃 料 废 渣 清 洁 解控30,核医疗废物清洁解控31-32等。通过清洁解控工作,促进了放射性固体废物最小化管理,受到了国内核电厂的普通关注。秦山核电和大亚湾核电较早启动了报废空气过滤器金属框架和蒸发器排污系统(APG)废树脂的清洁解控工作,论证结果得到了国家监管部门的审评认可。经过近十余年的探索和实践,已建立了废空气过滤器金属框架和 APG 废树脂清洁解控管理流程,且在国内多个核电厂得以推广应用。由于工作服、工作鞋、安全帽、厂房建筑物等物料的污染水平低、来源清楚、污染源项基本清晰,近年来,清洁解控的对象也逐步扩展至这些物料。随着我国核电单台机组放射性固体废物产生量的设计值和管理目标值逐步优化,对轻微污染物料的清洁解控作为固体废物的减量化的一条有效途径将受到越来越多的关注和研究。近十年来,国内核电厂开展了广泛的放射性污染物料清洁解控实践,也取得了一些较好的管理经验:(1)放射性轻微污染物料清洁解控主要依据GB 277422011 规定的清洁解控限值,对待解控物料需要开展辐射水平测量,清洁解控符合性评估,清洁解控申请。申请报告和文件的内容应至少包括废物来源及特性、解控标准依据、测量方法及结果、质量保证、解控流程及相关附件。待获得解控批准后,实施清洁解控。(2)对不同核设施不同类型的污染物料,解控评估和申请基本采用了“一事一议”的方法,截至目前已建立了包括蒸发器排污系统(APG)废树脂和废空气过滤器金属框架在内的不同物料的清洁解控流程2。通常在污染物料第一次清洁解控申请时,清洁解控流程作为解控申请文件的组成部分获得批复。(3)自核电厂启动 APG 废树脂和废过滤器金属框架清洁解控实践工作以来,放射性清洁解控评估的物料类型已开始扩展到工作服、工作鞋、安全帽、厂 房 建 筑 物、废 油 和 废 有 机 溶 剂 等 多 种类型。3思考和建议从废物最小化角度出发,国内已有较多的清洁解控管理实践,特别是核电厂运行产生污染物料的清洁解控管理。但与国际相比仍存在较明显的差距,还需结合国内实际情况,参考国际最新的管理标准要求,持续关注和开展放射性污染物料清洁解控的研究和实践。(1)放射性污染物料清洁解控的关键是采用合理、有效的放射性辐射水平测量方法,获得足够可信的用于清洁解控符合性评估的核素活度浓度结果。国内目前辐射测量包括现场污染水平和剂量率测量,以及采样核素活度浓度分析,均是人工操作,辐射测量任务重、周期长,无法使暂存的待解控物料及时得到放行。随着辐射测量技术的不断提升,有必要尽快开展轻微污染物料活度判定快速测量技术和特定废物流中放射性核素活度相关性估算方法的研究和应用。(2)国内目前已有多年的核设施运行轻微污染物料清洁解控的实践,形成了多种污染物料清洁解控的流程并部分得以推广应用,但比较国际上清洁解控管理安全要求的新进展,国内对清洁解控安全管理的标准化研究还有较大差距,有必要参照国际标准体系,结合国内已有实践研究并形成不 同 类 型 污 染 物 料 清 洁 解 控 规 范 和 标 准体系。(3)IAEA-RS-G-1.72004 修改稿中新增了针对以填埋处置、回收、再循环再利用为目的的有条件清洁解控的放射性依据和解控限值内容,以及清洁解控概念对液体和气体的适用,这些在国内目前仅有极少数的实践,且解控审管采取了保守处理的方式。有必要紧跟 IAEA-RS-G-1.72004 的修改成果,补齐国内清洁解控的短板或不足。参考文献:1 Charles D,Smith G M.Waste management study for large volumes of very-low-level waste from decommissioning of nuclear 363 辐射防护第 43 卷第 4 期installationsM.Publications Office of European Union,1993.2 郭喜良,徐春艳,冯文东,等.核电站放射性轻微污染物料的清洁解控J.辐射防护,2014,34(2):74-80.GUO Xiliang,XU Chunyan,FENG Wendong,et al.Clearance of slightly radioactive contaminats from NPPs J.Radiation Protection,2014,34(2):74-80.3 IAEA.Principles for the exemption of radiation sources and practices from regulatory control:Safety Series No.89 S.Vienna:International Atomic Energy Agency,1988.4 Food and Agriculture Organization of the United Nations,International Atomic Energy Agency,International Labour Organization,et al.International basic safety standards for protection against ionizing radiation and for the safety of radiation sources:Safety Series No.115S.Vienna:International Atomic Energy Agency,1996.5 IAEA.Application of the concepts of exclusion exemption and clearance:Safety Standards Series 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030006;3.Nuclear and Radiation Safety Center,MEE,Beijing 100082)Abstract:Based on the analysis of clearance practice of very low level radioactive contaminated material in recent years and the analysis of the latest description of IAEA on the applicability of clearance concept,some considerations on the clearance management of radioactive contaminated material arising from domestic NPPs are put forward.Key words:nuclear power plants;very low level radioactive contaminated material;clearance;waste minimization563