核電廠(chǎng)流出物排放氚的化學(xué)類(lèi)別及監(jiān)測(cè)方法探討

核電廠(chǎng)流出物排放氚的化學(xué)類(lèi)別及監(jiān)測(cè)方法探討摘要：通過(guò)對(duì)核電廠(chǎng)流出物排放傳氚的化學(xué)類(lèi)型進(jìn)行能夠分析，根據(jù)調(diào)查預(yù)估可能的排出量。針對(duì)環(huán)境生物、空氣中氚的監(jiān)測(cè)，從而分析核電廠(chǎng)液態(tài)及氣載流出物中不同類(lèi)型氚排放的可行性，然后對(duì)相關(guān)監(jiān)測(cè)方法和劑量評(píng)估模式進(jìn)行合理的建議。關(guān)鍵詞：核電廠(chǎng)流出物；排放氚；化學(xué)類(lèi)型；監(jiān)測(cè)方法；應(yīng)用效果根據(jù)世界上大多數(shù)核電廠(chǎng)的工作經(jīng)驗(yàn)，關(guān)于流出物中氚的監(jiān)測(cè)一般局限在氚化水，不過(guò)根據(jù)相關(guān)記錄可知，氣載流出物中的氚可能通過(guò)HT、CH3T的形態(tài)釋放出來(lái)，液態(tài)流出物會(huì)通過(guò)有機(jī)氚的形式排放出來(lái)。若是僅單純針對(duì)HTO實(shí)施監(jiān)測(cè)和評(píng)估，那么就無(wú)法有效的評(píng)估核電廠(chǎng)氚的排放量，由此可知，關(guān)于氚輻射劑量的評(píng)估模式還需要進(jìn)一步得到改進(jìn)。一、核電廠(chǎng)排放氚的化學(xué)類(lèi)型（一）液態(tài)流出物中的排放氚的化學(xué)類(lèi)型第一，分析其來(lái)源。核電廠(chǎng)反應(yīng)堆中的氚主要來(lái)源于燃料中235U的三元裂變反應(yīng)，對(duì)輕水堆來(lái)說(shuō)可能通過(guò)一回路冷卻劑活化作用而形成，主要包括10B、6Li、2H反應(yīng)。反應(yīng)堆運(yùn)營(yíng)階段，一回路中的氚通過(guò)化學(xué)與容積系統(tǒng)下泄、設(shè)備泄漏等方式進(jìn)入二回路或廠(chǎng)房中，利用廢物處理系統(tǒng)、廠(chǎng)房通風(fēng)系統(tǒng)等排放到環(huán)境中。由于輕水堆中水的作用，氚會(huì)代替水分子中的氫，因此排放氚的形態(tài)為HTO。核電廠(chǎng)排放的有機(jī)氚來(lái)源通過(guò)核電廠(chǎng)廢液處理系統(tǒng)的廢液來(lái)源、系統(tǒng)處理工藝來(lái)進(jìn)行分析，核電廠(chǎng)廢液處理系統(tǒng)的廢水來(lái)源于核島工藝排放、化學(xué)廢水等，這些廢水中都包含有機(jī)物。廢水處理后進(jìn)入到儲(chǔ)存槽中，監(jiān)測(cè)后通過(guò)液態(tài)方式排放到環(huán)境中。根據(jù)表1可知我國(guó)的CPR1000機(jī)組核島廢液處理系統(tǒng)廢液來(lái)源和排放量，地板疏水的排放量在50%左右。地板疏水中可能保護(hù)一定的有機(jī)物，比如溶解形態(tài)、固體形態(tài)的洗滌劑、微生物。核電廠(chǎng)廢水處理技術(shù)有除鹽、蒸發(fā)、過(guò)濾，同時(shí)還包括超濾、反滲透，具體特點(diǎn)見(jiàn)表2。表1

CRP1000機(jī)組核島廢液處理系統(tǒng)的廢液來(lái)源及排放量廢液來(lái)源

廢物特點(diǎn)

處理方式

排放量工藝排水化學(xué)排放地板疏水及熱洗衣淋浴水放射性濃度高、化學(xué)物質(zhì)含量少

除鹽

4500m3·a-1放射性濃度高、化學(xué)物質(zhì)含量少

蒸發(fā)

3000m3·a-1放射性濃度低、懸浮物固體含量高

過(guò)濾

地板疏水1000m3·a-1熱洗衣淋浴水2500m3·a-1表2

核電廠(chǎng)放射性廢液處理方法的特點(diǎn)處理方法

特點(diǎn)

局限性除鹽

化學(xué)、熱及輻射穩(wěn)定性好，有大量

可供選擇的樹(shù)脂確保選擇性蒸發(fā)

去污因子較大，在104～106之間，

適用于各種不同的放射性核素過(guò)濾

適用于大體積和高鹽濃度廢物高鹽濃度室影響較大且容易堵塞有工藝方面限制、投資和運(yùn)行費(fèi)用較高去污因子小，效率取決于固液分離的步驟第二，OBT排放。OBT排放濃度與有機(jī)物的含量有密切關(guān)系，不同機(jī)組運(yùn)行、廢液處理系統(tǒng)的不同技術(shù)和效率差異都會(huì)影響有機(jī)物的排放量。根據(jù)相關(guān)研究，核電廠(chǎng)液態(tài)流出物中的氚化有機(jī)分子來(lái)源，其組成成分非常復(fù)雜，機(jī)制需要進(jìn)行仔細(xì)的研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Mγ輻照的去污樹(shù)脂產(chǎn)生的濾液加入高濃度氧化水和藻類(lèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，確定能夠進(jìn)入溶解的樹(shù)脂中[1]。（二）氣載流出物排放氚的類(lèi)型第一，關(guān)于來(lái)源。反應(yīng)堆中的氚通過(guò)掃氣、泄漏等方式通過(guò)氣態(tài)排放出來(lái)。壓水堆中的氚在氣液相中的分配因子為1:9，輕水堆核電廠(chǎng)中可能存在HT、CH3T排放。不同核設(shè)施的氚排放的化學(xué)形態(tài)有很大的差異，比如乏燃料處理廠(chǎng)會(huì)以T2的形式排放，一些氚處理設(shè)備存在含氚的有機(jī)酸性氣體。根據(jù)Belot的研究，氚處理設(shè)施中，氣態(tài)排放的氚化學(xué)形態(tài)為CHTO，最大排放量在2%左右。甲醛作為溶于水的氣體，可能有一部分也通過(guò)液態(tài)流出物排出，還有一些研究發(fā)現(xiàn)，氚處理的煙囪排氣中，也有一定的含氚有機(jī)物、有機(jī)酸。第二，排放量預(yù)估。（1）HT排放量。在大氣環(huán)境下，HT活性高于空氣中HTO的活性，大氣對(duì)流層中的氚主要形態(tài)為HT。核設(shè)施的氣態(tài)流出物排放中，已經(jīng)存在有關(guān)核設(shè)施氣載流出物中其他化學(xué)類(lèi)型監(jiān)測(cè)的研究結(jié)果。對(duì)壓水堆核電廠(chǎng)的正常運(yùn)行中，HT排放量占氚排放的1%，事故釋放的HT占氚排放的60%。（2）CHTO排放量。氚處理設(shè)施排放的氣載流出物中，CHTO的排放比率中位數(shù)大約為0.12%，但是該比例也受到很多不確定因素的影響。根據(jù)相關(guān)研究可知，核電廠(chǎng)氣載流出物、液態(tài)流出物排放氚的不同化學(xué)形態(tài)比率見(jiàn)表3。表3

流出物中氚的化學(xué)形態(tài)及排放比流出物類(lèi)型

化學(xué)形態(tài)

占比（%）液態(tài)氣態(tài)

HTO

～100%

OBT

百萬(wàn)分之一

HTO

～100%

HT

～1～10%

CH3T

0.6%

CHTO

0.12%二、不同化學(xué)類(lèi)型的氚的監(jiān)測(cè)方法（一）液態(tài)流出物下不同形態(tài)氚的監(jiān)測(cè)方法輕水堆核電廠(chǎng)中的液態(tài)流出物氚的主要形態(tài)為HTO。核電廠(chǎng)中氚的監(jiān)測(cè)主要針對(duì)的類(lèi)型也是HTO，目前關(guān)于HTO的氚監(jiān)測(cè)方法日益成熟，與環(huán)境水中的氚監(jiān)測(cè)方法一致。液態(tài)流出物中OBT來(lái)源于地板疏水、工藝廢水，形態(tài)主要是樹(shù)脂、洗滌劑、微生物等。雖然目前鮮有關(guān)于OBT的監(jiān)測(cè)方法研究，不過(guò)可以參考環(huán)境監(jiān)測(cè)中OBT的監(jiān)測(cè)方法[2]。生物組織、其他物質(zhì)中的OBT，只有轉(zhuǎn)化為閃爍液相容的形式才能通過(guò)液閃譜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。液態(tài)流出物中關(guān)于OBT的監(jiān)測(cè)，主要通過(guò)干燒燃燒法進(jìn)行，通過(guò)蒸發(fā)方法蒸干有機(jī)物殘?jiān)?，水殘?jiān)部赏ㄟ^(guò)干燒燃燒處理。蒸發(fā)后的水殘?jiān)枯^少，考慮到OBT活性較高，可將少量低氚濃度的有機(jī)物作為載體。（二）氣載流出物不同化學(xué)形態(tài)的氚監(jiān)測(cè)方法核電廠(chǎng)氣載流出物中氚的監(jiān)測(cè)方法主要是針對(duì)HTO的監(jiān)測(cè)，采用鼓泡器收集方法進(jìn)行?，F(xiàn)已有相關(guān)技術(shù)也開(kāi)展對(duì)HT、CH3T的監(jiān)測(cè)，操作原理根據(jù)HT和CH3T不同催化劑的反應(yīng)溫度差異進(jìn)行鑒別，這一方法目前已經(jīng)在日本等發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用。HT和CH3T氧化適用于不同溫度下的Pt和Pd催化劑氧化效能，Pt催化劑在低溫下對(duì)CH4沒(méi)有催化效果，但是對(duì)H2的催化效果達(dá)到100%，因此實(shí)現(xiàn)了對(duì)HT的低溫選擇性催化。Pd催化劑能夠在350攝氏度以上的環(huán)境下對(duì)CH4實(shí)現(xiàn)100%的催化氧化。三、小結(jié)氚屬于弱β放射性核素，包括1個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子，物理半衰期為12.33年。核電廠(chǎng)運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量的氚，進(jìn)入回路中的氚向環(huán)境中釋放，由于半衰期較長(zhǎng)，與組成生物物質(zhì)中的氫元素物理、化學(xué)特點(diǎn)相似，氚容