核电站辐射监测系统报警阈值设置方法

贾靖轩，袁育龙，孙国庆，王益元，熊启发

(1.武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430064;2.中广核工程有限公司，广东 深圳 518045)

0 引言

核能是目前公认的惟一可大规模替代常规能源的既清洁又经济的现代能源，在人类生产和生活中应用的主要形式是核电。相比于其他能源设施，核电站最大的缺点就是会产生大量的放射性物质，这些物质如果不加以控制会对人体和环境造成极大危害，为此核电站设置了多道屏障对其进行防护。但任何一道屏障都不能保证永久完整和有效，为监测这些屏障的完整性和有效性并保证人员安全，核电站设置了辐射监测系统，通过对核电站某些工艺过程和设备、工作区域、排出流的监测，从辐射水平的高低来判断设备是否正常运行，防止任何超剂量事故的发生［1］。

一般情况下，核电站辐射监测系统包括几十个不同的监测通道，分别监测核电站工艺系统、工作区域、排出流的放射性水平。每个通道都设置有两级报警，即一级报警(又称调查报警)和二级报警(又称干预报警)。在核电站发生异常情况时，这两级报警阈值的设置可使辐射监测系统准确及时的发出报警信号，以便工作人员采取措施，确保电站和人员(包括公众)的安全。因此，报警阈值作为辐射监测系统是否发出报警信号的重要指标，是辐射监测系统的核心运行参数，其设置的合理与否将直接影响到辐射监测系统的稳定有效运行，并且间接影响到电站的安全稳定运行［2］。简单地说，如果阈值设置过高，辐射监测系统可能在发生事故的情况下不能及时报警，从而对电站和工作人员的安全造成极大威胁;如果阈值设置过低，辐射监测系统又可能会出现频繁误报警的情况，直接影响电站的运行效率。综上所述，合理的阈值设置将会有效提高电站的负荷因子，保证电站的安全稳定运行，并确保核电站工作人员及公众的辐射安全。

关于核电站辐射监测系统报警阈值的设置，国外一些核电发达国家已对其进行过深入的研究，并且早已成功投入到电站的运行中，拥有长时间的运行经验。由于这其中涉及商业利益，目前只知道部分核电站辐射监测系统的运行阈值，却无法获知阈值设置的具体方法。而我国自发展核电以来，主要以引进国外技术并进口国外设备为主，在辐射监测系统报警阈值设置方面则主要由外方厂商直接提供，虽然也有秦山一期等国产化堆型的投入运行，但其阈值的设置也大部分参考国外同类型电站，缺乏相关的专题研究。

辐射监测系统报警阈值的设置首先必须满足国家相关的核安全法律法规和标准要求，其次需根据监测通道所执行的功能进行具体的研究。本文针对工艺系统监测通道、区域辐射监测通道、排出流监测通道的报警阈值设置方法作相应的探索，以对辐射监测系统报警阈值的设置方法进行初步的定性研究。

1 工艺系统监测通道报警阈值

工艺系统监测是指对核电站的某些工艺过程和设备进行监测，以便从辐射水平的高低来发现设备是否有效、正常运行。

1.1 监测通道特点［1］

工艺系统监测通道主要包括燃料元件包壳总破损监测、蒸汽发生器传热管总破损监测、压力容器及一回路设备与管道组成的压力边界泄漏监测和核辅助系统的某些设备的泄漏监测等。监测通道通过监测特定核素的辐射水平来判断工艺设备的完整性和有效性，一般是通过对液体或气载放射性物质的监测来实现的，其中需研究放射性核素的迁移变化过程，找出辐射水平与屏蔽完整性之间的定性或定量关系。

1.2 阈值设置

1.2.1 阈值设置原则

工艺系统辐射监测报警阈值设置的原则、依据和方法大致分为以下几种:

1)依据运行历史和运行经验的反馈，同类核动力装置的运行数据或设计部门与业主之间对某些监测通道报警阈值达成的共识确定报警阈值。

放射性屏障完整性、有效性的辐射监测通道以及某些工艺过程的辐射监测通道的测量结果受众多因素影响，无法建立计量检定标准条件，不能实现真正意义上的在线定量测量。因此此类通道的报警阈值只能依据监测数据的积累、分析和运行经验进行定性测量或半定量分析测量，并以此为依据设置报警阈值。即根据正常运行条件下，不同功率时相关通道的实测值、运行事件记录，将这些正常运行工况下的测量值视为正常状态，结合以往非正常运行事件时的实测值，确定超出正常测量值一定范围为调查报警以及干预报警。

2)依据设计结果和设计值设置报警阈值。

根据反应堆设计范围内的运行事件、事故及假想事故条件下工艺系统介质中核素组成及比活度，气载放射性物质比活度设计值等源项数据，并结合反应堆物理、热工、结构、工艺系统运行参数、厂房及系统设备布置情况等进行放射性水平的设计计算，其结果可作为确定工艺辐射监测通道报警限值的依据。

3)通过理论分析、计算设置报警阈值。

部分通道的报警阈值也可通过理论分析来确定。通过对核素的迁移进行建模，并选取合理的输入参数对模型进行计算，求出放射性核素在正常情况和非正常情况下的比活度或剂量率大小，以此为报警阈值的设置提供依据。

1.2.2 阈值设置方法

根据上述的阈值设置原则，以安全壳大气中惰性气体比活度监测通道报警阈值的设置为例，阈值设置方法如下:

1)确定通道所执行功能［2］

安全壳大气中惰性气体比活度监测通道主要用于监测一回路压力边界的完整性，即安全壳内一回路系统是否发生泄漏以及泄漏率的大小。一旦监测到的放射性气体体积比活度超过一级报警阈值则发出声光报警信号，操作人员接到信号后对其进行调查分析;当超过二级报警阈值时，系统自动隔离安全壳内大气监测系统、安全壳换气通风系统、核岛排气和疏水系统向反应堆厂房外的排放，进一步分析报警原因，找出工艺程序中可能存在的问题，保障电站安全稳定运行。

2)理论分析与模型建立

根据惰性气体监测通道的监测对象，确定计算中所要考虑的重要核素。一般情况下选取放射性惰性气体41Ar作为考察对象(燃料元件包壳发生破损的情况下还应考虑放射性核素85Kr和133Xe及其同位素)，建立核素迁移的数学模型，研究一回路冷却剂泄漏导致安全壳空气中惰性气体体积比活度的变化与一回路系统冷却剂泄漏率之间的关系。

3)数值计算及阈值设置

根据实际情况，选取合理的输入参数对以上模型进行数值计算，对计算结果进行分析，并结合实测值或经验值对模型进行修正，最终根据计算结果提出阈值设置的建议。

2 区域监测通道报警阈值

2.1 监测通道特点［2］

对核电站的区域辐射进行测量有工艺和安全的目的，涉及到的监测通道相当多。以主控室空气γ辐射剂量率监测通道为例，该监测通道连续监测由主控制室空调系统吹入控制室的空气的放射性活度，当辐射剂量率超过二级报警阈值时自动触发主控制室空调系统吸风切换到通过碘收集器，对空气中的放射性碘进行过滤，从而起到保护主控室工作人员的作用。

2.2 阈值设置

2.2.1 阈值设置原则

区域辐射监测系统报警阈值设置的原则、依据和方法大致有以下2种:

1)依据国家相关核安全标准、规范设置报警阈值。部分区域监测通道的报警阈值可直接或间接地依据国家标准、法规所规定的限值要求及其相关规定来确定，并遵循合理可行尽量低的辐射防护基本原则。放射性工作场所相关监测通道报警阈值可按工作人员剂量控制原则、年有效剂量限值、管理限值等相关标准确定。

2)部分兼有工艺监测功能的区域监测通道报警阈值的设置原则可参考工艺辐射监测通道报警阈值设置原则中的第1种。

谈及取得的有形成果时，刘延锦称，数据是最好的证明，营养风险筛查率由改善前的40%提升至100%，经口进食正确率由改善前的85%提升至100%，营养支持介入时间由改善前102h缩短至62h等。“目前，这一模式已在河南省18个地市广泛应用，充分发挥了医院的辐射带动作用。”她欣慰地说。

2.2.2 阈值设置方法

根据阈值设置原则，以主控室空气γ辐射剂量率监测通道报警阈值的设置为例，阈值设置方法如下:

1)确定所监测区域必须符合的控制标准

主控室为工作人员经常活动的区域，其γ辐射剂量率应按工作人员的职业照射水平年剂量当量限值进行控制，具体限值可参考GB 18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中对放射性工作人员年有效剂量的限值规定。

2)根据剂量限值推算出实时剂量率

GB 18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中规定的剂量限值适用于在规定期间内内、外照射(包括中子、γ、惰性气体)所致剂量和放射性物质摄入所致待积剂量之和，工作人员接受的γ辐射剂量只能是年剂量限值的一小部分，比如说30%或更小。根据γ辐射剂量限值，再结合工作人员每年在此区域中工作的时间，算出对应的实时剂量率值。

3)阈值设置

根据以上实时剂量率结果，结合实测值，提出初步的阈值设置建议。

3 排出流监测通道报警阈值

核电站在运行过程中会产生放射性废气和废液，这些含有放射性物质的废气和废液最终会排放到环境中去。排放到环境中的放射性物质不但对核电站周围公众造成外照射影响，而且随着公众的食入和吸入，造成内照射影响。因此，在核电站运行过程中必须进行针对排出流的监测［1］。

3.1 监测通道特点［2］

核电站的排出流分为气态排出流和液态排出流2种形式。以气态排出流监测为例，其中包括气溶胶、碘和惰性气体的活性监测，通过循环辅助装置测量单位体积内惰性气体的活性以及测量在过滤器、碘收集器上沉淀物的放射性活度，来确定由烟囱排放的气载放射性物质的总活性。当测量到的气载放射性物质活性超过二级报警阈值时自动隔离排放系统向环境中的排放，起到保护环境和公众的作用。

3.2 阈值设置

3.2.1 阈值设置原则

排出流监测通道报警阈值设置原则的依据主要是国家标准和规范，其排放必须间接符合国家相关核安全法规、标准所规定的限值要求。

3.2.2 阈值设置方法

根据阈值设置原则，以烟囱排出流中惰性气体监测通道报警阈值的设置为例，阈值设置方法如下:

1)确定排出流排放时应执行的标准

核电站气体放射性物质排放所需执行的标准主要包括:GB 6249-1986核动力厂环境辐射防护规定、GB 14317-1993核热电厂辐射防护规定及GB 18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准。

2)根据标准推算出烟囱排出流排放时的气载放射性物质活度

根据上述标准中所规定的排放限值或对公众所致剂量限值，结合排放量和排放时间等参数，可推算出烟囱排出流排放时的气载放射性物质的活度限值。

3)阈值设置

根据以上烟囱排出流排放时的气载放射性物质活度限值，确定达到排放标准所规定的上限所对应的气载放射性物质活度为二级报警阈值，在核电站正常运行实测值与二级报警阈值之间选取合理的值作为一级报警阈值。

4 结语

随着国家大力发展核电的大趋势以及核电国产化的逐步推进，核电站辐射监测系统监测通道报警阈值作为关系到核电站安全稳定运行的重要参数必须受到足够的重视。这其中每个通道的报警阈值都需根据核电站的设计布置、放射性物质源项、监测通道自身特点以及国家相关法规、标准对其进行专项研究，研究出合理的阈值设置方法。本文根据核电站工艺系统监测通道、区域辐射监测通道、排出流监测通道各自的特点，对各监测通道报警阈值的设置方法作了初步的定性研究;同时选取各监测通道中典型的监测对象，确定了报警阈值设计方法。

［1］凌球，郭兰英，等.核电站辐射测量技术［M］.北京:原子能出版社，2001.94 －168.

［2］廖红彪.辐射监测系统KRT培训教材［M］.广东:岭澳核电站保健物理处，2001.3 －16.