压水堆中C-14行为探讨

陈　晓（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南　郑州　450002）

压水堆中C-14行为探讨

陈晓
（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州450002）

放射性核素C-14具有较长的半衰期，可以和碳在自然界中稳定的同位素C-12、C-13经过动植物的复杂作用进入生物圈，参与全球碳循环，C-14的性质使得其成为核电站环境影响评价中最受关注的核素之一。本文对压水堆中C-14的产生及释放行为进行简单探讨。

压水堆；C-14；产生与释放

碳元素在自然界中有三种同位素，分别是C-12、C-13和C-14，丰度分别为98.89％、1.108％和1.2E-12，其中，C-12和C-13为稳定核素，C-14为放射性核素，半衰期为5 730年，为纯弱β放射性，而碳元素可经过生物圈的作用进入生物圈，因而C-14成为核电站环境影响评价中最受关注的核素之一。

压水堆（PWR）［1］［2］是美国贝蒂斯原子能实验室开发成功的一种轻水核反应堆。目前全世界核电站、核潜艇和核动力航空母舰等使用的反应堆中均以压水堆为主，截至2000底，全世界有258座运行中的反应堆，占总数的64.6％。中国目前已建成的秦山核电站一二期工程、大亚湾核电站、田湾核电站、岭澳核电站均采用压水反应堆。压水反应堆利用普通水作为冷却剂和中子慢化剂。其冷却系统由两个循环回路组成。一回路连接着堆芯和二回路中的蒸汽发生器，回路内压强保持在15.5MPa左右，在此压强下可将冷却水加热至约343℃而不沸腾。冷却水在二回路蒸汽发生器的传热管中将压强约为7.1MPa左右的二回路水加热至沸腾，形成的水蒸气再通过二回路送至汽轮机，推动涡轮运转。

在压水堆（PWR）中，C-14主要由燃料及包层、冷却剂中所含有的O-17及N杂质活化生成。其产生区域以及产生量［3］［4］如表1所示。

表1　PWR中不同区域C-14产生量及产生机制　单位GBq/GWe-a

a燃料中N杂质浓度取20ppm b包层中N杂质浓度取25ppm

压水堆在世界被广泛应用，因此对于C-14的释放具有显著的作用。C-14的释放依赖于燃料的富集程度，燃料和慢化剂的相对量，掺杂在燃料和结构材料中的氮气杂质的浓度，以及燃料和慢化剂的温度。由表1可以看出PWR中C-14的产生量较大部分是由于N杂质活化生成的。

在核电站中，燃料和冷却剂中生成的C-14在气态和液态流出物中都含有。系统的泄漏使得C-14最终释放到环境中，因此对不同路径的C-14源项的划分对控制措施的制定具有重要的导向作用。在图1中简单展示了压水堆中C-14的流向。

图1　压水堆中C-14流向图

对于反应堆冷却剂中的C-14，大约有95％认为是可以气态释放的，剩下的5％成为LLW废物。气态释放的典型值为185-740GBq［3］［5］。PWR燃料中的C-14仍留在燃料或结构材料中。对于固态废物，大部分低放射性水平的C-14包括离子交换树脂，被辐照过的硬件，蒸发器底部，过滤器的渣滓，过滤筒等废物。这些固体废物将暂存在核电站直到被运往后处理工厂。每年PWR固态废物的C-14量［3］分别为70 GBq/Gwe-a。

本文简单地分析了压水堆中C-14的产生及释放行为，但C-14的释放水平还与具体的反应堆功率设计等相关，因此，C-14的释放水平需根据具体的设计作出进一步分析。

［1］W里西.核电厂［M］.北京：原子能出版社，1996.

［2］连培生.原子能工业［M］.北京：原子能出版社，2002.

［3］Man-Sung Yim，Francois Caron.Life cycle and management of carbon-14 from nuclear power generation，Progress in Nuclear Energy，2006，48：2-26.

［4］Vance，JN.Characterization of Carbon-14 generated by the Nuclear Power industry.EPRI TR-105715.

［5］IAEA.Management of waste containing tritium and carbon-14.Technical reports series No.421，2004.

C-14 Production and Release Behaviour in PWR

Chen Xiao
（Patent Examination Cooperation Henan Center of the Patent Office，SIPO，Zhengzhou Henan 450002）

Carbon-14 has a long half-life.It can enter the biosphere with the stable isotope，carbon-12 and carbon-13，by the complex role of fauna and flora.It move in the world，leading to global diffusion.The features of Carbon-14 makes itself one of the concerned nuclides in the environmental assessment of nuclear plower plants.This paper discusses Carbon-14 production and release behavior in PWR.

PWR；Carbon-14；production and release

2016年河南省各省辖市专利申请量统计表（5月）

2016年河南省各省辖市专利授权量统计表（5月）

TM623.7

A

1003-5168（2016）05-0092-02

2016-5-20

陈晓（1984-），女，硕士，审查员，研究方向：核物理领域发明专利申请审查。