乏燃料后处理厂高放废液和废有机溶剂处理系统典型安全问题分析

乏燃料后处理过程会产生大量的放射性废液,需要对其进行净化处理。本文介绍了高放废液处理系统、高放废液贮存系统和废有机溶剂处理系统,分析了需要关注的安全问题,并讨论相应的预防措施、探测手段和纠正措施,为商用后处理厂废液处理系统的设计和事故分析提供了参考和建议。     

高放废液自动取样装置设计

高放废液贮存设施运行及退役期间往往需要获得代表性的废液样品,分析废液物理特性、化学组分、放射性核素等,满足高放废液安全贮存要求。但以往在高放贮存设施设计时,未充分考虑可靠的废液取样系统,造成在实际的取样过程中多采用直接吊取法、泵直接提取等方式来完成废液取样。吊取法、泵提取等取样方式都存在直接或间接接触高放废液的风险,对人体健康带来危害,且取样量无法精准控制、无法远距离操作等不足之处。本文论述了为使贮罐高放废液取样变得简单易行,对高放废液取样装置进行自动控制设计,从原理、结构进行了详细阐述,实现了集远距离操作、自动清洗一体,降低放射污染,减少人员受照剂量的目标。     

高放废液储罐氢气爆炸事故试验研究

高放废液在贮存过程中会产生氢气,若未能及时排出或被稀释,当混合气体中氢气的浓度达到爆炸临界点时,有可能发生爆炸,导致放射性物质释放。本文利用建立的高放废液储罐氢气爆炸事故试验装置,通过试验研究了氢气在储罐内的爆炸压力及壁面温度。测试结果表明,氢气浓度为30%,点火位置在储罐顶部中心附近时,约在点火后70 ms达到最大爆炸压力,最大爆炸超压值约为0.596 5 MPa,最高壁面温度约为110 ℃。     

高放废液贮存安全分析

核设施乏燃料处理过程中产生的高放废液,含有超铀元素和大量的裂变产物,由于其具有放射性强、毒性大、含长半衰期放射性核素自释热以及释放可燃性气体等特点,从而成为核废物处理的重点。本文重点对高放废液在贮存过程中的辐射水平、自释热和氢气释放进行计算,计算方法和结果可以为高放废液贮存过程中的辐射防护安全分析、热积累安全分析和可燃气体安全分析提供参考。     

后处理设施放射性液体贮罐泄漏事故环境释放源项估算

放射性液体泄漏事故是后处理设施典型的事故,泄漏事故通常发生在设备室。高放废液贮槽泄漏后气载放射性核素生成包括两个过程:一是在泄漏放射性液体的过程中惰性气体从溶液中释放,以及与空气、地板相互作用产生的气溶胶;二是泄漏后的蒸发过程(包括冲洗前稀释前和稀释后)。气溶胶在设备室内生成后会发生沉积,同时随着设备室排风系统,经过滤后向环境排放。本文给出了一种放射性溶液贮槽泄漏事故源项估算方法,实现了事故泄漏质量、泄漏活度、设备室气载放射性活度浓度及积分浓度、环境释放源项估算,为事故应急决策和响应行动提供数据支持。     

高放废物处理、处置的国际现状分析

本文评述了高放废物处理、处置的国际现状,包括:乏燃料的后处理、贮存和直接处置;高放废液的固化方法和高放废物的处置方法。     

国内特别报道

我国首个处理高放废液设施开工建设6月27日,我国首个处理高放废液设施——八二一厂玻璃固化工程实现第一罐混凝土浇筑,这标志着该工程正式进入工程建设阶段,填补了国内在高放废液处理方面的空白。     

PCS表面液膜覆盖率对安全壳完整性影响分析

钢制安全壳是防止严重事故工况下放射性物质向环境释放的最后一道屏障,因此有必要研究分析事故条件下安全壳外液膜覆盖率对安全壳完整性影响,以得到安全壳在事故工况下的失效裕度。应用非能动安全壳分析程序,建立了大功率非能动反应堆非能动安全壳冷却系统(Passive Containment Cooling System,PCS)的热工水力模型,并以冷段双端剪切事故为基准研究对象,分别研究了水分配器单一故障和出水管堵管叠加水分配器故障两种事故工况。分析结果表明,两种事故工况在液膜覆盖率大于35%时,均不会出现短期安全壳超压超温失效;事故后24 h,液膜覆盖率低于45%时,安全壳出现长期冷却失效。此次研究得出结论:在流量大于61.76 m3·h-1、安全壳液膜覆盖率大于45%时,事故发生后24 h安全壳不会失效。     

压水堆核电厂安全壳过滤排放系统卸压策略分析

压水堆核电厂可采用过滤排放的方式来应对严重事故下安全壳超压失效的风险。本文采用一体化事故分析程序,建立了压水堆(PWR)核电厂大型干式安全壳节点模型以及过滤排放通道模型,选取全厂断电(SBO)始发的严重事故序列,分别计算了无安全壳过滤排放的工况、过滤排放系统(EUF)在安全壳压力上升到安全壳设计压力0.52 MPa(a)时启动但不关闭工况下,安全壳的压力情况以及放射性物质向外释放的量。并分析EUF不同开启压力0.52 MPa(a)/0.625 MPa(a)/0.73 MPa(a),不同关闭压力0.30 MPa(a)/0.35 MPa(a)/0.40 MPa(a)对安全壳卸压的影响,分析表明:EUF系统的投入可以在避免安全壳超压失效的同时,有效减少气溶胶类放射性物质的释放;EUF关闭整定值较高时,相同时间段内开启次数相应增加,向环境的放射性释放量也较少;提高EUF的开启压力,会延迟放射性物质向环境释放的时间。     

秦山核电二期工程事故源项分析

针对核电厂可能发生的设计基准事故,分析了事故发生后放射性物质的产生、迁移和释放途径,从而得出放射性物质向环境中的释放量,用于剂量后果计算.文中介绍了秦山核电二期工程事故源项分析的范围、假设、方法以及所采用的程序,并对事故源项分析的结果进行了讨论.     

M310改进型核电厂放射性流出物排放监测

核电厂放射性气态流出物是通过核电厂烟囱向环境排放,放射性废水通过核电厂废水排放渠向受纳水体(如大海、河流、湖泊)排放,此外还可能通过车辆或人员从核电厂带出少量污染物。为对上述排向环境的废物进行严格管理和控制,设计了核电厂放射性流出物监测设备。M310改进型核电厂对放射性物质向环境的释放管理和控制是严格的,安全的。     

开挖损伤区（EDZ）对核素迁移的影响

随着核电的发展,核电站产生的乏燃料处理处置受到了大众的高度关注。通过对嬗变法、稀释法和隔离法等方法的综合对比,目前,高放废物深地质处置是国内外公认处理核废物的最佳办法。在处置库建造阶段,由于开挖使得围岩中应力重新分布,围岩发生扰动,岩体内部原生裂隙出现扩展、连通,产生新生的微裂隙,岩体的渗透系数变大,这种区域即为开挖损伤区（excavation damaged zone, EDZ）。EDZ位于高放废物处置库工程屏障和远场围岩中间,是放射性核素迁移的重要迁移通道。地下水流经深部围岩裂隙与扰动层破碎带发生水岩反应导致成分发生变化,进而影响高放废物中核素释出速率与迁移参数,需要在地下实验室开挖过程中获取大尺度裂隙围岩及扰动层破碎带,建立核素释出和迁移装置,获得地下水侵入深部围岩裂隙与扰动破碎带导致高放废物核素释出与迁移参数变化规律,对于整个地质处置场的安全评价具有重要意义。研究人员通过实验和计算机软件进行模拟分析发现,EDZ区的裂隙水、Eh pH、裂隙充填物、裂隙中的胶体以及裂隙中的腐殖酸等,均会对核素迁移产生影响。开展EDZ对高放废物体核素源项释放的影响研究和深部围岩条件下核素迁移行为研究,掌握关键核素在深部地质条件下的释出规律及其在EDZ区域和裂隙中的迁移规律,优化迁移模型,将为地下实验室运行阶段开展核素迁移实验提供技术储备,为我国高放废物处置库场址比选、概念设计和安全评价提供技术支撑和科学依据。     

Heat transfer in high-level waste management

Heat transfer in the storage of high-level liquid wastes, calcining of radioactive wastes, and storage of solidified wastes are discussed. Processing and storage experience at the Idaho Chemical Processing Plant are summarized for defense high-level wastes; heat transfer in power reactor high-level waste processing and storage is also discussed.     

高水平放射性废物处理处置标准分析

本文阐述了我国高水平放射性废物处理处置标准的重要性,对国内外高水平放射性废物处理处置标准现状进行了阐述和分析,针对高放废物处理处置标准体系、高水平放射性废液成份分析、高放废液固化体性能要求及检验方法、高放废物处理处置工程经济及深地质处置等方面的标准化问题进行了研究分析,提出了开展高水平放射性废物处理处置标准化工作的意见和建议。     

Modelling of release of particulate material from transport containers

Abstract

The Nuclear Decommissioning Authority (NDA) is developing a family of Standard Waste Transport Containers (SWTCs) for the transport of unshielded intermediate level radioactive waste packages. The SWTCs are shielded transport containers designed to carry different types of waste packages. The combination of the SWTC and the waste package is required to meet the regulatory requirements for Type B packages. One such requirement relates to the containment of the radioactive contents, with the IAEA Transport Regulations specifying release limits for normal and accident conditions of transport. In the impact tests representing accident conditions of transport, the waste package will experience significant damage and radioactive material will be released into the SWTC cavity. It is therefore necessary to determine how much of this material will be released from the cavity to the external environment past the SWTC seals. Typical assessments use the approach of assuming that the material will be evenly distributed within the cavity volume and then determining the rate at which gas will be released from the cavity, with the volume of radioactive material released with the gas based on the concentration of the material within the cavity gas. This is a pessimistic approach as various deposition processes would reduce the concentration of gas-borne particulate material and hence reduce their release rate from the SWTC. This paper assesses these physical processes that control the release rate and develops a conservative methodology for calculating the particulate releases from the SWTC lid and valve seals under normal and accident conditions of transport, in particular:

a) the flows within the SWTC cavity, especially those near the cavity walls;

b) the aerodynamic forces necessary to detach small particles from the cavity surface and suspend them into the cavity volume;

c) the adhesive forces holding contaminant particles on the surface of a waste package;

d) the breakup of waste material upon impact that will determines the volume fraction and size distribution of fine particulate released into the cavity.

Three mechanisms are specifically modelled, namely Brownian agglomeration, Brownian diffusion and gravitational settling, since they are the dominant processes that lead to deposition within the cavity and the easiest to calculate with much less uncertainty than the other deposition processes. Calculations of releases under normal conditions of transport concentrate on estimating the detachment of any waste package surface contamination by inertial and aerodynamic forces and show that very little of any contamination removed from the waste package surface would be released from the SWTC. Under accident conditions of transport, results are presented for the fraction released from the SWTC to the environment as a function of the volume fraction of the waste package contents released as fine particulate matter into the SWTC cavity. These show that for typical release fractions of 10^-6 to 10^-8 for the release of radioactive material from waste packages into the SWTC cavity, the release fraction of the waste package inventory from the SWTC of typically 10^-9 to 10^-10. Hence, the effective decontamination factor provided by the SWTC is 10² to 10³. Whilst this analysis has been carried out specifically for the SWTC carrying waste packages, it is applicable to other arrangements and its use would reduce the high degree of pessimism used in typical containment assessments, whilst still giving conservative results.     

碘［131I］原料液瓶中放射性废气收集装置的研制和应用

碘［¹³¹I］放射性药品生产过程中放射性原料液瓶开启时,瓶内积存的放射性废气集中释放,易造成放射性废气污染,以至排放超标。为实现放射性废气的半自动收集与暂存,本研究结合实际生产条件,克服热室尺寸受限、耐辐照、可操作性及通用性等难点,研制一套碘［¹³¹I］原料液瓶中放射性废气收集装置,并对收集的放射性废气进行测量和分析。结果表明,装置运行稳定可靠;通过收集并测量22批次的¹³¹I废气放射活度,表明收集量与环境温度存在一定相关性;使用三个收集瓶可充分收集储存。碘［¹³¹I］原料液瓶中放射性废气收集装置可有效收集碘［¹³¹I］原料液瓶开启过程中集中释放的放射性废气,降低对操作人员和环境的辐射影响。以上结果对其他碘［¹³¹I］放射性药品生产机构控制碘［¹³¹I］排放有一定借鉴意义。     

高放废液贮存的安全保障

后处理厂高放废液贮存安全管理至关重要。为保证高放废液贮存安全,需要严格控制工艺参数,采取相应的安全控制技术措施和管理措施。在工艺方面,需要严格控制液温、液位、氢气浓度和罐内负压等工艺参数;安全控制技术措施主要包括防止氢气燃爆,废液沉积,废液泄漏,贮罐腐蚀检测和辐射安全;安全管理措施主要包括核安全文化培养,建立经验反馈制度、巡回检查和现场测量制度,做好应急准备和加强辐射防护与监测等。     

油气工业中放射性废物的处理和处置

油气的开采会产生大量的放射性废物,对放射性废物的处理与处置事关公众和环境的辐射安全问题。本文从油气工业放射性废物的源项和存在形式等特征出发,对放射性废物的临时贮存、污染设备的去污及放射性废物的处理、处置过程中涉及的技术方法和相关管理要求进行了介绍,为实践中选择合理可行的处理、处置方案以及建立油气工业放射性废物监管体系提供借鉴和参考。     

Vitrification and testing of a Hanford high-level waste sample. Part 1: Glass fabrication, and chemical and radiochemical analysis

The Hanford radioactive tank waste will be separated into low-activity waste and high-level waste that will both be vitrified into borosilicate glasses. To demonstrate the feasibility of vitrification and the durability of the high-level waste glass, a high-level waste sample from Tank AZ-101 was processed to glass, analyzed with respect to chemical composition, radionuclide content, waste loading, and the presence of crystalline phases and then tested for leachability. The glass was analyzed with inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy, inductively coupled plasma-mass spectrometry, γ-energy spectrometry, α-spectrometry, and liquid scintillation counting. The WISE Uranium Project calculator was used to calculate the main sources of radioactivity to the year 3115. The observed crystallinity and the results of leachability testing of the glass will be reported in Part 2 of this paper.