核燃料芯块制备场所辐射防护及对作业人员辐射影响研究

论文摘要

本论文来源于四川省卫生厅编号为100433的科学研究项目。国家核电的快速发展,对核燃料产生了巨大需求,与此同时,核燃料生产的发展对人群及环境的辐射影响已成为放射防护研究领域的一项重要课题。目前,国际国内对核燃料芯块制备作业场所辐射对作业人员的健康影响系统研究报道甚少,而该类场所局部辐射水平较高,若防护设施及措施不完善,必然对作业人员造成一定的健康影响。因此,开展核燃料芯块制备作业场所辐射对作业人员的健康影响和减少作业人员受照剂量措施的研究很有必要。本文通过对某核燃料芯块制备生产线放射性职业病危害因素识别,提出相应的辐射防护措施,结合对生产线作业场所辐射水平及作业人员个人受照剂量的估算结果,与国家相关标准比较,对核燃料芯块制备生产线对作业人员可能产生的辐射影响进行了综合分析和评价,并且证实了所提辐射防护措施的有效性。同时本文对该生产线异常运行条件下可能发生的事故进行分析,并给出相应的防护措施和应急对策。芯块制备生产线中UO2粉末的贮存等需要考虑临界安全问题,本文采用国际先进的蒙特卡洛MCNP 5版本计算程序对UO2粉末库房的核临界安全进行模拟分析。主要研究结论如下:1、通过采取放射性作业场所分区、出入控制和现场管理、密封、通风与空气净化、个人防护等一系列辐射防护措施,该生产线α表面污染水平,在正常运行时,燃料芯块制备生产线主工艺生产岗位地面α放射性表面污染水平检测最大值为3.41Bq/cm2,设备表面污染检测最大值为3.77Bq/cm2,墙壁表面污染检测最大值为1.28Bq/cm2,均符合《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871-2002）中作业场所α放射性表面污染控制水平限值40Bq/cm2的要求。2、通过采取放射性作业场所分区、出入控制和现场管理、密封、通风与空气净化、个人防护等一系列辐射防护措施,核燃料芯块制备生产线β表面污染水平,在正常运行时,该生产线主工艺生产岗位地面β放射性表面污染水平在0.093.38Bq·cm-2之间,检测最大值在预压饼料桶存放区地面附近,为3.38Bq·cm-2,符合《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871-2002）中作业场所β放射性表面污染控制水平限值40Bq/cm2的要求。3、通过放射性作业场所分区,密封、通风与空气净化等辐射防护措施,芯块制备生产线作业场所空气中α放射性气溶胶浓度最大值在压制岗位处,为12.73 Bq·L-1,其ALI值为3.06×103Bq,符合国家行业标准《铀加工与核燃料制造设施辐射防护规定》（EJ1056-2005）中ALI限值3.09×104Bq的要求。该作业场所α放射性气溶胶平均浓度最大值为8.89×10-4Bq·L-1（0.69DAC）,符合其运行限值≤1DAC的要求。4、芯块制备车间作业人员受照的年有效剂量当量最大值为9.92mSv/a;低于国家标准《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871-2002）的年有效剂量当量限值20 mSv/a,也低于国家行业标准《铀加工与核燃料制造设施辐射防护规定》（EJ1056-2005）要求的年有效剂量当量管理控制值10mSv/a。因此,通过采取放射性作业场所分区、出入控制和现场管理、密封、通风与空气净化、个人防护等一系列辐射防护措施,在正常运行条件下,燃料芯块制备生产线不会对作业人员造成有意义的辐射危害。5、根据含水量<1.5（wt）%的小于半密度的UO2粉末次临界限值可知,单个UO2粉末物料容器是次临界安全的设备且有约6倍以上的安全系数。通过MCNP 5程序对UO2粉末库房的核临界安全进行模拟分析,有效增值因子k eff先增大后减小,这主要是中间慢化剂水的慢化、吸收和反射灯综合因素作用结果,但慢化水密度为0.4时k eff取得最大值,为0.84152<1（标准误差为0.00015）,因此UO2粉末库房是临界安全的。6、对该项目可能发生的UO2粉尘大量泄漏、UO2粉末误排等各种异常和事故情况,给出了相应的防护措施和应急对策。这些对策都是可行的,只要认真落实这些安全措施,就可以有效防止和减少各种情况下对作业人员的潜在照射。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文的主要研究成果
• 第2章 基本理论
• 2.1 辐射防护基本理论
• 2.1.1 放射源、照射分类及辐射防护原则
• 2.1.2 辐射防护基本方法
• 2.2 蒙特卡洛基本理论
• 2.2.1 蒙特卡洛方法概述
• 2.2.2 蒙特卡洛方法基本思想
• 2.2.3 蒙特卡洛方法解题的思路
• 2.2.4 蒙特卡洛方法的计算程序
• 2.2.5 MCNP 程序简介
• 第3章 燃料芯块生产与工程分析
• 3.1 芯块制备生产线工艺分析
• 3.1.1 预压与成型压制
• 3.1.2 芯块烧结
• 3.1.3 芯块磨削
• 3.2 工程分析
• 3.2.1 辐射源项
• 3.2.2 职业病危害因素识别
• 3.3 辐射防护措施
• 3.3.1 剂量控制依据
• 3.3.2 辐射防护措施
• 3.3.3 辐射安全系统
• 第4章 燃料芯块制备作业场所的辐射水平
• 4.1 检测内容及依据
• 4.1.1 检测内容
• 4.1.2 检测依据
• 4.2 检测结果与分析
• 4.2.1 芯块制备生产线外照射放射性水平检测结果与分析
• 4.2.2 芯块制备生产线内照射放射性水平检测结果与分析
• 4.2.3 芯块制备生产线α、β表面污染放射性水平检测结果与分析
• 4.2.4 芯块制备生产线通风系统检测结果与分析
• 4.3 作业人员受照剂量估算方法及结果
• 4.3.1 作业人员受照剂量内照射估算方法
• 4.3.2 作业人员受照剂量估算结果
• 4.4 小结
• 第5章 燃料芯块生产场所的临界安全分析
• 5.1 临界安全理论
• 5.2 次临界限值
• 5.3 主要参数确定
• 2粉末库房临界安全MCNP 模拟计算'>5.4 UO₂粉末库房临界安全MCNP 模拟计算
• 5.4.1 基本假设
• 2粉末库房安全裕度计算'>5.4.2 UO₂粉末库房安全裕度计算
• 5.4.3 结论
• 2粉末临界安全分析'>5.5 轧片制粒与成型压制UO₂粉末临界安全分析
• 5.6 磨削工序临界安全分析
• 第6章 燃料芯块生产场所的辐射危害评价
• 6.1 某核燃料芯块制备生产线正常运行条件下辐射危害评价
• 6.1.1 作业场所危害评价
• 6.1.2 作业人员受照剂量评价
• 6.2 某核燃料芯块制备生产线异常运行条件下辐射危害评价
• 2粉末大量泄漏事故与分析'>6.2.1 UO₂粉末大量泄漏事故与分析
• 2粉末误排事故与分析'>6.2.2 UO₂粉末误排事故与分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果