三门核电站辐射监测系统设计
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摘 要
本文介绍了三门核电站辐射监测系统设计。通过监测原理、位置分布、报警响应、设备配置等方面的描述，表明辐射监测的可靠性。厂区外环境监测保证了核电站周边公众的辐射安全。厂区内的辐射监测系统使核电生产过程中的辐射强度得到连续监测，保护核电站工作人员。
关键词
辐射监测系统;RMS;三代核电
中图分类号： X837 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 06 . 95
1 系统简介
三门核电站采用第三代AP1000核电技术，每台机组分别设置辐射监测系统（RMS），为核电厂机组内的生产流程提供排出流监测、工艺流监测和气载放射性监测，并监测厂房的环境放射性。核电站设置环境监测系统（MES），监测机组外的厂区以及周围地区的环境放射性。通过多层次的连续监测，确保厂内工作人员和厂外公众辐射安全。
2 探测器工作原理
2.1 探测器类型
AP1000辐射监测系统使用了三种连续工作的辐射探测器：闪烁体、G-M计数管、电离室，其中闪烁体探测器应用的数量最多。闪烁体探测器利用受到射线照射时能够发光的物质，再通过光电效应把光信号转变成为电信号进行测量。G-M计数管和电离室利用受到射线照射时探测器内所充特定气体的电离，直接将核辐射转变成为电信号。
2.2 探测原理
以设备冷却水系统配置的闪烁体探测器为例。γ射线入射到碘化钠晶体时引起闪光。闪烁的频率与入射射线的强度成正比，这些闪光作用于光电倍增管的光阴极上，打出光电子。光电子经过光电倍增管倍增后，在光电倍增管的阳极负载上产生脉冲信号，此脉冲信号经电容耦合至前置放大电路的输入端，经过该电路进行功率放大后输出。脉冲频率与射线强度转换公式为：
大部分辐射监测装置有电动泵，从被监测管道中连续抽取液体或气体，经探测器测量后流回原管道的下游。少数辐射监测装置静止布置，探测器布置在被监测管道内部或紧邻管道外壁。
3 辐射监测系统
每台AP1000机组的辐射监测系统配置了15个工艺流辐射探测器、5个排出流辐射探测器、6个气载辐射探测器和18个区域辐射探测器。通过数字化网络为电厂控制系统提供连续监测数据，实现显示、报警和自动保护功能。
3.1 工艺流辐射探测
当工艺系统中相应的探测器发出报警时，放射性废气处理系统和化学取样系统自动隔离，蒸汽发生器系统排污和主控制室空调系统自动导向放射性处理装置。安全壳空气过滤系统和设备冷却水系统放射性报警时没有自动动作，操纵员应立即按照应急运行规程，切换安全壳空气过滤器，或隔离设备冷却水的用户。
3.2 排出流辐射探测
对于放射性废液处理系统和非放射性废液处理系统的液体排放，以及凝汽器抽真空系统的气体排放，排出流探测器发出报警时，自动隔离排放。核岛烟囱的排出流探测器没有自动功能，但排放到核岛烟囱的各个系统分别根据自己的工艺流或气载辐射探测器的信号自动隔离排放。
凝汽器抽真空系统和非放射性废液处理系统，正常情况下没有放射性。设置放射性监测的目的是考虑到蒸汽发生器传热管管壁很薄，有破裂泄漏的微小可能性。放射性物质泄漏入汽轮机热力系统之后，为了阻止放射性通过排气或排水释放到环境中，排出流探测器会自动终止排放。
3.3 气载辐射探测
核岛放射性区域厂房通风系统正常情况下排放到电厂烟囱，气载辐射探测器报警时，排风阀门自动关闭。燃料装卸区、放射性废物厂房、辅助/附属厂房、保健物理室和热检修车间的厂房通风各自独立，均设有自动动作的隔离风阀，气载辐射探测器自动触发相对应区域的隔离风阀，防止气体污染扩散到其他厂房。
3.4 区域辐射探测
核岛放射性相关厂房和非放射性的办公室安装了区域辐射探测器，探测房间内的γ射线强度，当发出报警时，应撤离相应厂房内的人员。如果是主控制室辐射报警，应立即按照應急运行规程，先停运反应堆，再撤离主控制室内的人员，运行人员转到远程停堆室继续控制电厂系统。
主控制室和安全壳的区域辐射探测器还通过硬件将测量信号传送给保护和安全监控系统，保护和安全监控系统是AP1000核电站最高优先级的自动保护系统，通过放射性和其他仪表参数诊断关键安全功能，并驱动专设安全设施动作。
4 环境监测系统
三门核电站除了按照AP1000技术为每台机组设置辐射监测系统之外，还依照国家环保局发布的《核动力厂环境辐射防护规定》（GB6249-2011）标准在机组外设置了环境监测系统。
环境监测系统设置了3个厂区内环境监测站、5个厂区外环境监测站和1个环境实验室。三门核电站厂区是三角形地块，3个厂区内辐射监测站在三角形的西北角、西南角和东部顶点分别设置。厂址半径3至9公里范围内，在赤头村、六敖镇、健跳镇、高湾山嘴、蛇蟠乡分别设置了厂区外辐射监测站。定制了一辆环境监测车，载有便携式测量仪，对厂区周围50公里范围内进行巡测。监测站和监测车通过网络连接到环境监测网。
厂区内和厂区外环境监测站的设备包括：环境γ监测仪，雨量计，气溶胶及碘取样装置，氚取样装置，C-14取样装置，大气沉降灰和雨水收集器。环境实验室包括：样品处理室、总α/β测量室、液闪测量室、γ谱仪测量室、热释光实验室、氚/碳实验室和放化实验室等。对人工采集的环境样品进行γ能谱分析、α/β放射性测量、核素分析、总β测定以及非放金属元素测量等。
4.1 环境γ辐射测量 采用3种方法：监测站连续监测、热释光累积测量和每季度巡测。连续监测和巡测使用固定或移动网络实时读取γ辐射监测仪的数据。热释光材料受到射线辐照后产生缺陷，因此具有累积剂量的功能，每季度将热释光剂量计取回实验室读取数据。
4.2 沉降物和气溶胶测量
大气沉降物和气溶胶的监测每月一次，包括：沉降物中碘131、锶90、总β和γ核素分析，气溶胶中的γ核素分析、总α和总β测量，降雨/降雪中的氚测量。
4.3 土壤样品测量
在距厂址10公里范围内不同类型的土壤进行每年取样一次，监测锶90、γ核素。
4.4 农畜产品、海产品、指示生物测量
需要监测的产品有：大米、青菜、萝卜、牛奶、牧草、油菜籽、桑叶、茶叶、羊、小黄鱼、脊尾白虾和青蟹。每年一次，包括氚、碳14、碘131、锶90、铯137、γ核素分析。指示生物是指对特定放射性核素有较大浓集因子并能指示污染趋势的生物品种，测量牡蛎的γ核素，松叶和苔藓的氚、碳14、γ核素，每年取样一次。
4.5 海洋测量
海滩土和海底泥每年取样监测一次，分析γ核素。海水每年监测两次，包括：氚、碳14、铯137、γ核素分析。
4.6 陆地水
陆地水包括湖塘水、饮用水和地下水。取样测量项目为氚、碳14、锶90、铯137、γ核素分析。
5 AP1000与二代核电技术对比
对γ射线的监测，AP1000采用了NaI闪烁体探测器代替了电离室。因为根据运行经验，电离室具有抗干扰能力差、探测灵敏度低、故障率高等缺点。而相比电离室而言，NaI闪烁体探测器受湿、温度影响小，环境适应性强，故障率低，探测效率高，可以进行很弱的放射性测量。但NaI闪烁体探测器价格较高。
对于β射线的监测，AP1000没有选用硅半导体探测器，而是全部采用了β闪烁体。这是因为硅半导体探测器的输出随温度的漂移大，辐射损伤后性能衰减，使用寿命短。而β闪烁体具有较短的死时间、较长的寿命和较好的稳定性，在低水平的测量上有很大优势。
数字化程度较二代核电技术有很大提高。中央辐射处理器具备处理和诊断信息的能力，能提供每分钟均值、每十分钟均值、小时均值和日均值，记录仪表的历史状态、活动日志和辐射仪表的参数数据库，运行人员远程向各就地装置发出指令（如改变报警设定值、检查源驱动、自检测、泵启动/停止等）。计算机处理器还具有很强的自检功能和容错技术，从而大大提高系统监测的可靠性和系统运行的稳定性。
所有探测器的信号处理单元布置在就地，通过通信网络可以将所有数据送入的中央辐射处理器。二代核电通常將信号处理单元集中布置，需要通过众多电缆连接就地仪表探头。AP1000的布置减少了大约70%电缆的使用量，且大大减少了维护工作量。AP1000对安全相关的辐射监测仪表和对应的数据采集系统采用两路冗余供电，即使在事故情况下也能保证仪表和数据采集系统的正常工作，确保事故情况下对电厂辐射状况的监测。
6 结束语
三门核电站在工艺系统生产流程、排放环节、通风系统、厂房环境、厂区环境、厂外环境分别布置了辐射监测装置，对潜在的放射性危害形成了纵深防御，并通过人工取样、环境巡测等手段进行额外补充监测，提高了辐射监测的可靠性。
参考文献
[1]孙汉虹.第三代核电技术AP1000[M].北京：中国电力出版社，2016.
[2]林诚格.非能动安全先进核电厂AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.
[3]GB6249-2011，核动力厂环境辐射防护规定[S].
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