流出物氚的化学类别及监测方法

1、重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 核电厂流出物排放氚的化学核电厂流出物排放氚的化学类别类别 及及监测方法研究监测方法研究 苏州热工研究院有限公司环境检测中心苏州热工研究院有限公司环境检测中心 黄彦君黄彦君 2014年年10月月 联系方式：联系方式：051268601491 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 主要内容主要内容 1、研究背景 2、核电厂流出物排放的氚 3、氚的监测方法 4、结论 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实

2、果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 1、研究背景、研究背景 q1、氚的基本性质 氚是一种弱放射性核素，物理半衰期为12.33年（45008天）。 氚的化学形态主要包括HT（元素）、HTO（氚化水）、OBT（有 机结合氚）、CH3T（氚化甲烷），这些化学形态的氚在GB 18871-2002）中均被列入低毒核素组。氚的剂量转换因子很小。 氚是氢的同位素，其原子质量是氢的3倍，其反应性、渗透性和吸 收性等基本属性与其氢相同。因此氚在化学物质中极易取代分子 中的氢原子，形成诸如HT、HTO、OBT等化学物质。 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基

3、础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 1、研究背景、研究背景 q2、氚的来源 q自然界产生，包括宇宙射线反应、岩石圈和水圈所含铀的三元裂变： 自然界的氚主要由宇宙射线与地球上层大气中的原子反应生成，主要反应包括：自然界的氚主要由宇宙射线与地球上层大气中的原子反应生成，主要反应包括： 14N + n 3H + 12C 16O + n 3H + 14N 14N + p 3H + 产物产物 16O + p 3H + 产物产物 q自然界产生的氚构成了环境中氚的“本底”。在1954年大规模开展大 气层核试验之前，全球降水中的天然氚浓度为0.62.4Bq/L，海洋表层 水和陆地表层

4、水中的天然氚浓度分别为0.1 Bq/L和0.20.9 Bq/L，平均 为0.4 Bq/L。根据UNSCEAR 2000年报告，自然界氚的本底对全球公 众造成的年待积有效剂量仅为0.01Sv/a。 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 1、研究背景、研究背景 q2、氚的来源 q自从1945年起，人类开始开展大气层核试验（包 括原子弹和氢弹大气层试验），造成环境中氚浓 度水平显著升高；特别是1953年开始的氢弹实验 ，使大量的人工氚释放到环境。 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的

5、功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 1、研究背景、研究背景 q2、氚的来源 q核设施运行产生的氚 燃料元件中三元裂变：235U + n X+Y + 3H 燃料元件中产生的3He中子活化：3He + n 3H + p 对于压水堆，氚还可以通过二次中子源（Sb-Be）中的9Be产生： 9Be + n 3H + 7Li 反应堆冷却剂活化产生：10B + n 3H +2；6Li + n 3H +；2H + n 3H + q通过反应堆冷却剂活化产生的氚是核电厂排放氚的主要来源。 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 1、研

6、究背景、研究背景 q3、氚的排放控制 q压水堆核电厂排放的氚产生量大，核素半衰期长（半衰期为12.33a） ，且目前不能通过核电厂三废系统中常规的除盐、过滤、离心等方法 进行有效去除，因此是压水堆核电厂向环境排放的最主要的、排放量 最大的放射性核素。 核电厂类型气态 (GBq/MW)液态(GBq/MW) PWR3.7025.9 BWR1.853.70 HWR740185 GCR7.4011.1 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 1、研究背景、研究背景 q3、氚的排放控制 核电厂 额定功率 （MW） 气态液态 总排

7、放量(GBq) 归一年排放量 (GBq/MW) 总排放量(GBq) 归一年排放量 (GBq/MW) 秦山核电站310-2.88E+492.90 秦山二核6502-3.72E+428.62 秦山三核70025.56E+439.715.33E+438.07 大亚湾核电站9842-6.56E+433.33 岭澳核电站9902-5.07E+425.61 田湾核电站10602-1.77E+48.35 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 1、研究背景、研究背景 3、氚的排放控制、氚的排放控制 q氚的排放应满足表1和表2 的要求

8、。 q同时应满足： q内陆核电厂排放口下游 1km处受纳水体氚浓度不 超过100Bq/L。 GB 6249未明确流出物应监测氚的化学类别！未明确流出物应监测氚的化学类别！ 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 1、研究背景、研究背景 q4、氚的化学类别对排放控制的影响 q目前核电厂液态流出物中一般仅开展HTO中氚的监测；气 态流出物早期主要开展HTO（氚化蒸汽）的监测，后陆续 采用全氚监测。对可能的化学种类未进行识别。 q主要影响：可能低估核电厂的排放量及排放氚对环境和公 众的影响。 q燃料包壳中的氚主要是T2，可用

9、于监控燃料包壳破损。 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 2、核电厂流出物排放的氚、核电厂流出物排放的氚 q液态流出物排放的氚 压水堆液态流出物中排放的氚主要以HTO形态排放（浓度在 MBq/L量级）。OBT形态排放的仅为HTO形态排放的百万分之一 （0.55Bq/L）（法国Belleville核电厂和Nogent核电厂监测）。 一回路水处理树脂的洗涤可能是OBT的主要来源。 Cf.: J. Radiol. Prot. 29(2009)163-173；Radiat. Prot. Dosimet. 16(1986)4

10、5-48. 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 2、核电厂流出物排放的氚、核电厂流出物排放的氚 q环境中大气氚的三种化学类型：HTO、HT和CH3T。 q核电厂气载流出物排放可能也有HT和CH3T ，一些文 献表明，已有相关HT和CH3T的排放控制要求和监测 数据，包括气载流出物及核设施周围环境，特别是在 乏燃料处理设施、产氚设施（如美国Savannah河设施 ）附近的环境空气中。产氚设施正常运行排放中HT占 20%，事故释放近100%。 qCf.: Investigation of environmental f

11、ate of tritium in the atmosphere. Canadas Nuclaer Regulator, 2009. 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 2、核电厂流出物排放的氚、核电厂流出物排放的氚 q气载流出物排放的氚： q对Candu堆，存在HT释放。 但无监测数据。 qDarlington核电厂：有一氚处 理设施，用于浓集慢化剂即 重水中的氚（作为氚化金属 ） CF.: Tritium Hazard Report Pollution and Radiation Risk from Canad

12、ian Nuclear Facilities, Canada Greenpeace, Ian, Frairie. 2007 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 2、核电厂流出物排放的氚、核电厂流出物排放的氚 q气载流出物排放的氚： q对沸水堆和压水堆，可能存在HT（T2）的排放， 但仅占小部分。仅1%的氚以HT形态排放（指总氚 ，包括液态），绝大部分氚以HTO形式通过液态 流出物排放。 qCf. IEEE Transactions on Nuclear Science 19(1972): 27-39. 重实际，干实

13、事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 2、核电厂流出物排放的氚、核电厂流出物排放的氚 q1981年，英国Chapelcross核电厂排放给出HTO和HT的排放限值，分别 为5*103TBq/a和5*106TBq/a。核电厂采用石墨堆。根据wiki百科，电 厂有两台机组用于氚生产（军事）。 CF.:Radiat. Protect. Dosimit. 16(1986). No.1-2, 31-36. 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 2、核电厂流出物排

14、放的氚、核电厂流出物排放的氚 q反应堆一回路中的化学环境，可能允 许HT和CH3T的形态存在。 q为了使燃料元件和主回路设备表面腐 蚀最低，化容系统使反应堆冷却剂系 统保持着防腐蚀的最适宜条件。在发 电运行期间，把溶解的氢加到冷却剂 中去消除自由氧并防止氨气生成。化 容系统能够在标准温度压力下，在每 公斤冷却剂中保持25cm3 溶解的氢，这 是假定的预计消耗量。 q压水堆中碳14化学形态主要是CH4，可 能含有氚化钾烷。 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 2、核电厂流出物排放的氚、核电厂流出物排放的氚 q剂量系数

15、： qCf.: IAEA TRS 421 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 2、核电厂流出物排放的氚、核电厂流出物排放的氚 q初步结论： q1、核电厂存在产生除氚外化学形态的环境； q2、根据已查阅的资料显示，核电厂除氚外的化学 形态排放占比很小，包括气态和液态； q3、未查阅到液态流出物和气载流出物排放氚中除 HTO外其他化学形态的具体监测数据。 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 3、氚的监测方法、氚的监测方法 qHTO监测无异议

16、。 q主要关注HT、CH3T和其他有机氚的监测。 q核电厂对液态流出物中OBT未监测，无相关监测数据支持； q核电厂对气载流出物基本上开展了全氚的监测，但未区分HT、CH3T 等化学形态进行监测，例如，岭澳核电厂采用法国SEDC公司的 MARC7000氚有样器、秦山三期采用加拿大BOT Engineering公司的 ES-MS12C氚碳采样器。美国EPA亦提出应开展全氚的监测。 qCF.：USEPA 1975. Analysis of carbon-14 and tritium in reactor stack gas. 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基

17、本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 3、氚的监测方法、氚的监测方法 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 3、氚的监测方法、氚的监测方法 q对气载流出物中HT和CH3T的监测方法，在日本、 美国等的环境监测中已有较好的方法。 q监测的目的：监控可能与监测核事故、核试验、 燃料处理设施等有关。 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 3、氚的监测方法、氚的监测方法 熊本市熊本市 六所村燃料处六所村燃料处 理设施理设施 土歧市土歧市 Cf

18、.: J. Environment. Radioact. 102(2011) 837-842; J. Nucl. Radiochem. 8(2007)117-129 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 3、氚的监测方法、氚的监测方法 HT催化催化 CH3T催化催化 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 3、氚的监测方法、氚的监测方法 重实际，干实事，结实果重实际，干实事，结实果 做好最基础的工作；练好最基本的功夫做好最基础的工作；练好最基本的功夫 3、氚的监测方法、氚的监测方法 /groups/tritium/ Cf.: Atmospheric HT and HTO: 1. Expermiental procedures and tropospheric data 1968-1972. Tellus 26, 91-102. 重实际，干实事