核安全工程师-核安全案例分析放射性废物管理与核设施退役案例

核安全工程师-核安全案例分析放射性废物管理与核设施退役案例[问答题]1.铀金属车屑自燃事件背景材料：60年代，某元件厂加工天然金属铀元件产生的车屑，用铁皮桶盛装，放置于厂区（江南博哥）前的废物场。某天，值班警卫发现该处着火，但不知道此处存放的是铀屑，未引起重视，稍后流动警卫发现火势加大，用电话报告厂消防队，因电话不通，25分钟后消防队才出动，此时该处的200多桶车屑绝大部分已着火。当时正在刮着5级西风，火势很大，难于扑灭，燃烧一直持续了约6h。事件后，铀的氧化物大部分仍留在原场地。估计损失铀金属约1t，总放射性活度为2.48×1010Bq，污染面积3000m2。问题：<1>.铀屑为什么会着火？<2>.如何处理铀屑的着火事件？<3>.应从本事件汲取的经验教训是什么？正确答案：<1>.铀屑极易自燃（1）遇热或明火发生激烈反应；粉末在空气中能自燃；即使在氮气、二氧化碳、氟和碘氛围中，也能激烈反应而燃烧。（2）铀屑与温度较高的水也能发生反应，置换出氢，氢有燃爆危险。铀屑是不允许露天存放铀屑合理保存：最好转化成金属铀锭或稳定的铀化合物。或存放在放射性物质暂存库、危险品贮存库（有通风系统、火灾报警、人员值班等）<2>.（1）铀屑着火用干沙、氟化钙控制火势，不能用普通灭火方法，使用普通灭火剂，火势会更旺。（2）灭火人员除穿辐射防护衣服，还要戴呼吸保护器。铀是α放射性核素，铀屑着火形成UO2、U3O8气溶胶弥散在空气中，会被人体吸入，引起内照射。（3）事故处理后要对有关人员作体检，检查尿、便、并对呼吸系统作检查。（4）对场地上残留的铀氧化物要及时妥善收集，对污染的土壤要清污处理与处置。<3>.应汲取的教训：（1）加强管理，易燃危险物铀屑不应随意堆放在场地上，没有采取任何特殊措施和设置警示标志；（2）火灾报警系统应始终保持畅通，此事件着火后消防队经过25分钟才闻讯出动，使200多桶铀屑绝大部分已着火。（3）应急响应准备，燃烧延续6小时，烧掉约1t金属铀，造成大面积污染无任何应急措施。[问答题]2.铀屑桶被盗事件背景材料：70年代初，某厂产生了大量的贫化铀屑，为防止铀屑自燃造成对环境污染，在距生产车间15km以外的地方建了两个铀屑暂存库。定期运走，回收处理。库房简陋，无人看管。某日，工作人员到库房清查铀屑数量时，发现库门已被砸开，铀屑被倒在库房地面上，有些被倒在门外草地上，造成库内外严重污染，尤其西边库房污染最严重。由于湿空气的影响，倒在地上的铀屑大部分氧化成粉末。进一步调查发现，有100多只铀屑桶被盗，散落在周围县城和几个乡镇。为了往库房贮存新的铀屑，对库房进行了清理，参加者共8人，8人的口罩内层均变黑，鼻孔内有黑色粉末。经检测发现，空气中铀浓度达200Bq·m-3，为导出空气浓度（DAC）的290倍。后来对库房进行了第二次清理，使用铁锹将部分铀屑装入料桶，当时库房内空气铀尘浓度高达380Bq·m-3，为DAC的560倍。问题：<1>.铀屑存放库存在什么问题？<2>.发现铀屑桶被盗如何处理？<3>.贮存铀屑的污染场地如何清理？正确答案：<1>.铀屑是一种易燃危险的放射性物质，铀屑库必须按危险物仓库和放射性物质贮存库的要求进行设计和管理。在设计上该厂所建的贮存库十分简陋，没有通风装置、报警系统；在管理上没有考虑任何保卫措施（贫化铀），既没有围墙也没有警卫值班，造成库门被砸和铀桶被盗不能及时发现。<2>.（1）发现铀屑桶被盗应按有关法律规定向上级有关部门报告；（2）查清的铀屑被盗的数量和去向；（3）对被盗的铀屑设法尽快地追回；（4）即时采取补救措施妥善处理（若造成影响）。<3>.（1）清污工作应先制订清污方案和建立操作程序；（2）对清污产生的含放射性的废物妥善收集，清污后的场地进行测量与评价；（3）对工作人员进行一定培训，清污工作要选用合适的工具；（4）清污工作人员配戴合适的防护用品（如配戴呼吸器）；（5）清污工作要在辐射防护人员的配合下进行，对清污工作人员应实行内照射跟踪。[问答题]3.高放浓缩液泄漏事件背景材料：某核化工厂，工艺人员操作高放废液浓缩液时，发生高放废液从阀座中泄漏出来，污染了地面。导致泄漏的原因是前一天检修阀门时，螺栓未固紧，致使料液从松动的阀座孔中泄出。再则，由于当时γ多道报警器停机，因此未及时发现料液泄漏。当打开γ多道报警器时三点同时报警，发现地面有1AW高放废液，立即通知工艺人员停车，停车后，由于罐内有余压，持续较长时间才停止泄漏。估计泄漏高放废液1.5～2.5L，放射性总量约2.22～3.7×1012Bq。共有69人参加去污处理，参加处理人员的集体剂量当量为0.2人/Sv，受照剂量最大者为15mSv。问题：<1>.本次事件发生的主要原因是什么？<2>.高放废液设备检修应该怎样进行？<3>.本事件的教训是什么？正确答案：<1>.主要原因：（1）阀门检修后，螺栓未固紧，检修工作应严格遵守检修程序，本次事件的发生，反应出质检管理工作松懈；（2）泄漏事件发生时，γ多道报警器处于不适当的停机状态，导致泄漏事件未能及时发现。<2>.（1）检修工作进行之前，应该提出检修文件；（2）辐射防护部门要审查检修文件，进行风险分析和制定防护措施（其中包括γ多道报警器必须始终处在运行状态）；（3）检修工作应严格按制定的检修程序进行。检修完毕必须进行质量检查；（4）作好应急准备。<3>.主要教训：（1）检修工作必须严格按检修程序进行，做到质量保证；（2）辐射防护人员要密切配合检修工作，监测装置应始终处在运行状态；（3）作好应急响应准备（如监测装置停机是由停电引起，应设有应急电源）；（4）重视员工的安全文化素养和技术培训等等。[问答题]4.弱放废水蒸残液贮存罐泄漏事件背景材料：某核化工厂，发现弱放废水蒸残液贮存大罐泄漏，放射性废水经工艺管沟（尚未施工完毕）的缺口流入室外环境的沼泽地，使施工场地大面积污染。泄漏的放射性废水的β放射性浓度为5.7×106Bq·L-1，β放射性污染水平4～40Bq·cm-2污染的面积约150m2。估计泄漏放射性废水约3m3，放射性总活度为1.73×1010Bq。事件的原因是施工（工艺管沟）时忘记封闭贮存大罐（位于管沟下方的设备间）的呼排管，室外工艺管沟的渗水经过低处时通过呼排管进入弱放废水蒸残液贮存大罐，使罐内贮液从150m3上升到650m3。这样，当废液输入大罐时，废液又从未封闭的呼排管流回正在施工的工艺管沟并流向沼泽地。问题：<1>.弱放废水蒸残液贮罐泄漏事件的原因是什么？<2>.从该事件汲取什么教训？正确答案：<1>.泄漏事件的原因是施工时忘记封闭弱放废水蒸残液贮存大罐（设在地下）的呼排管（排气），造成大罐通过呼排管充满贮液。当操作人员向大罐输入（泵输送）废液时，未检查贮存大罐的液位，致使废液从未封闭的呼排管压回工艺管沟，并污染环境。<2>.（1）制定并完善操作规程（向贮罐输入废液前必须检查贮罐液位或者根本没有液位指示），严格按照规程操作；（2）重视技术培训，熟悉设备状况（施工前废液罐操作人员应对呼排管采取适当保护措施）；（3）加强接口管理，明确职责。提高本单位员工和相关单位人员的安全文化素养（贮罐进入500m3水但没有任何施工人员或废液操作人员发现）。（弱放废水蒸残液已达中放范畴，其贮存罐的呼排管与管沟相通在设计上是不够合理）[问答题]5.1AW二次废液泄漏事件背景材料：某核化工厂γ多道报警器的Y-017点报警，计数率读数为560cps，经现场测量，γ照射量率为2.6×10-6～1.3×10-5C·kg-1/S。调查发现这是1AW高放废液产生的二次废液串入了污水检测槽，注满后，经逆流管流至流线取样漏斗，因漏斗出口较小，废液溢出，污染地面。事件的原因是电动阀门信号故障，给出错误指示，使工艺人员送料时误认为电动阀门处于关闭位置，导致废液串入检测槽，约1m3废液泄漏，总放射性活度5.99×1011Bq。问题：<1>.1AW二次废液泄漏事件原因是什么？<2>.从这次事件汲取什么教训？正确答案：<1>.送料时，电动阀门信号指示故障，使工艺人员误认为电动阀门处于关闭状态，实际上电动阀门处在开启状态，导致废液串入污水检测槽，进而通过取样漏斗溢出，污染地面。<2>.（1）对于放射性废液系统，在设计上采用可靠的信号指示（冗余性、多重性），及时准确报警，发现系统故障或指示信号失灵时，应该立即查找原因；（2）高放废液系统必须建立并完善操作程序（输送废液时应检查废液接受贮罐液位）；（3）对高放废液泄漏应有应急响应预案（高放废液泄漏1m3）；（4）工作人员应该受过严格培训，获得资格后上岗，并且通过再培训不断提高安全文化素养。[问答题]6.南乌拉尔乏燃料后处理设施高放废液贮罐爆炸事故背景材料：前苏联南乌拉尔核材料生产设施有16个300m3的高放废液贮罐。这些贮罐存放在一组混凝土拱型地下室内，每个罐的四周留有一定的空间，充满冷却水，定期更换。因一根输送放射性液体的管子泄漏，该罐周围的冷却水被污染。污染的冷却水被抽走进行维修，但维修后没有注入新的冷却水。因为罐中含有70～80吨约20×106居里（7.4×1017Bq）的放射性废液，衰变热不能被导出，水温上升并大量蒸发，废液所含的硝酸钠和醋酸盐等形成了易爆性残渣。这些残渣的温度上升到350℃，引发了爆炸，相当于70～100吨TNT炸药的爆炸威力。爆炸使相邻的两个贮罐破坏，20×106居里（7.4×1017Bq）的放射性物质大部分散布在贮罐的附近，估计2×106居里（7.4×1016Bq）的放射性物质被喷射到1000m高的大气层，放射性烟羽扩展到105km远。事件后的7～10天内，约600人从附近的居民点撤离，那里90Sr的最大浓度为10～100居里/km2（3.7×1011～12Bq/km2）。在随后的18个月内，总计撤离了10180人。撤离前最大平均外照射剂量达17雷姆（170mSv），有效剂量当量为52雷姆（520mSv）。有1120km290Sr的污染，每平方公里超过2居里（7.4×1010Bq）。问题：<1>.根据国际核事件分级表（INES）试对本事件进行分级。<2>.事故的原因是什么？<3>.高放废液如何安全贮存？<4>.该事故汲取什么教训？正确答案：<1>.根据国际核事件分级表（INES）规定，考虑到放射性物质向外释放（明显释放），需要全面启动地方应急计划的防护措施，因此该案例定为6级（重大事故）。（INES分级表共分为7级，4级以上为事故，4级以下为事件）<2>.由于一根输送放射性液体的管子泄漏冷却水被污染，抽走污染的冷却水后维修管道，维修后冷却水没有得到补充，贮糟中有70-80t强放废液（7.4×1017Bq）不断地放出衰变热，使废液温度升高，废液蒸发成气体，积聚在有限空间内，温度上升到350℃，在有限空间内形成高温和高压；存在硝酸钠和醋酸盐等氧化性物质，导致发生强烈爆炸。<3>.高放废液放射性强、释热率高、腐蚀性大、毒性大。高放废液贮存应采取如下措施：（1）有循环水冷却，不断带走衰变热；（2）设备室有排风设施，使辐解气体不会积聚；（3）有搅拌装置，使槽内不会出现沉积物和形成热点；（4）有双壁或托盘，可接纳泄漏的液体；（5）设备室有可靠辐射监测仪表和报警；（6）贮糟有液位、温度、压力监测仪表；（7）有严格操作程序，有质量保证和质量控制程序；（8）人员经过培训，获得资质；（9）有应急响应准备；（10）符合抗震设计要求的地下设备室，衬有不锈钢覆面等等。<4>.（1）在设计上，高放废液贮槽应设有可靠的指示和报警系统（温度、液位、放射性）（16×300m3高放废液蒸干并升温到350℃无任何报警）。（2）运行时应严格按程序操作（输液管维修后忘记补水步骤）；（3）对高放废液贮存必须严格管理，贮槽选址、设计、建造，运行均应符合安全要求，按质量保证、质量控制大纲严格进行（出现输液管泄漏，说明质量保证没有得到真正落实）；（4）对事故应该有应急响应准备。[问答题]7.放射性废树脂固化体的溶胀破坏事件背景材料：某科研组开发的废树脂水泥固化技术，用波特兰水泥包容了40%（质量百分数）的沥干水的废树脂，经28天养护之后，制得的水泥固化体很坚硬，外观很好，抗压强度很高（﹥15MPa），模拟核素的浸出率相当低（﹤10-5cm/d）。经过2年水浸泡试验后，发现固化体明显肿胀，出现了小裂缝，抗压强度大大降低（﹤5MPa），浸出率大大提高（﹥10-3cm/d），固化产品达不到规定要求。继续浸泡，固化体质量变得更差。问题：<1>.废树脂水泥固化体2年浸泡之后为什么会发生很大的变化？<2>.低、中放废物固化体最重要性能要求是什么？<3>.这样的树脂水泥固化体是否符合处置要求？正确答案：<1>.在水泥固化体养护时，树脂脱水收缩。当固化体浸泡在水中，固化体吸水，树脂膨胀，树脂球对水泥基料施加伸张应力。当伸张应力大于水泥抗胀强度时，水泥固化体就会受到破坏。固化体浸泡2年后所发生的现象，是树脂吸水溶胀所造成的。<2>.为满足处置要求废物固化体有许多性能要求，最重要的是抗浸出性和抗压强度。<3>.这样的固化体采用普通金属桶包装不能满足处置要求，因为它不能保证核素安全隔离300－500年。[问答题]8.沥青固化工厂着火爆炸事件背景材料：1997年，日本某沥青固化示范工厂，固化放射性硝酸钠浓缩液。罐装间发生着火，操作人员发现后，喷水灭火，1分钟之后看不到火焰，停止喷水。但罐装间充满着烟雾。控制室通风机显示停风状态，后来所有风机停止工作。不久发生了炸爆，烟雾从楼窗向外冒出。爆炸使一、二层邻近罐装间破坏较厉害。当时在该区工作的人员有112名，37人受轻度污染，受污染最大者吸入2700Bq的137Cs，对公众造成的剂量为10-3-10-2mSv。此次着火/爆炸的辐照伤害并不大，但带来的社会影响很大。经调查发现，着火/爆炸前运行工艺条件曾有以下改变：<1>.加料（沥青）速度从规定的200L/h降到160L/h（加入的沥青量减少到原来加料量的70-80%）；消耗电能却增加了约10%，加料量减少导致螺杆机运行速度加快，温度升高；<2>.沥青预热温度提高，加入的沥青流动性增大，导致螺杆机运行速度更快（阻力减少）；<3>.料液（硝酸钠浓缩液）搅拌取样后，没有充分沉淀，就往螺杆机泵送，可能有较多沉淀物夹带着催化剂进入螺杆机。问题：<1>.沥青固化示范工厂为什么会发生着火事件？<2>.为什么罐装间会发生爆炸？<3>.从这次事件汲取什么教训？正确答案：<1>.沥青固化放射性硝酸钠浓缩液，存在可燃物和氧化剂，着火风险大，必须严格控制运行工艺温度。工艺条件的改变是引起本事件主要原因。（1）沥青加料速度降低，消耗电能增加，导致运行工艺温度升高；（2）加料沥青预热温度提高，导致沥青流动性增加，螺杆机运行速度加快，使工艺温度继续升高；（3）加入沥青量减少，混合物中硝酸钠含量相对增加，氧化剂的成分提高，可燃性增加；（4）沥青是易燃的有机物。有沉淀物夹带着催化剂进入螺杆机，催化剂强化了放热反应，并使沥青的燃点降低。<2>.罐装间发生爆炸：（1）由于没有充分喷淋和完全消除火情；（2）沥青混合物的燃点降低；（3）通风不良，沥青热解产物如氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷等可燃气体继续释放，积聚在罐装间的有限空间内，容易产生气体爆炸。<3>.（1）必须严格按照操作程序运行，任何操作条件的变化必须经过充分认证后方可实施。①必须严格控制工艺运行温度条件；②必须严格控制料液的成份和沥青加料速度，防止进入催化剂物质；（2）沥青是易燃的有机物必须加强消防、通风和应急措施。（3）必须加强人员培训，提高安全文化素养。[问答题]9.放射性废物焚烧炉过早报废事件背景材料：某厂建造了一台焚烧炉，专用来烧纤维、塑料、橡胶类的可燃的放射性废物（如劳保用品，桌面、地面的覆盖物等）。运行期间，卸灰系统经常发生堵塞。二年后，炉膛和尾气系统严重损坏，焚烧炉不能再用，形成过早报废事件。分析要点：焚烧炉有使废物获得较大减容、减重的功能，但是对于塑料、橡胶制品废物的焚烧，要采取专用炉子和措施，以保证废物的焚烧处理正常运行。问题：<1>.为什么发生焚烧炉过早报废事件？<2>.由该事件得到什么教训？正确答案：<1>.主要原因（1）选用的炉型不对。使用的是一般焚烧炉，而焚烧的废物中含有较大比例的塑料和橡胶类废物（应选用裂解焚烧炉）。塑料和橡胶中含有氯、氟、硫、氮、磷等元素，焚烧时会生成HCl、HF、氮氧化物、硫氧化物、磷氧化物及多种强腐蚀性酸性物质，焚烧炉操作温度高，对焚烧炉炉膛和尾气系统有很强的腐蚀作用；（2）塑料、橡胶类物质燃烧时会生成熔块物，滴落在炉排上，造成炉排堵塞；（3）产生的焦油、油烟物会造成尾气系统堵塞。<2>.一定要控制焚烧废物中塑料、橡胶物的比例；（1）含塑料、橡胶比例高的废物，要选用专门的炉型，如热解炉（裂解炉）；（2）为了保证良好燃烧，塑料、橡胶类废物，最好要切割成小块或与废棉织物混合，要防止炉排和尾气系统的堵塞；（3）炉体和尾气系统应选用抗腐蚀性好的材料（不锈钢、玻璃钢）[问答题]10.退役决策争议事件背景材料：某国已建立了比较完整的核工业体系。核燃料循环前段的铀浓缩扩散装置，15MW热功率的反应堆和核燃料循环后段的后处理示范装置，上世纪90年代都已达到设计寿期。该国宣布，现在这三种设施都已完成了一级退役，封闭30-50年之后，实现二级和三级退役。这种做法在同行之间引起了争论：第一种观点认为核设施到达寿期后立即实施退役；第二种观点认为核设施到达寿期后必须先封闭数十年后再退役；第三种观点认为核设施退役应该依据具体的核设施（核燃料循环前段、反应堆、核燃料循环后段）采取不同的退役策略。分析要点：核设施退役是政策性强、难度大、周期长、涉及面广的复杂系统工程。核设施退役策略的选定受很多因素制约，应该参考国际先进经验和本国具体条件来确定。问题：<1>.你认为该国宣布的退役策略是不是优化方案？<2>.你认为上述三种观点中哪种观点更为合理，为什么？正确答案：<1>.核燃料循环前段、后段设施和反应堆的退役，采取同一策略，不是优化方案。（IAEA早期把核设施退役分为：监督贮存、有限制开放和无限制开放三个等级（分别称为“三级退役”）。随着人们对退役认识的提高和退役技术的发展，“三级退役”已逐渐弃之不用，现在IAEA把退役分为三种策略，即：立即拆除、延缓拆除和就地埋葬）。<2>.第三种观点较为合理。核燃料循环前段、后段核设施与反应堆退役应该采取不同策略。因为：前段核设施污染的主要核素是铀（钍）、