核电厂流出物排放氚的化学类别及监测方法探讨

王远

摘要：通过对核电厂流出物排放传氚的化学类型进行能够分析，根据调查预估可能的排出量。针对环境生物、空气中氚的监测，从而分析核电厂液态及气载流出物中不同类型氚排放的可行性，然后对相关监测方法和剂量评估模式进行合理的建议。

关键词：核电厂流出物；排放氚；化学类型；监测方法；应用效果

根据世界上大多数核电厂的工作经验，关于流出物中氚的监测一般局限在氚化水，不过根据相关记录可知，气载流出物中的氚可能通过HT、CH3T的形态释放出来，液态流出物会通过有机氚的形式排放出来。若是仅单纯针对HTO实施监测和评估，那么就无法有效的评估核电厂氚的排放量，由此可知，关于氚辐射剂量的评估模式还需要进一步得到改进。

一、核电厂排放氚的化学类型

（一）液态流出物中的排放氚的化学类型

第一，分析其来源。核电厂反应堆中的氚主要来源于燃料中235U的三元裂变反应，对轻水堆来说可能通过一回路冷却剂活化作用而形成，主要包括10B、6Li、2H反应。反应堆运营阶段，一回路中的氚通过化学与容积系统下泄、设备泄漏等方式进入二回路或厂房中，利用废物处理系统、厂房通风系统等排放到环境中。由于轻水堆中水的作用，氚会代替水分子中的氢，因此排放氚的形态为HTO。核电厂排放的有机氚来源通过核电厂废液处理系统的废液来源、系统处理工艺来进行分析，核电厂废液处理系统的废水来源于核岛工艺排放、化学废水等，这些废水中都包含有机物。废水处理后进入到储存槽中，监测后通过液态方式排放到环境中。根据表1可知我国的CPR1000机组核岛废液处理系统废液来源和排放量，地板疏水的排放量在50%左右。地板疏水中可能保护一定的有机物，比如溶解形态、固体形态的洗涤剂、微生物。核电厂废水处理技术有除盐、蒸发、过滤，同时还包括超滤、反渗透，具体特点见表2。

表1  CRP1000机组核岛废液处理系统的废液来源及排放量

废液来源	废物特点               处理方式     排放量
工艺排水 化学排放 地板疏水及热洗衣淋浴水	放射性浓度高、化学物质含量少       除盐      4500m3·a-1 放射性浓度高、化学物质含量少       蒸发      3000m3·a-1 放射性浓度低、悬浮物固体含量高     过滤    地板疏水1000m3·a-1 热洗衣淋浴水2500m3·a-1

表2  核电厂放射性废液处理方法的特点

处理方法            特点	局限性
除盐       化学、热及辐射稳定性好，有大量            可供选择的树脂确保选择性 蒸发       去污因子较大，在104～106之间，            适用于各种不同的放射性核素 过滤       适用于大体积和高盐浓度废物	高盐浓度室影响较大且容易堵塞 有工艺方面限制、投资和运行费用较高 去污因子小，效率取决于固液分离的步骤

第二，OBT排放。OBT排放浓度与有机物的含量有密切关系，不同机组运行、废液处理系统的不同技术和效率差异都会影响有机物的排放量。根据相关研究，核电厂液态流出物中的氚化有机分子来源，其组成成分非常复杂，机制需要进行仔细的研究，通过实验模拟γ辐照的去污树脂产生的滤液加入高浓度氧化水和藻类培养实验，确定能够进入溶解的树脂中[1]。

（二）气载流出物排放氚的类型

第一，关于来源。反应堆中的氚通过扫气、泄漏等方式通过气态排放出来。压水堆中的氚在气液相中的分配因子为1:9，轻水堆核电厂中可能存在HT、CH3T排放。不同核设施的氚排放的化学形态有很大的差异，比如乏燃料处理厂会以T2的形式排放，一些氚处理设备存在含氚的有机酸性气体。根据Belot的研究，氚处理设施中，气态排放的氚化学形态为CHTO，最大排放量在2%左右。甲醛作为溶于水的气体，可能有一部分也通过液态流出物排出，还有一些研究发现，氚处理的烟囱排气中，也有一定的含氚有机物、有机酸。

第二，排放量预估。（1）HT排放量。在大气环境下，HT活性高于空气中HTO的活性，大气对流层中的氚主要形态为HT。核设施的气态流出物排放中，已经存在有关核设施气载流出物中其他化学类型监测的研究结果。对压水堆核电厂的正常运行中，HT排放量占氚排放的1%，事故释放的HT占氚排放的60%。（2）CHTO排放量。氚处理设施排放的气载流出物中，CHTO的排放比率中位数大约为0.12%，但是该比例也受到很多不确定因素的影响。根据相关研究可知，核电厂气载流出物、液态流出物排放氚的不同化学形态比率见表3。

表3  流出物中氚的化学形态及排放比

流出物类型	化学形态                  占比（%）
液态 气态	HTO                      ～100%        OBT                     百万分之一        HTO                      ～100%        HT                       ～1～10%        CH3T                        0.6%        CHTO                       0.12%

二、不同化学类型的氚的监测方法

（一）液态流出物下不同形态氚的监测方法

轻水堆核电厂中的液态流出物氚的主要形态为HTO。核电厂中氚的监测主要针对的类型也是HTO，目前关于HTO的氚监测方法日益成熟，与环境水中的氚监测方法一致。液态流出物中OBT来源于地板疏水、工艺废水，形态主要是树脂、洗涤剂、微生物等。虽然目前鲜有关于OBT的监测方法研究，不过可以参考环境监测中OBT的监测方法[2]。生物组织、其他物质中的OBT，只有转化为闪烁液相容的形式才能通过液闪谱仪进行监测。液态流出物中关于OBT的监测，主要通过干烧燃烧法进行，通过蒸发方法蒸干有机物残渣，水残渣也可通过干烧燃烧处理。蒸发后的水残渣含量较少，考虑到OBT活性较高，可将少量低氚浓度的有机物作为载体。

（二）气载流出物不同化学形态的氚监测方法

核电厂气载流出物中氚的监测方法主要是针对HTO的监测，采用鼓泡器收集方法进行。现已有相关技术也开展对HT、CH3T的监测，操作原理根据HT和CH3T不同催化剂的反应温度差异进行鉴别，这一方法目前已经在日本等发达国家广泛应用。HT和CH3T氧化适用于不同温度下的Pt和Pd催化剂氧化效能，Pt催化剂在低温下对CH4没有催化效果，但是对H2的催化效果达到100%，因此实现了对HT的低温选择性催化。Pd催化剂能够在350摄氏度以上的环境下对CH4实现100%的催化氧化。

三、小结

氚属于弱β放射性核素，包括1个质子和2个中子，物理半衰期为12.33年。核电厂运行中会产生大量的氚，进入回路中的氚向环境中释放，由于半衰期较长，与组成生物物质中的氢元素物理、化学特点相似，氚容易在环境中迁移和积累，通过各种途径带来辐射损害。

参考文献：

[1]李文政.核电厂流出物排放氚的化学类别及监测方法[J].皮革制作与环保科技,2022,3(03):178-180.

[2]吴若蕾,孙智良.核电厂流出物排放氚的化学类别与监测方法研究[J].科技创新导报,2018,15(13):69-70.