核技术的应用已有几十年的历史。它给人类的生产、生活带来很大利益, 但同时也产生了一些隐患。辐射源就是一个例子, 其应用的范围越来越广, 使用的量越来越大, 废源的积存量也越来越多。到目前为止, 全世界积存有大量的放射性废源, 其中主要分布在发达国家, 但发展中国家所拥有废源数量也是十分可观的, 既有短寿命的, 又有长寿命的, 既有γ、β放射源, 还有α放射源, 这给放射源的管理带来了一定困难, 存在一定潜在照射的风险。国内和国际上几次大的急性照射致死事故, 就是由于放射性废源管理不善造成的。由此可见, 做好放射性废源的管理工作是十分重要的, 做好放射性废源的管理和处置工作, 才能降低其潜在照射的风险。

1 什么是放射性废源

根据国际原子能机构有关出版物的介绍, 废源是指不再使用和在可预见的将来不再使用的源, 废源的形成可能有多种原因, 如:因为自然衰变, 使得源的活度太小以至没有应用的价值; 仪器内附加的源, 因为技术更新使得该仪器失去意义, 相应的源也就成为废源; 放射源破损以至不能再使用; 丢失或被盗的源也可成为废源。表 1给出的是世界各地废源的大概数量。

以上仅是国际原子能机构1991年发表的数据, 而实际数字要大的多, 估计要大十几倍, 所以做好废源的管理工作是非常具有现实意义的。

2 废源的风险

由于废源不再具有使用价值, 往往造成管理不善, 从而引发一系列严重事故, 甚至造成人员的重大伤亡。1992年11月发生在我国忻州的事故, 造成三人死亡, 多人受意外照射, 其中包括一名孕妇, 在社会上还造成了坏的影响。在国际上由于放射源的管理不善也曾造成过许多严重事故, 表 2是一些典型的例子:

可以看到事故的后果是十分严重的, 11例事故中有6例是由废源所造成的, 引起的死亡人数占总数的81%, 可见废源所造成的后果往往比在用放射源造成的后果更严重。

3 如何管理好废源 3.1 正确的记录和档案管理

无论是何种放射源, 保管者都应对其建立正确的记录和完整的档案, 说明该放射源的特征和状态, 并且应定期对所拥有的放射源进行实物盘存, 盘存的周期至少应是半年1次, 以确保帐物相符。

对任何一枚放射源, 记录的内容至少应包括以下内容:核素名称、放射源编号、使用者的单位名称、活度、检定日期、出厂日期、放射源物理、化学形态描述、使用状况、储存形式、射线类型和生产厂家。记录的方式应保证安全可靠, 目前较普遍采用的是纸张和磁盘, 无论哪一种方式, 都应有妥善的保管措施, 防止记录的损坏。为以防万一, 重要的记录, 如即将进行处置的废源, 应将记录进行复制, 并且要将其分别存放, 以防将两份记录同时损毁。

3.2 废源的收集和临时储存

废源处置前, 宜集中安全储存。首先必须对放射源进行确认和收集, 即确实肯定这是无使用价值的废源, 以免造成经济上的浪费。确认以后的废源需要存放在一安全的地点, 等待整备。对存放的地点(设施)需要特别的要求, 主要是出于两方面的考虑, 一方面是辐射防护的要求, 需要使储存点周围的剂量水平达到合理可行尽量低, 符合剂量限值的要求。另一方面是实体保卫, 防止意外闯入。

在废源存放地点, 应有明显的放射性物质标志, 提醒不相关的人员不要随便靠近, 以避免不必要的照射。还应根据具体情况, 使得储存设施具备防潮、防火等能力, 以确保放射源处于安全环境。

3.3 废源的整备和处置 3.3.1 废源整备前的预备工作

① 分类  分类是整备工作前的一项重要工作, 它是根据将来处置的要求, 按照放射源的半衰期、活度、状态等分成不同的组, 以便采用相应的处理技术, 这可以有效地减少处置的总体费用, 降低工作人员的受照剂量, 固化体和包装达到具有长期稳定性能。

② 检定、核实  在进行整备工作之前, 要将挑选出来的放射源进行检定, 以确认该放射源与档案相符, 并且要有详细的记录。

③ 人员的选择、培训  废物管理人员应具有一定的资格和经验, 在开始工作之前, 应进行适当的培训, 使得这些人员至少要具备下列知识:辐射防护的基本知识, 有操作放射性物质的经验, 能熟练使用用于整备的各类机械等。

④ 整备前设备材料的准备  水泥搅拌器, 砂石、水泥、200升钢桶或水泥预制桶, 钢筋、表面剂量测量仪、标牌、夹持工具、个人剂量计、标签、水泥块(提供临时屏蔽)、叉车、表面污染测量仪、记录用材料、震捣器、用于镭源整备的可密封的容器和活性碳、以及其它必需的材料。

3.3.2 废源的整备

这里所指的整备是将放射源进行适当的处理, 使其最终形态能符合废物处置或中期储存的接收标准, 并且符合进行运输的有关标准。

① 整备的基本方法  整备的基本方法是利用水泥、铅或其它材料, 给放射源提供足够的屏蔽和屏障, 使其外表面的剂量符合辐射防护的要求, 且屏障能足够坚固, 使其中的放射性物质不至泄漏到环境中去或泄漏出的量小到不至对环境和人造成危害。且在其包容的放射性衰减到可免管之前, 屏障是完好的。

目前, 比较经济可行的方法是水泥固化, 本文将主要介绍该方法。

200升钢桶是普遍使用的包装容器, 可以方便地购买到, 进行防腐处理以后, 就可以做为水泥固化的包装容器了。为了使处理以后形成的货包符合运输要求(A类货包或B类货包), 处理前要进行仔细的计算, 如果计算结果不能满足要求, 可以利用大的水泥预制容器来处理一些特别的强源。

② 废源的固化  首先制备水泥砂浆, 其作用是给放射源提供工程屏障和射线的屏蔽。通常的比例是1份水泥3份砂石。接下来制备钢筋, 其目的主要是提高整个固化物的机械强度, 同时也能对射线提供部分屏蔽, 其形状、尺寸可根据钢桶的大小编成网状, 钢筋的粗细以5~10mm为宜, 将编好的钢筋置于200升钢桶之中, 注意底部和四周要与钢桶留有一定距离, 随后将水泥砂浆注入到桶高1/3处(以使废源处于桶的中心位置)。待水泥初凝以后(约半小时到四十分钟), 将废源连同铅罐(或其它包装容器)放入桶中, 固定好, 注入水泥至桶顶, 将标签压入水泥, 测量固化物表面和距表面1米处剂量, 表面剂量应小于2m Sv/h, 1米处剂量应小于0.1mSv/h, 并做好记录, 以备查考。

③ 整备后的中间贮存  这里指的贮存有两层意思, 一是固化物需要一定时间进行养护, 以使其达到最高强度, 并且可以利用这段时间将短寿命的核素衰变掉, 二是在最终处置库建成之前, 需要有一个妥当的地点存放这些固化物, 一般的讲, 中间贮存场的设计寿期不应低于10年。贮存场还应遵从相关的安全规定, 以确保不至于因外界的影响而造成对环境、人类等的严重后果(如防御洪水、地震等的能力), 中间贮存设施还应具备使固化物免遭破坏的能力, 并能随时检查固化物的状态。

3.3.3 特殊问题的处理

这里主要是针对一定活度的镭源提出的, 因为镭源半衰期长, 衰变过程中产生氡气, 废源的包壳大部分已破损。因此在处理过程中需要采取特殊的措施。

首先要制备能够密封的容器, 一般用不锈钢制作, 可制成管状, 加盖后焊封。也可以采用螺扣旋紧密封的方法。容器内部要留有一定空间, 以便吸收其内部产生的气体造成的压力。同时, 容器的强度应能承受这种压力, 并要保证50年内其密封性能不致破坏。

其次, 要考虑回取的可能性。因镭源的半衰期很长, 目前的技术条件还难以完全解决其安全问题, 所进行的整备工作只是降低了其风险, 为便于今后采取进一步工作不致引起过高的代价, 现在进行整备工作时必须考虑今后回取的可能性。一般来讲, 经过初步密封的镭源还要经过屏蔽和水泥固化。屏蔽的方法与对其它放射源的屏蔽方法相同, 一般用铅或其它重金属, 水泥固化的方法, 略有区别。其外包装仍然采用200升钢桶加钢筋灌注水泥, 不同的是其中心要留出一定空间放置加有屏蔽的镭源。最后不是以水泥灌注密封, 而是以预制好的水泥盖子盖住, 再加以紧固, 这样必要时可以打开盖子进行回取工作。

3.3.4 废源的处置

废源处置中我们比较关心的主要是两个问题, 一个是安全, 包括环境保护的问题, 另一个是代价。安全地处置废源是废源管理工作的基本出发点。对于短寿命的废放射源可以通过中期贮存使其放射性衰变到免管水平, 再把它们做为非放废物进行处理。大部分的废源整备之后都可以送到中低放处置场, 少部分如较强的镭源可先整备然后进行中期贮存, 再等待进一步的工作。