防城港核电厂项目位于广西防城港市港口区光坡镇东面约8 km的红沙澫南侧光岭至山鸡鸣一带的丘陵及滩涂处, 为滨海厂址。厂址距广西首府南宁市约130 km, 距北海市城区约60 km, 距钦州市城区约32 km, 距防城港市城区约25 km; 距中越国界线距离超过50 km。广西防城港核电站项目规划建设6台百万kW级核电机组。其中, 一期工程采用自主品牌中国改进型压水堆核电技术CPR 1000, 建设两台单机容量为108万kW的核电机组, 首台机组预计于2015年建成投入商业运行。

笔者根据该核电站的滨海厂址特点以及采用的压水堆堆型特性, 预测了该核电厂辐射环境的影响及提出了针对环境影响采取的对策。

1 压水堆核电厂发电原理

防城港核电站是压水反应堆核电站, 其回路系统如图 1所示, 其工作原理^[1]是用铀制成的核燃料在反应堆内进行裂变并释放出大量热能; 高压下的循环冷却水把热能带出, 在蒸汽发生器内生成蒸汽; 高温高压的蒸汽推动汽轮机, 进而推动发电机旋转。

一回路:反应堆堆芯因核燃料裂变产生巨大的热能, 由主泵泵入堆芯的水被加热成327℃、155个大气压的高温高压水, 高温高压水流经蒸汽发生器内的传热U型管, 通过管壁将热能传递给管外的二回路冷却水, 释放热量后又被主泵送回堆芯重新加热再进入蒸汽发生器。水不断地在密闭的回路内循环。

二回路:蒸汽发生器U型管外的二回路水受热从而变成蒸汽, 推动汽轮发电机做功, 把热能转化为电力, 做完功后的蒸汽进入冷凝器冷却, 凝结成水返回蒸汽发生器, 重新加热成蒸汽。

三回路:三回路使用海水, 它的作用是在冷凝器中冷却二回路的蒸汽使之变回冷凝水。

核电站通过三个回路实现由核能→热能→机械能→电能的能量转换过程。

2 防城港核电厂运行的辐射环境影响预测

根据该核电站的滨海厂址特点以及采用的压水堆型, 预测运行期间核电厂对环境的影响主要是温排水所造成的热影响、循环冷却水中的残余余氯和含有化学物质的废水排放所引起的化学效应、低放废液中放射性核素的累积生态效应和气体流出物对人体的内外照射。

2.1 液态放射性流出物的产生及其影响

核电厂运行所产生的放射性物质首先来源于反应堆燃料芯块内的链式裂变反应。正常运行过程中裂变反应产生的裂变产物绝大部分包容在燃料元件的包壳内, 但仍有极少量的裂变产物通过燃料包壳缺陷泄漏到一回路冷却剂中。同时裂变产生的中子使一回路冷却剂本身以及腐蚀产物、控制棒、硼酸和其它材料受到激活而产生中子活化产物。这些裂变产物和活化腐蚀产物是反应堆冷却剂中的放射性源, 它们会通过冷却剂的净化、蒸汽发生器传热管束的泄漏等过程造成对二回路等的污染。因此, 放射性废液根源于一回路冷却剂。压水堆核电站放射性废液来源见表 1。

含有各类放射性核素的低放废液排放入海后受到海洋水文作用被稀释扩散, 一部分会悬浮于水体或沉积到底泥, 一部分会通过各种途径迁移到生物体中并有不同程度的富集, 并有可能通过食物链进入到人体内。水中的放射性物质会对岸边的人员, 在水中游泳、打鱼的人员产生外照射。人们通过饮用受纳水体中的水, 食用受纳水体中的水生生物而产生内照射。如果使用污染水体灌溉, 会对作物产生污染, 人们食用这类食物也会产生内照射。某些水生生物如藻类可以富集放射性物质, 使其体内某些放射性核素的比活度要比其生活水体中放射性活度高出几倍, 几十倍甚至高到千倍。图 2给出了公众受到从液体流出物照射的途径^[3]。

2.2 化学物质的产生及其影响

压水堆型机组利用海水做冷却水, 将汽轮机蒸汽冷凝, 以供循环使用。在取水过程中, 虽有拦截设施将体积较大的生物和污物阻截, 但还是会有小型动植物及微生物进入循环冷却水系统中。这些污损生物附着在管路甚至是冷凝器中, 导致管道断面变小、效率降低。为了保护核电厂循环冷却水系统不被海水中的生物堵塞, 通常会对冷却水进行氯处理。在防止污损生物粘附的同时, 也产生了余氯。此外, 氯还会与水中的多种有机、无机化学成分反应, 产生各种副产物, 对水生生物产生毒害作用, 人类饮食了这些水生生物, 则会对健康产生危害。

2.3 温排水的产生及其热影响

通常滨海核电站采用海水作为冷却水, 海水主要被用于三回路中用以保证汽轮机的背压, 带走凝汽器中的热量, 将汽轮机乏汽冷凝以供二回路循环使用。冷却水从核电站排出时水温比抽进时高出10℃左右, 以100万kW级核电站为例, 每秒冷却水流量为50 m³, 如此大量的水载带的热量会使局部海水水温升高^[3]。

从生物学的角度讲^[4], 水温是对海洋生态系统平衡和海洋生物活动起决定性作用的因素。它对生物受精卵的成熟、胚胎的发育、生物体的新陈代谢、洄游等都有显著的影响。在自然条件下, 海水温度的变化幅度要比陆地环境小得多, 因此海洋生物对温度变化的忍受程度也较差。海洋受到热污染后, 原来的生态平衡被破坏, 海洋生物的生理机能也遭受损害。许多鱼类都有洄游的习性, 而洄游时间和路线是鱼类根据水温的季节变化确定的。一旦水温因热废水的排入而升高, 就会使鱼类在错误的时间和错误的路线上洄游, 这样就到达不了预定的目的地, 因而传统渔场就会被破坏。水温的升高还能加速海洋动物的性腺成熟, 使得某些鱼类早产, 并大大增加畸形幼鱼的比例。海水温度的异常升高还有另一种危害, 就是减少了溶解在水中的氧气。当水温升高到一定程度, 海洋动物会缺氧窒息而死。而生物死亡后尸体的分解又进一步促使水中氧气的消耗, 这样循环往复, 久而久之导致局部水质的恶化。

2.4 气体流出物的影响

核电站经气体流出物排入大气的放射性物质, 将沿下风向输运, 并随着大气的混合过程而弥散开来。在放射性物质弥散过程中, 公众可能因吸入空气中夹带的放射性物质而受到内照射, 并同时受到包含放射性流出物的放射性烟羽中的γ或β射线的外照射。放射性物质在弥散过程中, 因为下雨被冲洗降落到地面或因放射性烟羽与所经过的下垫面的碰撞或重力沉降落到地面。沉降到地面的放射性物可对人形成外照射, 并由于再悬浮进入体内产生内照射。从较长的时间考虑, 放射性物质沉入地面或水体, 还可能通过陆生及水生食物被人食用而进入人体内, 产生内照射。图 3给出了公众成员受到气载流出物照射的主要途径^[3]。

3 对策

核电厂在运行时可能会对周边环境产生一些辐射影响, 因此必须采取相应措施来减弱、消除其对环境的影响, 以保护人体健康和保护环境。

3.1 核电项目工程分析与污染源调查

积极开展核电项目工程分析与放射性污染源专项调查, 为放射性废物处置、人员受照剂量估算、环境影响评价等提供依据。

3.1.1 生产布局调查

主要构筑物布局、取排水构筑物布局(尤其是取水口、排水口和厂用码头的位置)。

3.1.2 生产工艺流程分析

核电项目施工期、营运期和换料大修期间的污染物的产生节点和流向。

3.1.3 污染源调查

取排水方案方式、取排水系统流程、取水量、不同季节的循环冷却水量以及排水温升、废液处理系统中各类废液的年处理量和放射性活度、通过液态与气态途径释放的放射性核素的种类、年排放量、余氯控制浓度。

3.2 流出物排放的管理和监控

环保部门应加强对核电厂流出物的管理与监控, 业主单位要采取严格的排放原则。

核电厂的流出物排放必须经申报批准; 排放必须拥有足够能力的净化及处理设施或设备; 要有专设的流出物排放渠道; 对排放实行监测; 不满足要求需返回处理设备; 对液体流出物实行槽式排放; 在实践中总结经验不断提高控制水平, 逐步减少排放量。

3.2.1 剂量控制, 充分保护公众安全

现在国家标准^[5]与国际原子能机构推荐的标准一致, 即各种人工辐射源所致公众年有效剂量为1 mSv, 流出物排放的首要原则是使关键人群组一年所接受的辐射照射剂量不超过审管部门批准的约束剂量, 亦即使公众得到充分保护。

3.2.2 年排放量实行总量控制

我国对轻(压)水堆型核电机组明确做出了运行状态下的剂量约束值和排放控制值的规定^[6], 任何厂址的所有核动力堆向环境释放的放射性物质对公众中任何个人造成的有效剂量, 每年必须小于0.25 mSv的剂量约束值。核动力厂营运单位应根据经审管部门批准的剂量约束值, 分别制定气载放射性流出物和液态放射性流出物的剂量管理目标值。

3.2.3 实行最优化政策

最优化是辐射防护体系的重要组成部分。它的基本含义是:首先要满足剂量标准, 遵守年排放量限值, 执行总量控制要求使公众健康得到保护, 应努力使排放量减少。

3.2.4 可核查性原则

可核查性包括对经过液、气体途径流出物排放时有监测数据, 有详细记录; 审管部门可监控及验证排放情况; 对已往的排放资料, 可以追朔复查。

3.3 实施双轨制加强核电站外围辐射环境监测

即由核电营运单位负责常规性监测, 由环境保护行政主管部门负责监督性监测。核电厂业主单位的环境监测机构负责本单位的环境辐射监测, 包括运行前本底调查, 运行期间监测(常规监测以及事故应急监测), 评价设施的环境影响, 调查污染变化趋势, 追踪异常排放时核素的可能分布。此外, 还负责编制向环境保护部门上报的监测报告。核电厂业主单位还应设立或聘用有资质的单位来对该核辐射设施运行可能造成的环境影响进行监测。放射性监测分析方法参照国家标准^{[7, 8]}进行。

环境保护行政主管部门监督性监测的主要内容包括核基地外围环境γ辐射剂量率水平, 陆地水体、土壤、生物以及海洋环境介质中的放射性水平。

通过环境监测, 对于研究核电运行的环境影响具有重要的参考价值。而且, 由环境保护行政主管部门对核电站环境进行监督性监测, 具有重要的公众示范意义。更能使公众相信"核设施的放射性释放的确受到了严格的控制"。

4 结论

本文根据防城港核电厂的滨海厂址特点以及采用的压水堆型, 预测了该核电厂辐射环境影响主要是温排水所造成的热影响、循环冷却水中的残余余氯和含有化学物质的废水排放所引起的化学效应、低放废液中放射性核素的累积生态效应、气载(气溶胶)流出物对人体的内外照射。最后提出了针对环境影响应采取的对策。