HAF J0004-1992 預防和減輕由放射性物質釋放造成的地下水污染

本文件不僅適用于核電廠，而且也適用于其他的核設施。？[第1頁] ∥叫擴僦管臀鬻夢 怯 華 轄 鬻 鬻 、 鳙 ！ 西 ； ？ ’“ ‘ ！ ‘ 幾 ！ 1‘v （ ‘ 、 了 ！ ’一 ‘ ” 一 一 一 ～ ～ ？ ～ ？ ～ 一 ？ ～ ？ ‘？ ， 碟 ． ． 。 一 一 一 一 ～ ～ ． ． 嶼 ‘ ． 一 ． 一 一 ． J 預 防 和 減 輕 由 放 射 性 　物質釋放造成的 　地下水污染 [第2頁] 　　　 、 — — 一 ‘ 刖 呂 　　國家核安全局自1984年10月成立后已陸續發布了一批核安全法規 （ 條例 、 )9定和實施細 鍘 ） 和導則 。 核安全法規是強制性的法律文件 。 核安全導則是指導性文件 ， 是法規的說明和 補充 。 核安全法規和導則中規定了核安全監督管理制度 ， 提出了核安全的基本要求以及建議 采用的方法和程序 ， 但在實際執行中還需要有更具體的技術上的指導 。 因此 ， 我們選擇了一 部分國際原子能機構 （ IAEA ） 或其他米NO,的技術出版物作為藍本陸續編譯成核安全法規手 ‘冊和技術文件 ， 供有關部門和人員參考使用 。 　　本文件是參照IAEA1988年發布的技術文件TECDOC-482“防止和減輕由放射性物A ：釋放造成的地下水污染”編譯的 。 原文是IAEA為支持50-SG-S7-',f則而Q制的用戶細則說 碑明 ， 其內容對于我國實施核安仝導則HAF0107《 核電廠廠址選0-與水文地JA的關系 》 有很好 ： 的 指 導 作 用 。 ’ 　　本法規技術文件是國家核安全局委托核工業標準化研究所組織編譯的 。 編譯過程中 ， 按 照我國現有核安全法規 ， 并結合國內管理體制及在建核電廠的實際惰況作了必要的修改 。 對 本文件的應用 ， 應在遵循我國有關法規和導則基礎上進行 。 如發現不妥和錯誤之處 ， 請予指 jE 。 　國家核安全局 一 一 九 九 二 年 四 月 六 日 [第3頁] ？ ｝ 目 錄 ｝ ？ ｝ I 1 　 － － 　 』 ？ ’？ 1 　 － I － － － 　 － I l － － I, I, 　 － － － － － l － － l － l ｝ 一 、 － － l ‘ l l － ？ [第4頁] I、 引言和范圍 　概述． 地 下 水 是 環 境 中 最 敏 感 的 組 成 孰 樸 少 一 ？ 宅7為 先 壇 ＾～J”注 委 蜘 業 ， 耘 ？ ； ～ ～ ～ ， ？ ‘． 廣 。 廠 崗巖或玄武巖 ） 不同尺寸的裂縫和縫隙內部直至沉積巖和土 （ 如沖積層 ） 的大大小小孔隙 內 。 深度和位置可能嚴重影響巖石裂縫的性質 ， 而在沉積構造中孔隙的大小和分布在很短的 距離可能變化很大 。 上述因素說明對地下水運動的預測是困難的 。 此外 ， 地下水運動的速率 ， 低時每年幾厘’ 米或高時每年幾十米 ， 這使得地下水系統很容易遭到破壞 ， 因為進入地下水的污染物在很長 的時期可能繼續存在 。 被污染的地下水慢慢朝著諸如井或泉的出口移動 ， 或者在很長的距離 內遷移’或煮在比較短的期間內流到人可接近的環境中去 。 應該不惜任何代價來避免地下水 的污染 ， 尤其是當地下水源是用于飲用或灌溉時這一點更重要 。 　　全世界都在努力選擇這樣的核電廠和核設施的廠址 ， 在那里 ， 自然條件合適 ， 并且對于？ ． 　設計基準事件不要求特別的工程措施來保護公眾的健康和安全及保護環境 。 盡管有上述這些．？ 　總的趨勢 ， 但遍及世界的核設施事實上位于具有不同地下條件的地區 ， 并在很寬的范圍內變 　化 。 這意味著核設施不僅可能座落在象花崗巖 、 片麻巖或玄武巖的大塊巖石上 ， 而且還可能． 　座落在頁巖 、 砂 、 淤泥或粘土層上 。 這些地下巖層的滲透性 ， 在砂礫或斷裂的巖石情況下可 　’以非常高 ， 或者在淤泥和粘土層情況下則很低 。 　　　對不同的地質條件 ， 水文地質狀況呈現不同的特性 。 在潮濕地區 ， 通常存在一個或多個 　淺的蓄水層 ， 地下水與核電廠地基的接觸是常見的事 。 　　　因此 、 由于放射性物質釋放導致的地下水意外的污染能以不同的方式發生 ， 并且其后果 ‘可能隨廠址的不同而不同 。 對于發放核電廠許可證的典型要求包括對放射性物質向地下水系 　統意外釋放的評價 。 因此需進行計算以確定 （ a ） 流量與所釋放的同位素半衰期的關‘系’(bj 　為把濃度降低到所關心的水平以下 ， 彌散的影響 。 作為獲得低于干預水平的濃度的一種手 　段 ， 正在考慮對零釋放和消除彌散的要求 。 切爾諾貝利事故突出了這樣一個事實 ， 即安全分？ 　析應該包括嚴重釋放情況 。 　　　本文件給出了釋放的放射性物質到達人體的潛在途徑和機理以及為預測地下放射性物質 　的特性的模擬條件方面的基本資料 。 然而本文件的主要目的是綜述防止進入地下水系統污染 　暫縫廠外釋放和減輕這種釋放可能產生的影響的現有技術 。 由美國核管會發起或在其贊助下 ， 　整苧左行的數字模擬結果表明：預防和 （ 或 ） 減輕污染的技術可以大大延長地下水的流動 ．時間 ， 從而降低污染的遷移速率 。 這些研究結果表明了研制廠址特有的內部對策對安全分析 　的價值 ， 以及通過這些研究結果所提供的依據 ， 在廠址特殊的水文地質條件 、 釋放情況和廠 　址的環境特性的基礎上選擇最合適的預防和 （ 或 ） 減輕污染方法的價值 。 更詳細的討論見下 文 。 1.2途徑 　　來自核設施的放射性物質能夠到達生物圈并導致對人的輻射照射 ， 其可能的途徑之一是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　一一戚‘？ 遽民灶覲 [第5頁] 通過地下水 。 放射性物質可能以液態 、 氣態 、 固態或以三種狀態的各種混合形式釋放 。 由于 核設施的異常工況 ， 可能發生不同來源的泄漏 ， 例如 ， 從破裂的容器或管道泄漏的放射性濃 縮物 ， 或者是應急冷卻系統中含有不同能譜的放射性核素的污染的水的泄漏 。 污染水能夠滲 　入地層到達地下水 ， 并朝著居民直接飲用或為灌溉或為家蓄用水的地點遷移 。 　　幾個潛在途徑當中 ， 以液體形式對地下水的直接污染似乎是最嚴重的一種 。 通過雨水對 建筑物上或植物上沉積物的沖洗 ， 或通過雨水對沉降到地面沉積物的淋洗 ， 或通過含有值得 重視的多種放射性核素的地表水對蓄水層的污染 ， 使得放射性核素向火氣的嚴重釋放也可 以成為一種現實的途徑 。 放射性物質的氣載釋放要完全控制在廠區范圍內是很困難的 。 因 此 ， 對這種釋放情況 ， 很可能只限于采取減輕措施 。 象切爾諾貝利事故情況 ， 在廠區30公 里半徑以內的土受到污染 ， 要求采取補救措施 ， 并且由于地下水被污染 ， 成千的水井必須廢 棄。 　　然而 ， 表土這樣大量的污染本質上不過是代表了特別不利的情況 ， 從地下水污染的觀點 來看 ， 這條途徑可能是次要的 ， 因為細粒土 （ 即淤泥和粘土 ） 的滯留能力同砂 、 砂礫和大多 ， 數巖石相比相對要高 ， 這使向下擴散污染的可能減至最小 （ 由大雨和積雪融化表征的情況除． 外 ） 。 況且通過松散區向下的運動不可能總是導致蓄水層的污染 ， 特別是在具有高的上水份蒸 發損失總量的區域 。 另外 ， 由于多種土壤的浸析過程是一個長期過程 ， 在這一過程中 ， 只有 具有足夠長半衰期的放射性核素是值得考慮的 。 　　放射性物質的蒸汽狀態 ， 是由具有高蒸汽壓力的放射性核素以氣態形式釋放造成的 ， 或者是由于液體或固體污染物一旦曝露在環境當中的蒸發造成的 。 　　眾所周知 ， 直接釋放到地下的大多數氣體元素和化合物依自然地形擴散而返回地面 ， ’不 過可以相信 ， 嚴重的地下水污染不可能以這種方式發生 。 可以預料 ， 嚴重事故可以導致固體 物質向蓄水層滲透而后造成污染 ， 污染的速率受源的浸出率的控制 。 　　因此 ， 可以得出結論．．最大概率的嚴重釋放導致的地下水污染很可能通過地下水與污染 掖體的直接接觸發生 。 由于各種各樣的廠址條件 ， 這種事件能以不同的方式發生 ， 并且其后果 可能差異很大 。 從一個廠址到另一個廠址 ， 當考慮到核設施各種不同的類型和接近生物圈的 各種不同途徑時 ， 這一點變得更加明顯 。 這使得人們對整個問題的復雜性和把普遍結論應用 到許多不同類型裝置的困難性有所了解 。 有關水路徑的更詳細說明見參考資料〔l)0 　　關于潛在釋放情況的有關間題在第2 S中說明 。 1.3模型 　　最終照射將主要依據以定性及定量方式變化的源 、 放射性物質的物理和化學性質 、 在廠 址區域內的土和巖石類型 、 廠址條件 ， 尤其取決于蓄水層的構造 、 流速 、 溫度和水化學以及 生物圈附近的特性 。 由于以上這些原因 ， 用一般的方法來評價地下水污染的潛在影響是很困 難的 ， 因為在這樣一個系統中的大多數參數是廠址特征的參數 。 　　為了預測地下水中污染物的性質和為了評價對居民的潛在照射 ， 目前通常都備有許多計 算機模型 ， 認識到這一點是很重要的 。 計算機模型使我們能夠分析由地表和地下勘測所搜集 的數據 。 然而 ， ～計算機分析的結果將主要取決于已確定的系統的完整性和準確性 。 在許多情 況下 ， 計算機模型是在整個大區域內對特征進行平均 ， 并且這一結果還不能足夠詳細地描述 特定位置的有關特性 。 因此 ， 使用的模型要不斷改進和 （ 或 ） 修改使之體現裝置建造和運行 期間出現的數據方面的變化 ， 例如地基挖掘工作引起的那些變化 ， 這是很重妥的 。 此外 ， 除 ？ 2； [第6頁] ？ 水質和隨方向 、 隨流動時間的變化外 ， 還應該仔細確定現在的和可能的用水戶并納入模型當 ？ 中 。 ， 　　實質上 ， 有些模型是很簡單的 ， 在近似假定某個含水結構是均勻的和各向同性的條件 　下 ， 模型就可是一次性流過或以恒定的釋放速摔為基礎 。 更復雜的模型?？紤]整個地質結構 　的非均勻性和各向異性 、 彌散特性及吸附現象 。 核安全導則HAFO 107《 核電廠廠址選擇與 　水文地質的關系 》 （ 參見IAEA5O-SG-S7 (2)） 中討論了不同類型的模型 。 這方面的進一步討 ？ 論在本文件的第3章內 。 　T.4 9防和減輕的方法 　　　正如前面所述 ， 地下水中放射性核素的遷移如果與大氣或地表水路徑相比 ， 則是一個相 　當慢的過程 。 在許多情況下 ， 這一特性使得放射性核素有可能衰變到對居民帶來的危險被認 　為是可以接受的水平以下 。 然而 ， 在某些情況下 ， 在集中用水或大量用水的地點可能發生公 　眾不可接受的污染 。 共原因可能是在廠址存在不適宜的地質和水文地質條件 ， 也可能是由于 　放射性核素的不利特性降低了土顆粒對這些核素的吸附能力 ， 或者是由于釋放的放射性物質 　初始量很大 ， 等等 。 這就需要采取適當的方法把這種情況的潛在后果減至最小程度 。 　　預防放射性物質向地區地下水系統的廠外釋放和在嚴重釋放情況下減慢放射性核素運動 　速度的方法大致分為三組 。 第一組是利用阻擋層的技術 ， 用這樣的方式可以防止已污染的地 　下水從人工建造的包容構筑物向外的泄漏 。 ？ 第二組方法是通過使用能動設施連續地改變地下 ?。幕咎匦?（ 例如 ， 水力壓頭 、 地下水流速及其流動方向 ） 對地下水系統產生影響 。 第三組 　包括地面阻擋層的設計以防止來自地面釋放的污染物的滲透 。 　　　目前可獲得的對現有方法的評述列在t"S4*o 　1.5文件的適用范圍 　　本文件不僅適用核電廠 ， 而且也適用于其他的核設施 ， ’例如乏燃料后處理工廠或淺地表 　處理場的廠址 。 但是 ， 本文件對于在深層地質結構內或在位于遠離地面之下的巖石洞穴內的高 　放廢物的貯藏是不完全適用的 ， 因為那里的水文地質條件可能更復雜 ， 這樣就不容許使用該 　文件所論及的所有方法 。 該文件對于高放廢物的深層處置場的地面設施是適用的 ， 這些地面 　設施是為了對放射性物質最終處置而進行接收 ， 暫存和包裝的 。 尸般來說 ， 本文件適用于有 　下述特點的設施：(I） 處理大量液態放射性物質和放射性物質可能會從最初包容構筑物泄漏并 　’污染地下水 ， (2)沉積在地表的放射性物質能夠浸出 ； (3） 地下水能與放射性物質直接接觸 。 　　　雖然本文件強調的重點是核電廠產生的放射性物質 ， 但是所推薦的方法完全適用于任何 　危險物質 ， 例如有機液體和有毒物質或其它的危險物 ， 在可接近的生物圈內這些物質的存在 　可能會給公眾帶米健康危害以及經濟損失 。 [第7頁] 　2釋放的特征 2.1概述 　　由于設備泄漏或操縱員差錯導致的較小的 、 有限數量的放射性液體的泄漏和溢出 ， 可能 不會對操作人員或居民造成危險 。 作為規則 ， 為減小這種情況的后果的預防措施早已用于設 施的設計 ， 也在操作規程中以及在運行程序所規定的必要的糾正行動中有所體現 。 然而 ， 在 許多情況下已經發生這種溢出的地方 ， 相當大體積的土已被挖掘和移到已認可的處置場 。 發 生這種作業的地區通過混凝土路面的路緣系統的鋪設使得它們更安全 。 ； 但是 ， 在大多數核設施中可能發生兩種導致廠址地下水直接污染的極端倩況？ (1)儲 存 在 地 下 貯 存 箱 內 的 液 體 放 射 性 廢 物 的 意 外 釋 放 。 ， (2） 由于堆芯過熱和接著發生的燃料熔化引起的嚴重堆芯事故 。 可能導致污染物滲入 地下并到達下面的蓄水層 。 　　這兩種情況在下文將作奧詳細的討論 。 　　應該注意 ， 對地下水遷移需考慮的事項 ， 不必考慮在這兩種情況中出現的所有放射性核 素 ， 因為只有它們當中的某些核索能呈現這樣的特性— —經由地下水對生物圈的污染起重要 作用 。 這些放射性核素的這種特性如下｛ 　　 （ a ） 經論證 ， 放射性核素的量值是足以使最近排放點的濃度水平超過所設計的行動限 值 。 　 、 (b ） 放射性核素應該以可溶性的 、 離子的形式存在 ， 以保證它們能容易隨地下水一起 輸運 （ 應注意溶解度曲線呈拋物線型 ， 在低的和高的pH值范圍內m 解度高 。 這 ， 樣 ， 文件中 的 溶 解 度 值 可 能 是 不 精 確 的 ） 。 　　(c ） 某些放射性核素應該有足夠長的半衰期以保證它們在到達易接近的生物圈之前不 會衰變到極低的水平 。 　　(d ） 某些放射性核素應該表現較低的吸附傾向以避免在最近的釋放點處滯留 。 　’在上述兩種極端情況中所涉及到的一系列放射性核素中只有某些核素符合這些準則 。 從 運輸能力的觀點來看 ， 一個典型的放射性核素是氚 ， 它不會被礦物質阻滯 ， 它幾乎具有與地 下水同樣的速度移動 ， 并且它在某些廢灣中的初始含量相當高 。 然而 ， 它的輻射毒性卻很低 并且通常對鄰近的用水戶不會帶來嚴重的危險 。 　　在具有商輻射毒性的核素中‘00Sr對大多數礦物質和巖石呈現了較低的吸附能力 。 1 ° a Ru, ' 0 0 Ru和’0Tc也 具 有 以上 特 性 ， 并已 知 它 們具 有 形 成復 雜 的 、 很 難NY*留 的離 子 和 化 合物的傾向 ， 因此它們應該被列出 ， 即使它們在源中的含量很低 。 　　在有放射性銫(Cs） 的情況下會發生相反的情況 。 它的裂變產額很高 ， 由于這一原因在 大多數釋放中都會碰到它 。 但是銫離子可很好地滯留在土中 ， 從而使其在經過很長時間以后 才到達蓄水層排放點 。 　　在活化的腐蝕產物中 ， 02C 。 和60Ni有一定的重要性 。 超鈾元素具有長半衰期 ， 但有5D. 好的滯留能力和相當低的裂變產額 。 在此 ， 也作為一種不太重要的源 。 [第8頁] 在上述兩種極端情況中涉及到的放射性核素的一些特性被概括在表1和表2中 。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 1‘ 表1在廢物箱破裂情況中涉及到的選定放射性核素的一些特性 放射性核素｝半衰期（ 年） 1 1e活度（ a)｝吸附能力（ b)輻射毒性（ c) 　 81I .’ I 12.,3 f很 高 一 無 ｝很 低 　 "Cr 　 5'Mn一 。 .85 I高 一 高 ：｝ 中 　 s'Fe 　 " C 。 一 5.3一 很 高 ‘’ ｝ 很 高 一 中 ： 　 “ Ni-8000。 一 低 一 很 高 一 低 　 "Sr｝ 29｝低 ］ 低 一 中 ｝ 高 ． 　 9 OTC｝ 21300。 一 很 低 ｝ 低 一 低 ， ？ 　 ？ 1 0 Ru｝ 1一 中 一 低 一 中 一 低 　 129工 ｝159000｝很 低 一 低 一 很 高 、 　 184Cs｝ 2.06一 高 ｝高 一 很 低 137CS｝ 33一 很 高 ！ 高 ’ 一 高 　 287 Np｝ 21.00000一 低 ｝高 一 很 高 ｝ ’ 中 　 288Pu'1 87.8｝低 ｛ 很 高 ｝ 很 高 　 28opu｝ 2440。 一 低 ｝ 很 高 ｝ 很 高 241Pu-15一 、 低 ｜ 很 高 一 中 　 24' Ani-433一 低 卜 ‘很 高 l彳 良 高 ， -2,12 Cm I 　 24'Cm-17.9｛低 ｝ 很 高 一 很 高 　 　 (a ） 放 射 性 核 素 的 特 定 活 度 是 根 據 下 列 的 分 類 表 征 的 ｛ 　 　 　 ？ 很 ？？ ？ 高？ ？ 。 （ ？大 ？v． 于 h ） 所 列 核 素 總 活 度 的 ？ ． 1??？ 　 　 　 　 高 （ h) ..................？總 活 度 的 1%-109'0 - 　 　 　 　 中 （ M ) ...........？ .總 ........ 活 度 的 0.1%-19b 　 　 　 　 低 （ I,) .............？ .. 總 ...... 活 度 的 0.01° 0-0.1010 　 　 　 　 　 很 低 （ y. L) .....？ ..小 ....... 于 總 活 度 的 0.01010 　 　 (b ） 吸 附 能 力 是 用 表 明 放 射 性 核 v對 大 多 數 土 壤 吸 附 能 力 類 似 的 Kd方 法 （ cm 8/g) 按 照 下 列 分 類 來 表 征 的 ： 　 　 　 　 很 高 （ v.h) ...............Kd范 圍 在 幾 千 以 內 　 　 　 　 i (h) ..................... Kd范 圍 在 幾 百 以 內 　 　 　 　 中？ (m ) ？ ...................Kd范 圍 在 幾 十 以 內 　 　 　 　 低 （ L) .....................Kd范 圍 在 幾 個 以 內 　 　 (c ） 輻 射 毒 性 借 助 于 由 攝 入 路 徑 進 入 人 體 的 放 射 性 核 素 的 年 攝